Mn18Cr18N電渣重熔鋼錠凝固組織的CA法模擬
發(fā)布時間：2021-09-16 21:26
借助PROCAST軟件的元胞自動機（CA）微觀組織模擬方法,分析了?300 mm （?100 mm）×350 mm Mn18Cr18N高氮奧氏體不銹鋼空心鋼錠的電渣重熔凝固工藝,確定了合理的凝固工藝參數(shù)、冷卻條件、凝固晶粒組織的形核密度與生長速度。在此基礎上,分析了?712 mm（?308 mm）×1 202 mm空心鋼錠電渣重熔金屬熔池形狀和底部冷卻條件對凝固組織特征的影響。結果表明,電渣重熔熔速（渣-金界面上漲速度）控制在0.1 mm·s-1以下,可以獲得理想的熔池形狀和凝固柱狀晶組織;底部傳熱系數(shù)達到500 W·m2·K-1可提供足夠的冷卻能力,并獲得最大尺寸的底部柱狀晶區(qū)。
【文章來源】：鑄造技術. 2020,41(12)
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
電渣重熔空心鋼錠內外壁傳熱系數(shù)變化規(guī)律
圖1 電渣重熔空心鋼錠內外壁傳熱系數(shù)變化規(guī)律溫度場的變化規(guī)律取決于電渣重熔特殊的冷卻條件。如圖3所示，空心鋼錠電渣重熔過程中重熔和凝固從底水箱開始逐步向上（圖3）。重熔凝固開始階段，由于底水箱的冷卻能力大于內外結晶器的冷卻能力，溫度場沿軸向的梯度大于徑向的梯度，溫度場約在700～1 415℃的范圍內（圖2a）；柱狀晶從底水箱開始沿著軸向生長，鋼錠壁厚中心部分的柱狀晶幾乎垂直于底面而與軸向平行，靠近內外壁兩側則由于內外水冷結晶器的冷卻作用，柱狀晶向壁厚中心傾斜（圖3a）。也就是說，柱狀晶是沿著溫度場等溫曲線的法向生長的。隨著重熔凝固過程的進行，底水箱的冷卻能力逐漸減小，溫度場軸向梯度逐漸減�。▓D2b），內外壁冷卻能力主導了傳熱的趨勢，鋼錠壁厚中部垂直于底面而與軸向平行的柱狀晶減少，內外壁兩側向壁厚凝固中心傾斜的柱狀晶越來越多（圖3b）。當溫度場在300～1 415℃的范圍內（圖2c）時；底部柱狀晶區(qū)消失，壁厚組織完全由內外壁冷卻導致的柱狀晶組成（圖3c），同時柱狀晶組織與鋼錠軸向的夾角達到最大54。隨著重熔凝固的進一步進行，軸向溫度梯度逐漸減小，但是溫度范圍基本穩(wěn)定在300～1 415℃（圖2d-g）；壁厚凝固組織沿軸向逐層向上穩(wěn)定生長（圖3d-g）。在此期間，由于下部已經(jīng)凝固鋼錠發(fā)生收縮，鋼錠凝固部分與水冷結晶器之間產(chǎn)生氣隙，從而使鋼錠外壁逐漸與水冷結晶器分離，進而使傳熱系數(shù)逐漸減小直到趨于平穩(wěn)（圖1a）；而內壁則會由于金屬凝固收縮接觸更加緊密，傳熱系數(shù)稍有改善（圖1a），從而使溫度場等溫曲線在壁厚上的對稱中心從底部柱狀晶消失以后（圖3c）開始，逐漸向內壁測移動，最終使內外壁柱狀晶的接合處位于靠近內壁的壁厚1/3處。另外，圖3e中凝固組織在內外壁基本完成，對應的熔池最深，因此圖3a-e柱狀晶內外壁冷卻促進了柱狀晶軸向的生成；而圖3e以后，柱狀晶主要沿徑向生長，從而使熔池逐漸變淺。
電渣重熔是集精煉、凝固于一體的一種冶煉方法，它不僅可以有效地去除鋼中的非金屬夾雜物,減少硫的含量；而且可以有效地控制結晶方向,獲得趨于軸向的結晶組織[16]。電渣重熔空心鋼錠凝固過程的控制主要是對電渣重熔過程中金屬熔池形狀和深度進行控制，熔池深度是凝固組織的主要控制參數(shù)。電渣重熔工藝中,電極熔化速度主要影響金屬熔池的深度和形狀，從而影響重熔產(chǎn)品的質量[17]。因此，金屬熔池的深淺反映了熔速的快慢。從而使金屬熔池深度對重熔鑄錠凝固組織產(chǎn)生重要的影響，淺的熔池形貌更有利于生成良好的凝固組織。圖4 模型一電渣重熔凝固組織與不同條件下的對比
