Effect of M-EMS on the solidification structure of a steel billet

Effects of mold electromagnetic stirring (M-EMS) on the solidification structure of 45# steel billet were investigated by examination of interdendritic corrosion. The results show that the primary and secondary dendrite arm spacings increase from the edge of the billet to the center and decrease obviously with increasing electromagnetic torque, which will be beneficial to refine the solidification structure and enlarge the equiaxed crystal zone. The ratio of equiaxed crystal increases by 15.9% with the electromagnetic torque increasing from 230 to 400 cN·cm. The increase of stirring intensity can improve the cooling rate and the impact of M-EMS on it reduces from the edge of the billet to the central area, where the cooling rates are similar at different torques. The closer to the central area, the less the influence of M-EMS on the cooling rate is. The ratio of the primary to secondary dendrite arm spacing is approximately 2.0, namely, λ₁≈2λ₂, and is constant irrespective of the stirring intensity and position of the billet. Original position analysis (OPA) results indicate that the center segregation of the billet is greatly improved, and the more uniform and compact solidification structure will be obtained with the increase of stirring intensity.     

电磁搅拌改善铸坯内部质量的实验研究

采用低碳钢进行静态浇铸实验,并就电磁搅拌对铸坯内部质量的影响进行了实验研究·实验结果表明,电磁搅拌可明显提高铸坯凝固组织的等轴晶率,同时又可以改善铸坯内的成分分布状况,从而提高铸坯的内部质量·在合理的电磁搅拌参数和浇铸参数条件下能够得到几乎为100%等轴晶的铸坯·     

高碳钢小方坯的一次枝晶臂间距的影响因素

高碳钢小方坯显微凝固组织的研究表明:一次枝晶臂在凝固过程中不断粗化变短;碳含量高,容易形成长宽比小的一次枝晶,并且一次枝晶臂间距增宽,容易形成粗大的柱状晶组织;过热度高,易形成粗大的一次枝晶,一次枝晶臂间距增宽;拉速慢,容易形成细长的一次枝晶,一次枝晶臂间距减少;二次冷却水流量比增加,易形成细长的一次枝晶,一次枝晶臂间距降低.结晶器电磁搅拌可显著降低一次枝晶臂长宽比,并减小一次枝晶臂间距;搅拌电流增加,则一次枝晶臂间距减小效果更明显.     

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.     

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.     

三相非平衡线性电磁搅拌改善铸坯凝固组织的分析

采用三相通入不同电流的非平衡线性电磁搅拌技术进行了铸坯的静态浇铸实验,并对电磁搅拌过程中钢液内的电磁力各分量的瞬时值进行了理论分析·结果表明,当采用将电磁搅拌器的三相通入不同电流的非平衡线性电磁搅拌时,在钢液内所产生的电磁力是脉动的,其大小呈周期性变化,尤其是垂直于磁场运动方向上的电磁力,其脉动的幅度很大·由此认为,当采用将搅拌器的三相通入不同电流的非平衡线性电磁搅拌时,所产生的垂直于磁场运动方向上的脉动电磁力是提高等轴晶比率,改善铸坯凝固组织的一个重要原因     

方坯连铸凝固末端电磁搅拌工艺优化的数值模拟

利用ANSYS和CFX软件建立了描述160mm×160mm方坯连铸凝固末端电磁搅拌过程的数学模型.通过确立钢液黏度与温度的定量关系,考虑凝固时钢液黏度的重要影响,研究了方坯凝固末端糊状区磁场和流场的分布,以及电流强度对凝固前沿钢液最大搅拌速度的影响规律.结果表明:搅拌电流强度每增加100A,铸坯中心磁感应强度增加250×10-4T,切向电磁力增加1933N/m3,最大流速增加69cm/s.现场实验检验结果表明:60#钢凝固末端电磁搅拌器安装位置处液芯半径为344mm,最佳电磁搅拌频率为6Hz,最佳搅拌电流为380A,此时凝固前沿最大流速为165cm/s,铸坯中心碳偏析得到明显改善,中心碳偏析指数为104.     

Model prediction of the effect of in-mold electromagnetic stirring on negative segregation under bloom surface

Aiming at the problem of negative segregation under a bloom surface, a coupling macrosegregation model considering electromagnetic field, flow, heat, and solute transport was established based on the volume average method to study the effect of in-mold electromagnetic stirring(M-EMS) on the negative segregation under the bloom surface. In the model, the influence of dendrite structure on the flow and solute transport was described by the change of permeability. The model was validated by the magnetic induction intensity of M-EMS and carbon segregation experiment. The results show that the solute C in the solidified shell in the turbulent zone of the bloom undergoes two negative segregations, whereby the first is caused by nozzle jet, and the second by the M-EMS. The severities of the negative segregation caused by M-EMS at different currents and frequencies are also different, and the larger the current is, or the smaller the frequency is, the more serious will be the negative segregation.With the M-EMS, the solute C distribution in the liquid phase of the bloom is more uniform, but the mass fraction of C in the liquid phase is higher than that without M-EMS.     

