镁合金薄带双辊铸轧过程的数值模拟

基于立式薄带双辊铸轧工艺的特点,采用有限元法求解镁合金薄带双辊铸轧过程的三维宏观传输方程,并应用ANSYS软件的智能网格划分技术,实现了对铸轧过程中熔池内部温度场、速度场及凝固过程的耦合模拟.分析了铸轧速度及浇注温度等主要工艺参数对熔池内流场、温度场和凝固终了点的影响规律.研究结果表明,随着浇注温度和铸轧速度的增加,熔池出口处的温度升高,凝固终了点向熔池出口处移动.通过对模拟结果的讨论,给出了适合镁合金薄带铸轧过程的工艺参数:浇注温度为640~660℃,铸轧速度为20~30 m/min.     

连铸坯凝固过程平面枝晶微观偏析模拟研究

为解决连铸钢坯偏析问题,基于菲克第二定律和质量守恒定律,建立了一维平面枝晶生长凝固偏析数值模型。应用有限容积法离散传质方程,离散后的方程用VB编程求解,研究X70管线钢凝固过程中在二次枝晶间距范围内的C,Si,Mn,S,P各元素质量分数分布随凝固进程和冷却速率的变化规律。结果表明:固相率的变化对合金元素在二次枝晶间偏析影响较大,冷却速率对其影响较小;随着固相率的增加,各合金元素的固相成分增加较少,液相成分质量分数快速增加;S和P元素在固相中的分布较均匀,S凝固终了的偏析指数最高,C偏析指数最小。在实际生产中应适当控制S和P元素的含量。     

低碳含硼钢中BN的析出行为

以硼质量分数为0.0045%、氮质量分数为0.0039%的低碳含硼钢为研究对象,通过对实验钢在凝固过程中BN析出和长大的热力学与动力学进行分析,并结合实验研究了冷却条件对BN析出与长大行为的影响.结果表明：由于溶质元素B和N在凝固前沿的微观偏析,只有当凝固前沿的固相率大于临界值0.981时,BN才能在凝固前沿析出;在凝固前沿随着固相率的增加,B和N均具有明显的偏析.当固相率接近于1时,硼在剩余液相中的实际含量远高于氮元素的含量,氮的扩散是BN长大的限制性环节;钢液冷却速率的变化对B和N元素的偏析无显著影响,而生成BN的尺寸随着钢液冷速的增加而显著减小.     

铸轧高磷钢薄带表面磷富集层形成的探讨

为了更好地利用铸轧薄带表面溶质富集层,对高磷钢薄带表面磷富集层的成因进行了初步的分析和研究.实验结果表明,通过控制工艺参数,磷含量较高的铸轧薄带表面附近将有一个磷富集层出现,但在相同条件下磷含量较低的铸轧薄带中磷的分布基本均匀.通过理论分析得出,铸轧力驱使枝晶间富磷的液相回流到薄带表面附近,导致了磷富集层在铸轧薄带中的产生;表面磷富集层形成的前提条件是当源于铸轧辊表面的两凝固层相遇时Kiss点位于辊缝之上,且其下方附近区域横截面上的温度均处于液固线之间.     

高碳钢连铸坯凝固过程溶质宏观偏析的数值模型

采用FeC二元合金的紊流、凝固传热及溶质传输三维耦合模型,针对铸坯不同碳质量分数对凝固过程溶质分布的影响进行数值模拟,凝固过程以柱状晶生长方式进行,遵循局部热力学平衡·研究发现,与低碳钢相比,高碳钢的凝固坯壳较薄,等温曲线较为光滑,糊状区范围较大·碳质量分数较高的钢种,偏析较轻;而低碳钢,偏析较为严重     

连铸坯截面尺寸对流动、凝固及溶质分布的影响

采用方坯连铸过程三维紊流、凝固传热及溶质传输的耦合模型,在其他模拟条件相同的情况下,研究铸坯截面尺寸对连铸过程的影响·结果表明,截面尺寸大者,入流速度大,更深浸入铸坯内部,带动较多钢液随之流动,在结晶器上部的紊流程度较高·对于FeC二元合金,由温度和溶质浓度共同决定了凝固坯壳的分布·小截面尺寸铸坯,溶质在各截面上偏析更为严重·其凝固坯壳也较薄,为防止拉漏,应采用长结晶器     

双辊薄带连铸温度场与凝固组织数值模拟研究

为了解决薄带连铸工业生产线调试过程中断带、铸带鼓包等问题,提高薄带连铸凝固组织表面质量,基于ProCAST有限元软件,建立双辊薄带连铸工艺的非稳态模型,对Q195凝固过程的温度场及凝固组织进行模拟,采用单一变量法,研究不同工艺参数,包括浇铸温度、拉坯速度、换热系数及熔池高度对凝固过程温度场与凝固组织的影响规律。结果表明,现有工况条件Q195钢双辊薄带连铸过程中在最优参数为浇铸温度1 590℃、拉坯速度为1.0 m/s、换热系数为2 000 W/(m²·K)、熔池高度为188 mm时,能够有效防止鼓包和断带,细化晶粒,提高薄带坯的质量。研究薄带凝固过程中的温度场、凝固组织及应力场的变化规律,对提高带材质量、推动薄带铸轧工艺国产化具有重要意义。     

