超低温压力容器用9Ni钢的冶炼生产实践

介绍了某钢厂采用120 t转炉→LF炉→扒渣/捞渣→LF炉→VD炉→板坯连铸工艺生产超低温压力容器用9Ni钢的冶炼实践情况,采用转炉+LF炉脱碳脱磷工艺,控制转炉出钢w[P]≤0.009%、w[C]≤0.05%,炉后平均脱P率74.3%,平均脱碳率51.2%,生产过程中,P的控制难度相比C的控制难度大。采用扒渣工艺下钢水的平均返磷率为16.89%,而捞渣工艺下钢水的平均返磷率为22.61%,扒渣工艺下钢水的返磷率低,但生产节奏长15~20 min,钢水量损失平均增加3.1 t/炉。镍板由转炉废钢槽加入调整为全部由LF炉加入后,Ni平均收得率提高了3.74%。通过对生产工艺的优化,中间包钢水P、S、N、T. O、C满足内控要求,钢水纯净度高,铸坯低倍中心偏析达到C类1.0~1.5级,表面质量良好,轧制钢板在-196℃下性能优良。

S31254超级奥氏体不锈钢凝固相转变的热力学分析

超级奥氏体不锈钢广泛应用于海洋、环保、化工等苛刻腐蚀环境。由于合金化程度较高,凝固过程凝固偏析严重,析出相多且复杂。本文结合热力学计算软件Thermo-Calc,分析S31254超级奥氏体不锈钢在凝固过程中组织的组成和析出相的演变规律,主要合金元素Mo、Cr、Ni、N在凝固过程发挥的功能及其对相组织演变的影响,Mo-Cr元素交互作用对凝固相组织演变影响规律。结果表明,该钢种液固相线温度分别是1394.4℃和1358.6℃,平衡凝固路径是L→γ,非平衡凝固路径是L→L1+γ→L2+γ+δ→γ+δ+σ。Mo偏析是导致σ相析出的主要原因,δ相和σ相析出时,液相中Mo含量分别为8.5%和11.3%。

低合金钢钢锭红送裂纹的形成机理

调查了现场低合金钢钢锭红送裂纹的产生情况 ,计算并分析了钢锭红送及再加热过程中温度场和应力场的变化规律 ,测定了钢锭的高温强度和塑性。在此基础上分析了钢锭红送裂纹的形成机理 。

凝固过程中含钛析出物的析出行为

研究了钛对洁净钢凝固组织的影响、凝固过程中钛析出物的生长方式及冷却速率对析出物大小和分布的影响。结果表明,严格控制实验条件,大量细小弥散的含钛析出物可作为异质形核核心,起到细化晶粒、提高等轴晶率的作用;随着冷却速率的提高,析出物数量增加、尺寸减小,另外还提出了最有利于作为异质形核核心的析出物形态特征。

凝固末端电磁搅拌参数确定及其对中心偏析的影响

结合南京钢铁股份有限公司电炉厂方坯连铸机的生产实际,用数学模型初步计算凝固末端的坯壳厚度,利用射钉结果对数学模型进行修正,通过一定拉速下、一定钢种的温度场的计算,找出液芯为φ35-φ55 mm的位置,确定将末端电磁搅拌器安装在距弯月面8 m处。并利用特斯拉计现场测试二冷末端电磁搅拌器的磁感应强度,确定电流为550 A,频率为13 Hz时的参数为最佳搅拌参数。同时对一定条件下的铸坯进行了化学成分化验,结果表明经过末端电磁搅拌的连铸坯试样中心碳和硫的偏析程度与未经过末端电磁搅拌的试样相比有不同程度的减轻,冶金效果比较理想。

大钢锭凝固过程的数值模拟研究

运用大型商业软件MARC的有限元分析法,对85tS34MnV大型钢锭凝固过程的温度场分布进行了数值模拟计算分析,基于模拟结果进行了工业试验。模拟结果表明,钢锭的凝固趋势在轴向上由钢锭底部向钢锭顶部逐步推进,径向上由四周向中心慢慢延伸。通过对不同浇注温度下的钢锭凝固过程进行数值模拟,得出适当提高钢锭的浇注温度可以延长凝固时间,这有利于夹杂物的上浮。工业试验结果表明,提高钢锭模初始温度50℃后,冒口夹杂物总量与钢锭底部夹杂物总量的比值提高了约0.63%,验证了模拟结果。

高温均质化对高碳Cr合金钢锭组织和元素分布的影响

采用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪分析了含铬合金钢锭铸态及均质化后的显微组织和元素偏析规律,旨在确定钢锭的高温均质化工艺。研究结果表明,经过1160℃、1210℃和1260℃分别进行6h和12h的均质化处理后,含铬合金钢锭的元素偏析得到不同程度的改善,1260℃保温12h的均质化处理效果最为理想,而1210℃保温6h的均质化最为经济实用。

冷却速率对M2高速工具钢铸锭凝固组织的影响

试验M2钢（/％：0.81C,0.31Si,0.33Mn,4.01Cr,4.57Mo,5.71W,1.77V）由实验室25 kg高频真空感应炉熔炼,并浇铸成横截面50 mm× 100 mm钢锭.研究了水冷铜模和铸铁模浇铸的M2钢的低倍组织、晶粒尺寸和碳化物分布.结果表明,快速冷却可有效控制和消除M2钢铸锭中的柱状晶,随着冷却速率增大,M2钢铸锭部分气泡上浮不完全,但中心缩孔显著减小,晶粒更细小且分布更均匀,碳化物更加弥散且细小;铸铁模锭边缘和中心部分的晶粒尺寸分别为40～ 57 μm和55 ～ 62 μm,而水冷铜模锭边缘和中心部分的晶粒尺寸分别为30～ 40 μm和50 μm.