薄带连铸AISI304不锈钢中铁素体行为

为了确定薄带连铸AISI304不锈钢凝固过程中残留铁素体的生成及转变行为,采用彩色金相、电解侵蚀、电子背散射衍射分析技术及X射线衍射分析等研究手段对双辊薄带连铸AISI304不锈钢凝固组织及残留铁素体特征进行了研究.结果表明AISI304不锈钢薄带的凝固组织由表层胞状晶区、中间柱状晶区和中心等轴晶区三部分组成.薄带表层胞状晶区内残留铁素体呈棒状,柱状晶区的残留铁素体形态为鱼骨状,中心等轴晶区的残留铁素体呈弯曲的树枝状;薄带的表层胞状晶区残留铁素体的质量分数为4.6%～6.6%,柱状晶区内的残留铁素体质量分数为3.6%～3.7%,中心等轴晶区内的残留铁素体质量分数为11.27%～11.34%;残留铁素体沿着厚度方向呈现"W"状分布.     

大圆坯连铸结晶器电磁偏心搅拌的数值模拟

建立了描述大圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程电磁场的三维数学模型,并采用实测数据对模型的准确性进行了验证.研究了不同搅拌电流强度和频率下,磁感应强度与电磁力的变化规律,并重点分析了偏心搅拌下磁感应强度和电磁力的分布特点.结果表明:磁感应强度和电磁力均随搅拌电流强度的增大而增强;随着搅拌电流频率的增大,磁感应强度逐渐减弱,而电磁力先增强后减弱,并在2.5 Hz时达到最大值;偏心搅拌时,电磁力在铸坯横截面上仍呈周向分布,但电磁力和磁感应强度的大小都出现了不对称分布,在靠外弧的一侧更大.     

电磁搅拌对钢坯凝固过程中热工参数的影响

采用自行设计的单侧冷却凝固实验装置进行了有无电磁搅拌作用下钢坯的凝固实验,并通过计算机数据采集系统对钢坯凝固过程中的各种热工参数进行了实时测试和分析·研究结果表明:施加电磁搅拌以后,钢坯凝固初期的铸型热流量明显增加,促进了铸型内钢液过热的耗散,使得钢坯内的温度分布趋于均匀,降低了凝固前沿的温度梯度·这不仅抑制了柱状晶的发展,同时易于在钢液内部同时形核,有利于等轴晶凝固组织的形成,使得钢坯的等轴晶比率由无电磁搅拌作用下的47%提高到76%·这也说明了电磁搅拌促进钢液中的过热耗散是提高铸坯凝固组织中等轴晶比率的重要原因之一·     

旋转电磁搅拌时机对GCr15轴承钢凝固组织的影响

通过石墨型铸造研究了旋转电磁搅拌时机对GCr15轴承钢凝固组织的影响.结果表明:在钢液凝固过程的不同时间段施加电磁搅拌,对轴承钢的凝固组织具有显著影响,越早施加电磁搅拌,磁泰勒数(表征磁场作用下强制流动的无量纲数)越大,钢液所受的电磁力越大,越有利于柱状晶向等轴晶转变;在0~05min时间段施加电磁搅拌,铸锭等轴晶率提高了52%.此外,电磁搅拌引起的钢液对流推动了凝固前沿枝晶的折断、熔断和游离,枝晶碎片在强烈对流作用下增殖并被带到熔体心部成为异质核心,凝固前沿的温度梯度减小,成分过冷增大,促进了柱状晶向等轴晶转变.     

电磁搅拌工艺参数对半固态AZ91D 镁合金组织的影响

研究了电磁搅拌工艺参数对半固态AZ91D合金组织的影响规律。结果表明：电磁搅拌条件下半固态AZ91D合金组织的固相颗粒为蔷薇状或粒状α—Mg，随电磁搅拌功率的增大，蔷薇状形态逐渐消失，固相颗粒形态趋于粒状和圆整；在实验范围内，随电磁搅拌电源频率的增大，半固态AZ91D合金组织中固相颗粒形态越来越圆整。这主要是由于电磁搅拌条件下半固态AZ91D合金组织的形成机理是以枝晶臂熔断为主，而在高频率下的电磁搅拌过程中，在搅拌室产生的集肤效应使得表面和中心出现宏观温度差，从而加强了固相颗粒随流场运动时的温度起伏，最终加速了枝晶的熔断。     