双辊铸轧薄带钢实验研究及工艺稳定性分析

在异径双辊铸轧机上进行了不锈钢薄带铸轧的实验研究,掌握了诸如浇注温度、铸轧速度、铸轧压力、预留辊缝的大小等薄带钢铸轧的合理工艺参数,成功地铸轧了不锈钢带卷;对铸轧薄带的显微组织进行分析,并比较了晶粒细化的效果;依据铸轧实验研究的结果,分析了影响工艺稳定性的主要因素,得到了工艺稳定性方面的深层规律·     

双辊铸轧高速钢薄带退火时碳化物的球化机理

在实验室新建的水平式双辊铸轧机上进行了W9高速钢薄带的铸轧实验研究,得到了主要工艺参数对铸带显微组织分布的影响规律,给出了实验室条件下W9高速工具钢薄带铸轧工艺参数的最佳变化范围·研究了铸轧对高速钢薄带的组织及碳化物形态的影响,铸轧高速钢显微组织主要由马氏体、残余奥氏体及共晶碳化物组成,不存在鱼骨状莱氏体组织,薄带内的残余奥氏体的质量分数仅为10%左右·碳化物以片层状M2C型为主,呈断续网状分布在晶界上,而M6C型的鱼骨状碳化物很少·铸轧高速钢薄带的退火组织主要为索氏体组织和碳化物·碳化物球化的机理在于铸轧改善了共晶碳化物球化的动力学条件,使碳化物层片明显细化,有利于碳化物的球化,同时铸轧有利...     

双辊薄带连铸柱状晶组织模拟

鉴于双辊薄带连铸等轴晶区半固态铸轧组织对产品性能的重要性,应用Calcosoft软件中的FE-CA方法对薄带柱状晶组织进行模拟,模拟结果与实验结果基本吻合,实现了柱状晶区的可视化. 应用建立的微观组织模型,研究了三种工艺参数对柱状晶区宽度的影响. 结果表明:随着熔池液面高度的增加,薄带柱状晶区宽度增加;随着浇铸温度和铸辊转速的增加,薄带柱状晶区宽度减小.     

Effect of phosphorus on the microstructure and mechanical properties of strip cast carbon steel

Carbon steel strips with different phosphorus and carbon contents were produced by using the twin roll strip casting process. Fine grains and dendrite structure were observed in high-P steels. Negative phosphorus segregation was found in strip cast high-P and high-C steels. For the steels with different carbon contents, phosphorus distribution in the thickness direction of the strip is obviously different. This is because solutes are redistributed in the melting pool and the phosphorus segregation rate is associated with the length of the mushy zone and the phosphorus solubility in different phases. Phosphorus as a solute in ferrite can lead to the higher hardness and strength with lower plastic propertyies.     

移动电磁场下低碳钢凝固过程枝晶破碎临界条件

为了探讨移动电磁场对低碳钢凝固过程枝晶破碎的影响,进行了移动电磁场下的0.22%～0.34%C(质量分数)低碳钢浇铸凝固实验.对不同磁感应强度下铸坯凝固组织进行了观察,考察了二次枝晶分布,凝固过程冷却速度与二次枝晶间距的函数关系.同时考察了移动电磁场对铸坯柱状晶向等轴晶转变(CET)位置的影响,并对钢凝固过程CET发生时的凝固速度和固相率进行了计算.导出了移动电磁场下合金凝固过程枝晶破碎的临界条件,并通过低碳钢作实验验证,得到了低碳钢凝固CET发生时临界固相率和液相平均流速之间的关系.     

凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响

基于ANSYS软件建立了310mm×360mm断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,并采用窄面射钉试验及铸坯表面测温试验对模型的准确性进行了验证.通过模型研究了过热度、拉速和二冷比水量对铸坯中心固相率以及凝固坯壳分布的影响,并结合高碳耐磨球钢BU的高温拉伸试验结果,确定了最佳的拉速以及最优轻压下压下区间要求.通过工业试验对理论模型进行了验证,并分析研究了拉速对采用凝固末端电磁搅拌(F-EMS)以及凝固末端17mm大压下量的轻压下技术生产310mm×360mm断面大方坯高碳耐磨球钢BU铸坯的偏析和中心缩孔的影响.结果表明:采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术,通过调整拉速优先满足轻压下压下区间要求,可显著降低中心偏析、V型偏析及中心缩孔,但如果仅达到凝固末端电磁搅拌位置要求时,则铸坯中心质量不会得到明显改善.拉速为0.52m·min-1且轻压下压下区间铸坯中心固相率为0.30~0.75时,偏析和中心缩孔有很大程度的改善,不合理的压下量分配会引起铸坯出现内裂纹以及中心负偏析.     

