高碳耐磨球钢大方坯连铸过程凝固定律及在轻压下过程中的应用

基于ANSYS软件建立310 mm×360 mm(长×宽)断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,通过窄面射钉试验及铸坯表面测温对模型的准确性进行验证,模拟不同碳质量分数高碳耐磨球钢大方坯宽面和窄面凝固坯壳的生长规律,将计算结果应用于轻压下过程中并进行现场试验。研究结果表明:模型能精确地获得不同工况下任意位置铸坯凝固坯壳的厚度分布、凝固终点位置及中心固相率。不同碳质量分数的高碳耐磨球钢具有相同的凝固规律:结晶器弯月面至二冷区出口,铸坯柱状晶区的凝固坯壳厚度与凝固时间的平方根呈线性关系,符合平方根定律,平方根定律的修正项与过热度有关;二冷区出口至凝固终点,相应铸坯等轴晶区凝固坯壳厚度与凝固时间的平方根呈非线性关系;根据凝固传热模型计算的高碳耐磨球钢BU铸坯中心固相率分布,结合轻压下合适的压下区间要求,拉速从0.43 m/min增加到0.52 m/min,轻压下可压区间增加,铸坯的中心碳偏析明显减少。     

转炉钢渣的物相及其冷却析出研究

利用X射线荧光光谱、X射线衍射、扫描电镜和能谱分析仪对转炉钢渣的物相组成及其形貌特征进行研究,并用热力学软件FactSage对钢渣冷却过程中各物相的析出情况进行模拟。结果表明,转炉钢渣中的主要物相为硅酸钙相、铁酸钙相以及RO相,此外还有少量的游离氧化钙(f-CaO)等物相。从物相的形貌特征上来看,硅酸钙相多呈圆形或椭圆形,尺寸为10~20μm;铁酸钙相以延伸的状态分布在硅酸钙相和RO相之间,无规则形状;RO相为连续延伸的无定形状,尺寸大小不一;游离氧化钙呈堆积状态,无规则形状,尺寸在30~50μm之间,且表面较为粗糙。转炉钢渣在缓慢冷却的过程中,最终会析出γ-Ca2SiO4、Ca2Fe2O5、(MnO)(Fe2O3)以及少量的MgO等物相,且各物相的析出温度分别为175、1325、425、1550℃。     

湍流抑制器对中间包钢液流动的影响

采用水模拟试验研究湍流抑制器对中间包钢液流动特性的影响。结果表明,拉速变化时单层湍流抑制器对钢液流动影响程度较小,双层湍流抑制器能延长包内钢液平均停留时间;液位变化时双层湍流抑制器对钢液流动影响程度较小,相同液位下双层湍流抑制器使钢液在中间包内平均停留时间较之于单层湍抑器相应值至少增加20s;3种湍流抑制器对中间包流场的改善程度从大到小排序为:双层湍流抑制器,八角形湍流抑制器,单层湍流抑制器。     

LF精炼过程中SAE8620钢所含MgO复合夹杂物分析

采用非水溶液电解的方法,萃取分离出SAE8620齿轮钢中含MgO复合夹杂物,利用扫描电镜、能谱分析仪对夹杂物的组成、类型和形貌特征进行分析。结果表明,SAE8620齿轮钢在LF精炼过程中,含MgO复合夹杂物中MgO、CaO含量逐渐增加,SiO2含量逐渐减少,Al2O3含量呈先上升后下降的趋势;夹杂物的形貌多不规则,呈块状且棱角分明;夹杂物类型主要为SiO2-Al2O3-MgO、SiO2-MgO、SiO2-Al2O3-CaO-MgO等,此类夹杂物的尺寸较大、熔点较高,直接影响钢材的质量和使用性能。     

基于密度泛函理论的钢中CaO-SiO2复合夹杂物的结构、电子和机械性能研究

CaO–SiO₂是液态钢中常见的一系列氧化物夹杂，常作为裂纹源对钢的力学性能产生严重的影响。然而，由于夹杂物尺寸较小，且在钢中出现的随机性，通过实验对其性能进行研究难度较大。为解决目前夹杂物性能数据库不全的问题，本研究基于第一原理密度泛函理论，对钢中不同的CaO–SiO₂复合夹杂物性质进行了深入的研究。首先通过热力学计算确定了CaO–SiO₂夹杂物体系中可能存在的相，包括γ-C2S、α'_L-C2S、α'_H-C2S、β-C2S、C3S2、C3S、CS和Ps-CS。结果表明，计算的该8种相的晶体结构与实验结果吻合良好。根据计算的形成能，该8种相都是稳定的，其中γ-C2S是最稳定的。O原子对这些相的反应性贡献最大。8种相的杨氏模量在100.63–132.04 GPa的范围内，泊松比在0.249–0.281的范围内。该研究全面阐明了CaO–SiO₂体系中不同夹杂物的性能，完善了相应的性能数据库，为抗断裂钢中夹杂物设计及行为预测提供了基础。