70号钢连铸过程的凝固传热模型与组织研究

连铸过程的冷却制度直接影响连铸坯质量和凝固组织,因此本文建立了二维凝固传热数学模型,对连铸过程进行了模拟,得到铸坯的温度场分布及坯壳厚度的变化。首先,通过模拟结果与实际生产的连铸坯组织结合,研究了铸坯组织疏松问题。然后,模拟过程中采用控制变量法,通过改变连铸工艺参数,进一步研究了过热度、结晶器水量、拉速及比水量等对铸坯温度及坯壳厚度的影响,得出连铸一系列规律,为指导现场二冷水的分配提供了重要依据。     

国内外2205双相钢连铸坯凝固组织及碳偏析分析

以国内外两家先进不锈钢生产企业的2205双相不锈钢连铸方坯为研究对象,对比分析了其相应的凝固组织特征和宏观碳偏析分布。研究发现,国外2205连铸坯凝固组织柱状晶较为发达,柱状晶比例为76%,宏观碳偏析总体较低;而国内2205连铸坯等轴晶占主要部分,等轴晶比例为58%,存在严重的中心碳偏析。通过进一步对比国外样品柱状晶区和等轴晶区的致密度得出,柱状晶区平均致密度为0.89,高于等轴晶的0.84,高致密度的凝固组织对降低宏观偏析有利。因此,为了获得较为均匀的连铸坯成分和较低的宏观偏析度,合理的柱状晶和等轴晶比例非常重要。     

GCr15SiMn轴承钢中碳元素偏析与疏松的相关性

针对GCr15SiMn钢锭在凝固过程中容易出现宏观偏析与疏松等凝固缺陷的问题,为了制定更合理的模铸浇注工艺,通过真空感应炉冶炼1 kg的GCr15SiMn钢锭,从模铸工艺和钢锭宏观组织的角度研究了实验室与工业生产的相似性,采用OPA、SEM等检验方法研究了碳偏析与疏松的相关性。研究表明,碳元素的偏析最为严重,碳元素偏析与疏松相关。得出了碳偏析与疏松的相关性公式SC=0.92P－0.89,该公式所体现出的基本规律适用于工业生产的铸锭。根据SEM和OPA的统计结果,建立了疏松的当量直径与其定量表征值(表观致密度P)的对应关系。结果表明,随着疏松的当量直径增大,碳的偏析度逐渐增大。利用Scheil微观偏析模型从原理上进行了分析与讨论,得出碳的偏析度和钢液收缩量呈正相关关系。     

Nb对双稳定铁素体不锈钢晶粒的钉扎作用

提高铁素体不锈钢等轴晶比例,增加晶粒致密度可以明显改善皱褶缺陷,研究了Nb元素的添加对双稳定铁素体不锈钢晶粒的钉扎作用。随着Nb元素的增加,铸态组织的晶粒尺寸变得越来越细小。在铁素体不锈钢晶界,发现了纳米级别的颗粒状析出物,析出物成分为(Ti,Nb)x(C,N)y。随着Nb质量分数的增加,细小析出物数量变多,析出物中的Nb质量分数逐渐升高。通过热力学计算,发现Nb元素可以较大程度地降低FSS的固相线温度,在凝固即将结束时,会形成富Nb的(Ti,Nb)x(C,N)y析出物。这种析出物的出现,会对晶界的迁移与合并产生钉扎作用,抑制晶粒的长大,增加铁素体不锈钢的晶粒致密度。     

铁素体不锈钢铸坯凝固特性及等轴晶率控制

具有较高等轴晶率的铁素体不锈钢连铸坯可以显著避免冷成型加工过程中的皱折缺陷。采用了低倍组织观察、第二相特征分析以及凝固模型计算的方法研究了含Ti、Nb双稳定化超纯铁素体不锈钢的凝固特性以及等轴晶率控制机理。结果表明,当Ti和Nb加入到铁素体不锈钢中,连铸的等轴晶率显著提高;模型表明铸坯凝固参数的变化规律基本一致,然而钢中第二相粒子的成分及形貌发生显著变化,第二相粒子的非均质形核能力显著增强。本研究建立的凝固模型可以较好预测连铸坯的CET转变,同时指出稳定地提高铁素体不锈钢连铸坯的等轴晶率需要对钢中微量元素含量、核心形核效果以及冶炼过程进行合理设计。     

过热度对GCr15SiMn轴承钢钢锭宏观偏析的影响

针对GCr15SiMn钢锭易出现宏观偏析凝固缺陷的问题,研究了过热度对GCr15SiMn钢锭宏观偏析的影响规律,使用真空感应炉冶炼1 kg的GCr15SiMn钢锭,通过酸侵试验与OPA技术分别测定了钢锭的凝固组织与宏观偏析,并结合ProCAST软件分析了钢液流动的规律。结果表明,高过热度(70 ℃)时,中心下部出现一定程度的负偏析,中心上部形成了较严重的正偏析同时伴随疏松;中过热度(50 ℃)时,疏松范围较小,碳元素分布较均匀;低过热度(20 ℃)与极低过热度(-20 ℃)时,疏松范围扩大,凝固初期是严重负偏析,凝固末期是严重正偏析。过热度影响偏析的机理为,高过热度时,凝固过程热对流较强,溶质上浮,钢锭上部的正偏析严重;当过热度过低时,初期凝固大量形核并保留在钢锭底部,在底部形成严重的负偏析。