垂直连铸凝固过程的数值模拟研究

采用基于Eulerian-Eulerian方法和合金凝固理论的液相-柱状晶-等轴晶三相凝固模型，对立式连铸工艺中结晶器内的凝固过程进行了研究.对比焓-多孔介质凝固模型，除热溶质浮升力导致的熔体流动，该三相凝固模型还考虑了柱状晶组织的生长、等轴晶组织的形成和演变以及游离等轴晶粒的沉浮，揭示了等轴晶沉降漂移作用对宏观溶质传输及凝固组织分布的影响.模拟结果显示铸坯中心处由等轴晶粒沉积形成的富等轴晶区存在溶质负偏析，紧邻该负偏析区域存在带状偏析区域.随着钢液过热度增加，等轴晶分布减少，中心处宏观偏析加重.     

600mm 35CrMo钢立式连铸圆坯宏观组织分析

基于中原特钢股份有限公司立式连铸工艺与CAFE形核理论,建立了Φ600 mm 35CrMo钢立式连铸圆坯传热凝固耦合模型,采用薄片移动边界法对圆坯宏观组织进行数值模拟,分析了钢液浇注过热度和二冷水制度对宏观组织的影响,并在现场进行了Φ600 mm 35CrMo钢圆坯的连铸生产。结果表明:圆坯宏观组织形貌模拟结果与现场低倍组织相一致,过热度为40℃时中心等轴晶率为29.16%。当过热度由30℃升高到50℃时,晶粒数由9 332个减小到7 155个,降低了23.33%;晶粒平均半径由1 302μm增大到1 622μm,增大了24.58%;中心等轴晶率由35.75%减小到21.13%。当冷却强度由弱冷变为强冷时,晶粒数由9 391个减小到7 228个,晶粒平均半径由1 259μm增大到1 576μm,中心等轴晶率由36.05%减小到23.04%。     

基于PF-LBM模型的自然对流影响枝晶生长模拟

基于二元合金枝晶生长的相场模型,建立耦合流场、温度场和溶质场等物理外场的多元合金相场模型,模拟了单晶粒和多晶粒在自然对流作用下的生长,观察了枝晶凝固过程中的枝晶形貌、流场以及溶质场的变化.研究发现:温度梯度和浓度梯度改变引起自然对流,使枝晶整体的对称性遭到破坏,上游枝晶尖端生长受到促进,生长速度大于下游,水平方向枝晶尖端生长速度介于上下游之间,二次枝晶臂生长速度、浓度与一次枝晶臂基本相同,能量起伏和结构起伏使枝晶受到的影响更加明显.此外,随着各向异性强度增加,枝晶尺寸变大,生长速度加快,主枝晶臂变细,内部凹陷变明显,尖端变尖锐,二次枝晶臂间距增大.当单晶粒各向异性强度为0.05时,出现明显的“颈缩”现象,多晶粒在各向异性强度为0.03时,出现明显“颈缩”现象.     

熔体温度处理细化亚共晶Al-Si合金组织

利用正交试验的方法对熔体温度处理细化亚共晶Al-Si合金的凝固组织进行了研究，结果表明，经过熔体温度处理后，凝固组织中一次枝晶尺寸明显减小，长的树枝晶变为短的树枝晶或等轴晶，并且枝晶数量明显增多；二次枝晶臂间距变化不明显，从原子团簇的角度分析认为，这是由于高，低温熔体混合后，低温熔体中大的原子团簇得到细化，从而导致混合熔体中形核质点增殖的结果，研究同时发现，高，低温熔体的混合方式对熔体温度处理效果有直接影响，熔体的均匀混合有利于增大熔体凝固过冷度，减小临界晶核半径，促进凝固组织的细化。     

过热度对轴承钢内部组织的影响

利用枝晶腐蚀低倍检验技术、铸坯及盘条淬火+回火热处理金相检验等技术研究了过热度对轴承钢内部组织的影响。结果表明低过热度工艺铸坯等轴晶比例提高,二次枝晶间距变小,铸坯内部偏析、缩孔等冶金缺陷有所改善,但盘条酸洗低倍组织及碳化物不均匀性差别不大。两种工艺铸坯混晶区均比中心等轴晶区偏析严重,存在大量的大尺寸共晶碳化物。     

20Cr板坯中间裂纹原因及解决措施

针对某钢厂生产20Cr板坯时铸坯出现中间裂纹的问题,对铸坯进行了枝晶检验,对中间裂纹部位进行了扫描电镜的分析。结果表明,在保证设备完善的情况之下,降低S含量、适当调高二冷段的比水量以及提高拉速,可使中间裂纹的发生率和级别大幅下降。从控制MnS夹杂、二冷配水、铸坯拉速以及设备保障方面提出解决措施。