【參考文獻】：
期刊論文
[1]電渣重熔宏微觀多尺度數(shù)值研究進展[J]. 王曉花,康曉雪,馬駿. 遼寧石油化工大學學報. 2018(05)
[2]電渣冶金數(shù)值模擬技術研究進展[J]. 宋照偉,陳瑞,李寶東,熊云龍. 特種鑄造及有色合金. 2016(12)
[3]合金凝固過程中顯微組織演化的元胞自動機模擬[J]. 朱鳴芳,湯倩玉,張慶宇,潘詩琰,孫東科. 金屬學報. 2016(10)
[4]大型空心鋼錠的生產(chǎn)實踐[J]. 來慶紅,田豐,謝全勝,張騰飛. 熱加工工藝. 2016(13)
[5]超大型筒形鍛件制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 呂奎明,李家駒,張文輝. 大型鑄鍛件. 2016(01)
[6]電渣重熔空心鋼錠技術的開發(fā)[J]. 姜周華,劉福斌,余強,陳旭,臧喜民,鄧鑫. 鋼鐵. 2015(10)
[7]T型導電結晶器電渣重熔空心鋼錠過程的數(shù)值模擬[J]. 陳旭,劉福斌,姜周華,李星. 東北大學學報(自然科學版). 2015(06)
[8]工藝參數(shù)對電渣重熔空心鋼錠凝固過程影響的數(shù)值模擬[J]. 陳旭,劉福斌,李星,景馨,姜周華. 材料與冶金學報. 2015(02)
[9]電渣重熔過程中傳熱及凝固組織的數(shù)值模擬[J]. 張赫,雷洪,耿佃橋,張紅偉,趙巖,赫冀成. 工業(yè)加熱. 2013(06)
[10]導電結晶器電渣重熔空心鋼錠電場和溫度場的數(shù)值模擬[J]. 景馨,姜周華,劉福斌,陳旭,段吉超. 材料與冶金學報. 2013(03)
博士論文
[1]電渣重熔空心鋼錠過程的數(shù)學模擬和試驗研究[D]. 陳旭.東北大學 2016
本文編號：3397324
【文章來源】：鑄造技術. 2020,41(12)
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
電渣重熔空心鋼錠內外壁傳熱系數(shù)變化規(guī)律
圖1 電渣重熔空心鋼錠內外壁傳熱系數(shù)變化規(guī)律溫度場的變化規(guī)律取決于電渣重熔特殊的冷卻條件。如圖3所示，空心鋼錠電渣重熔過程中重熔和凝固從底水箱開始逐步向上（圖3）。重熔凝固開始階段，由于底水箱的冷卻能力大于內外結晶器的冷卻能力，溫度場沿軸向的梯度大于徑向的梯度，溫度場約在700～1 415℃的范圍內（圖2a）；柱狀晶從底水箱開始沿著軸向生長，鋼錠壁厚中心部分的柱狀晶幾乎垂直于底面而與軸向平行，靠近內外壁兩側則由于內外水冷結晶器的冷卻作用，柱狀晶向壁厚中心傾斜（圖3a）。也就是說，柱狀晶是沿著溫度場等溫曲線的法向生長的。隨著重熔凝固過程的進行，底水箱的冷卻能力逐漸減小，溫度場軸向梯度逐漸減�。▓D2b），內外壁冷卻能力主導了傳熱的趨勢，鋼錠壁厚中部垂直于底面而與軸向平行的柱狀晶減少，內外壁兩側向壁厚凝固中心傾斜的柱狀晶越來越多（圖3b）。當溫度場在300～1 415℃的范圍內（圖2c）時；底部柱狀晶區(qū)消失，壁厚組織完全由內外壁冷卻導致的柱狀晶組成（圖3c），同時柱狀晶組織與鋼錠軸向的夾角達到最大54。