20CrMn钢双辊薄带振动铸轧细晶机理试验

为了改善传统双辊薄带铸轧板坯中存在的缩孔、裂纹、组织不均以及晶粒粗大等缺陷,提升双辊薄带铸轧产品带坯的力学性能,提出振动铸轧新技术,以细化铸轧带坯组织晶粒度,提高其力学性能。为了确定振动铸轧过程的细晶机理,分别在1 570℃和1 530℃两种开浇温度下进行20CrMn钢双辊薄带铸轧振动与非振动工况的对比试验,并对所得带坯微观组织及力学性能进行检测和分析。微观组织观察结果表明,在铸轧过程中振动可以有效细化产品带坯晶粒,其细晶机理为在凝固阶段振动可以提升熔池区形核率并促使振动侧枝晶尖端熔断,而在轧制阶段振动可以强化塑性变形区的动态再结晶;拉伸试验结果表明振动有效地改善了铸轧板坯的力学性能,开浇温度1 570℃时,沿轧制方向振动铸轧板坯较传统铸轧板坯屈服强度、抗拉强度和伸长率分别提高了12.11%、14.57%和38.9%,垂直轧制方向分别提高了7.72%、13.23%和34.8%;开浇温度1530℃时,沿轧制方向分别提高了9.22%、14.95%和31.25%,垂直轧制方向分别提高了21.36%、27.35%和42.86%。试验表明振动铸轧较传统铸轧不仅能在凝固阶段通过振动提高形核率,细化晶粒,还能在轧制段通过振动增强动态再结晶效果,改善材料微观组织结构,从而提升其力学性能。     

工艺参数对双辊薄带铸轧中心层偏析影响

双辊薄带铸轧过程中工艺参数对中心层偏析有重大影响,针对双辊薄带铸轧机的特点,利用多相流技术建立完全耦合溶质场、流场、温度场的数学模型,对铸轧熔池中液相-液固两相-固相同时存在的复杂凝固过程进行模拟仿真,研究分析铸轧熔池中Mg、Si元素溶质场与流场分布特征,对比研究不同工艺参数(浇铸温度、辊缝宽度)对铸轧薄带中心层偏析的影响规律,并结合铝合金6061的铸轧实验对结论进行验证。     

双辊薄带振动铸轧机理及其仿真实验

针对双辊薄带铸轧过程存在的产品质量问题进行研究,设计制造了一套直径160mm×150mm振动式铸轧机。研究了振动对结晶形核及其铸态组织的影响,对比分析了振动与非振动条件下凝固区铸态组织分布及其生长规律。指出提高振动频率能够有效促进晶粒细化。同时,按工业化实验要求,利用CFD软件建立了熔池的三维流场-温度场耦合有限元仿真模型,仿真结果表明,增大振频和振幅均能强化铸轧熔池场的“搅拌”效果,进而促进晶粒细化、抑制偏析。通过仿真还发现,铸轧过程中,凝固点位置（即Kiss点高度）沿板宽方向分布不均所导致的纵向不均匀延伸,是诱发铸轧斜向裂纹的直接因素,并且Kiss点位置会随振频和振幅的增大而上移。