双辊薄带连铸低碳微合金钢的铸态组织

采用双辊薄带连铸技术制备了低碳微合金钢薄带，利用OM，SEM和TEM对铸态凝固组织、室温组织、析出及位错进行观察和分析.结果表明:低碳微合金钢铸带的凝固组织中二次枝晶间距约为12~15μm，相对于传统厚板坯和薄板坯连铸，铸带组织得到了明显细化.铸带的原奥氏体晶粒尺寸比较粗大，约为250~410μm，其组织由魏氏铁素体、珠光体和不规则铁素体组成.铸带组织中存在纳米级TiC析出和短棒状的渗碳体.TiC析出没有被薄带连铸的凝固过程及二次冷却过程明显抑制.铸带组织由于铸轧力及二次冷却速率不均匀导致大量位错的产生.     

AlCrCuFeNi高熵合金的组织与硬度研究

利用真空电弧炉熔铸等摩尔比的AlCrCuFeNi高熵合金.X射线衍射分析与扫描电镜能谱分析表明,AlCrCuFeNi高熵合金具有面心立方和体心立方结构,合金铸态组织是典型的树枝晶,铬偏聚于晶内,而铜偏聚于枝晶间.AICrCuFeNi高熵合金具有高硬度与耐回火软化特性,铸态硬度为HV490,600℃退火后硬度还维持在HV420;高熵合金的铸态组织比较稳定.     

浇注温度对AZ31镁合金连续流变挤压成形组织的影响

研究了不同浇注温度、辊靴型腔中不同位置的AZ31镁合金组织.结果表明,浇注温度高于750℃时,半固态区减小,工作辊对半固态区枝晶的剪切时间变短,枝晶破碎不充分,得不到优质的半固态金属浆料;浇注温度低于730℃时,固相区变大,半固态区部分枝晶未得到充分剪切就进入了固相区,固相区的枝晶更是难以断裂,因此得不到理想的半固态组织;随着固相区的增加,合金变形更加困难,设备工作压力增加,使用寿命降低;AZ31镁合金连续流变挤压最佳浇注温度为730～750℃.     

高品质车轮钢二冷区冷却方式

为了探索高品质低成本车轮钢生产工艺,比较了两种二冷区冷却方式(气雾冷却和全水冷却)对车轮钢铸坯表面温度、凝固组织与宏观偏析的影响.结果表明:两种冷却方式下的二冷区矫直段铸坯表面温度均高于950℃,处于高温塑性区,可避免产生矫直裂纹;两种冷却方式均得到了均匀对称的凝固组织;虽然气雾冷却可略微增加等轴晶比例和降低铸坯中心偏析,但是使铸坯枝晶间距变得较为粗大,并且加重了1/2半径附近处的偏析,对随后的加工和成品的质量更为不利.综合考虑实验结果和生产成本,认为全水冷却方式更适合高品质车轮钢的生产.     

磷的表面逆偏析对铸轧低碳钢力学性能的影响

通过组织分析探讨了铸轧薄带中磷的表面逆偏析的形成,通过力学性能测试研究了磷的表面逆偏析对铸轧低碳钢力学性能的影响.结果表明,铸轧薄带经冷轧和退火处理后磷在薄带表面形成一均匀的富磷层,当磷质量分数超过0.15%时,常规薄带的延伸率开始急剧下降,而磷质量分数为0.26%的铸轧薄带的延伸率保持在30%左右,即铸轧工艺能够将带钢的容磷能力提高大约0.1%;铸轧薄带韧脆转变温度(DBTT)均比相同磷含量的常规薄带低.     

超声波功率对铸轧5182铝合金带坯组织性能的影响

采用超声波连续铸轧工艺制备5182铝合金带坯,研究了超声波功率对5182铝合金带坯组织性能的影响.结果表明：施加超声波振动可细化5182铝合金带坯的晶粒组织,减轻元素的偏析程度.超声波的功率越大,5182铝合金带坯的晶粒越细小,元素偏析程度越小,拉伸力学性能越高.当超声波功率为800 W时,5182铝合金带坯的抗拉强度为211.4 MPa,伸长率为18.4%,与未施加超声波振动相比,此时5182铝合金带坯的抗拉强度提高了15.8%,伸长率提高了26.0%.     

非均匀冷却下板坯凝固末端形状及机械轻压下时其对中心偏析的影响

In order to study the effect of continuous casting process parameters on the shape of slab solidification end under non-uniform cooling, a solidification model of a continuous-cast slab with non-uniform cooling condition was established with ProCAST software. The model was verified by the results of nail shooting tests and the infrared temperature measurement equipment. Four characteristic parameters were defined to evaluate the uniformity of the shape of slab solidification end. The results showed that the nonuniformity at the beginning and end of solidification, the solidification end length, and the solidification unevenness increased with the rise of casting speed. For each 10°C increase of superheat, the solidification unevenness increased by about 0.022. However, the effect of superheat on the solidification end length can be ignored. The secondary cooling strength showed minimal effect on the nonuniformity at the beginning and end of solidification. With the increase in secondary cooling intensity, the solidification end length decreased, but the solidification unevenness increased. In addition, the central segregation of the slab produced with and without the mechanical soft reduction (MSR) process was investigated. The transverse flow of molten steel with low solid fraction influenced the central segregation morphology under MSR.