隨著重熔凝固的進一步進行，軸向溫度梯度逐漸減小，但是溫度范圍基本穩(wěn)定在300～1 415℃（圖2d-g）；壁厚凝固組織沿軸向逐層向上穩(wěn)定生長（圖3d-g）。在此期間，由于下部已經(jīng)凝固鋼錠發(fā)生收縮，鋼錠凝固部分與水冷結晶器之間產(chǎn)生氣隙，從而使鋼錠外壁逐漸與水冷結晶器分離，進而使傳熱系數(shù)逐漸減小直到趨于平穩(wěn)（圖1a）；而內壁則會由于金屬凝固收縮接觸更加緊密，傳熱系數(shù)稍有改善（圖1a），從而使溫度場等溫曲線在壁厚上的對稱中心從底部柱狀晶消失以后（圖3c）開始，逐漸向內壁測移動，最終使內外壁柱狀晶的接合處位于靠近內壁的壁厚1/3處。另外，圖3e中凝固組織在內外壁基本完成，對應的熔池最深，因此圖3a-e柱狀晶內外壁冷卻促進了柱狀晶軸向的生成；而圖3e以后，柱狀晶主要沿徑向生長，從而使熔池逐漸變淺。
電渣重熔是集精煉、凝固于一體的一種冶煉方法，它不僅可以有效地去除鋼中的非金屬夾雜物,減少硫的含量；而且可以有效地控制結晶方向,獲得趨于軸向的結晶組織[16]。電渣重熔空心鋼錠凝固過程的控制主要是對電渣重熔過程中金屬熔池形狀和深度進行控制，熔池深度是凝固組織的主要控制參數(shù)。電渣重熔工藝中,電極熔化速度主要影響金屬熔池的深度和形狀，從而影響重熔產(chǎn)品的質量[17]。因此，金屬熔池的深淺反映了熔速的快慢。從而使金屬熔池深度對重熔鑄錠凝固組織產(chǎn)生重要的影響，淺的熔池形貌更有利于生成良好的凝固組織。圖4 模型一電渣重熔凝固組織與不同條件下的對比
【參考文獻】：
期刊論文
[1]電渣重熔宏微觀多尺度數(shù)值研究進展[J]. 王曉花,康曉雪,馬駿. 遼寧石油化工大學學報. 2018(05)
[2]電渣冶金數(shù)值模擬技術研究進展[J]. 宋照偉,陳瑞,李寶東,熊云龍. 特種鑄造及有色合金. 2016(12)
[3]合金凝固過程中顯微組織演化的元胞自動機模擬[J]. 朱鳴芳,湯倩玉,張慶宇,潘詩琰,孫東科. 金屬學報. 2016(10)
[4]大型空心鋼錠的生產(chǎn)實踐[J]. 來慶紅,田豐,謝全勝,張騰飛. 熱加工工藝. 2016(13)
[5]超大型筒形鍛件制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 呂奎明,李家駒,張文輝. 大型鑄鍛件. 2016(01)
[6]電渣重熔空心鋼錠技術的開發(fā)[J]. 姜周華,劉福斌,余強,陳旭,臧喜民,鄧鑫. 鋼鐵. 2015(10)
[7]T型導電結晶器電渣重熔空心鋼錠過程的數(shù)值模擬[J]. 陳旭,劉福斌,姜周華,李星. 東北大學學報(自然科學版). 2015(06)
[8]工藝參數(shù)對電渣重熔空心鋼錠凝固過程影響的數(shù)值模擬[J]. 陳旭,劉福斌,李星,景馨,姜周華. 材料與冶金學報. 2015(02)
[9]電渣重熔過程中傳熱及凝固組織的數(shù)值模擬[J]. 張赫,雷洪,耿佃橋,張紅偉,趙巖,赫冀成. 工業(yè)加熱. 2013(06)
[10]導電結晶器電渣重熔空心鋼錠電場和溫度場的數(shù)值模擬[J]. 景馨,姜周華,劉福斌,陳旭,段吉超. 材料與冶金學報. 2013(03)
博士論文
[1]電渣重熔空心鋼錠過程的數(shù)學模擬和試驗研究[D]. 陳旭.東北大學 2016
本文編號：3397324
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