连铸板坯的鼓肚变形与应力分析

以粘弹性薄板为模型，应用材料流变学理论及弹性薄板理论，分析计算了连铸板坯在钢水静压力与不均匀温度场作用下所发生的鼓肚变形与应力。计算结果与宝钢板坯连铸机的设计公式所得结果相吻合。此外，还得出了铸坯对夹辊的作用力。

连铸坯变形的粘—弹—塑性研究

应用材料流变学理论系统地分析了连铸坯的鼓肚变形、错弧变形及矫直变形。指出鼓肚变形不仅有瞬时弹性变形，而且还有随时间变化的蠕变变形。矫直变形是在变形一定情况下的应力松弛过程。由此得出了铸坯在各个阶段的变形、应力及辊子对铸坯的夹持力、矫直力矩等。

用蒙特卡罗法模拟连铸坯的凝固组织

为了创建一种直接以图形显示晶粒形貌的连铸坯凝固组织计算机模拟方法,结合宏观传热计算和凝固理论,用改进的蒙特卡罗法建立了连铸坯凝固组织的计算机仿真模型。用此模型模拟了硅钢连铸坯的凝固组织并与实际铸坯的宏观组织进行了对比,模拟结果与实际结果基本吻合。在此基础上还模拟了不同过热度下铸坯的凝固组织。

结晶器电磁制动钢液流场数值模拟

建立了连铸结晶器内电磁制动过程的三维数学模型,采用一种改进的交错网格方法来模拟耦合的电磁场和流场。结果表明,电磁制动能明显减缓钢水主流股的流速,缓解对铸坯窄面的冲击,有效地抑制表面波动,减小钢水的冲击深度;磁场和流场的相互作用程度直接影响电磁制动效果。

大尺寸(CrCoNi)_(94)Al_(3)Ti_(3)中熵合金凝固行为

目的制备大尺寸(CrCoNi)_(94)Al_(3)Ti_(3)中熵合金(MEAs),并研究其凝固行为。方法利用水冷铜坩埚悬浮熔炼技术制备大尺寸铸锭,通过金相(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等手段表征合金不同半径处的凝固组织和偏析行为,并采用Jmpro数值模拟软件预测合金可能存在的相,揭示大尺寸(CrCoNi)_(94)Al_(3)Ti_(3)MEA的凝固特点。结果大尺寸(CrCoNi)_(94)Al_(3)Ti_(3)MEA的凝固组织为典型柱状树枝晶,随着冷却速率的变化,柱状晶形态和尺寸发生了明显变化。在凝固过程中,Ni、Al、Ti元素表现为枝晶间偏析,随着冷却速率的降低,偏析程度逐渐增大。(CrCoNi)_(94)Al_(3)Ti_(3)基体为面心立方结构(FCC),在枝晶间(ID)存在少量块状的η相金属间化合物(Ni,Co)3(Al,Ti),同时在ID区域形成了大量不同纳米尺寸的L1_(2)相。结合相图可知,大尺寸(CrCoNi)_(94)Al_(3)Ti_(3) MEA的凝固路径为L→L+γ→L+γ+η→γ+η→γ+γ'+η。结论水冷铜坩埚悬浮熔炼技术制备的大尺寸(CrCoNi)_(94)Al_(3)Ti_(3)MEA无宏观偏析,该技术可以作为工程应用手段。

超低碳深冲钢冶炼全流程氧含量及夹杂物演变研究

采用氧氮测试仪和扫描电镜对超低碳深冲钢冶炼全流程中的氧含量及夹杂物进行了研究。结果表明,RH精炼过程中氧含量急剧下降,夹杂物由FeO转变为Al_2O_3类脱氧产物;中间包浇铸过程中含氧量受钢液液面剧烈波动的影响,夹杂物以Al_2O_3·TiO_x类夹杂为主;连铸坯中不同部位的含氧量与生产条件有关,夹杂物以铝钛夹杂为主。

钢锭与锭模在钢锭凝固过程中应力分析的研究

本文用独立开发的温度场与应力场分析有限元系统研究了钢锭及锭模在钢锭凝固过程的瞬态应力场。

SWRH82B小方坯质量评价和改进

分析了SWRH82B小方坯内部和表面质量,中心碳偏析、中心缩孔和连铸坯表面卷渣对盘条的拉拔性能有重要影响,提出了小方坯质量的改进措施。在目前的工艺装备下,合理的二冷制度是获得高质量连铸坯最有效的措施之一,比水量为0.7 L/kg对于改善中心偏析和缩孔是最佳的。

A型偏析的NH_4Cl水溶液模拟研究与钢锭验证

利用 NH_4Cl 水溶液二维凝固的模拟铸锭,直接观察了 A 型偏析的形成和扩展过程,发现了 A 型偏析沟槽的两种扩展模型。在此基础上,通过向 NH_4Cl 水溶液中添加第三组元,研究了合金成分与 A 型偏析形成的关系;进一步分析了 A 型偏析的形成机理,提出了预测不同合金成分的铸锭中 A型偏析形成倾向的参数;设计了钢锭受控凝固实验并对理论分析进行了实验验证。

钢锭与锭模三维应力场耦合分析有限元系统

介绍了由清华大学开发的耦合分析钢锭与锭模在钢锭凝固过程中应力场的三维有限元软件，导出了弹塑性蠕变在各种差分格式下的有限元迭代公式，并给出拉压性能不同的材料的有限元计算法。此外，分析了各类边界条件的处理方法，并对接触边界与斜约束边界的算法作了专门的探讨。有限元计算结果对锭模突发性顺裂产生部位及时间的分析结论与现场观察结果的吻合证明了该系统的可靠性。

Al对M2高速钢铸态组织的影响

试验M2高速钢(%:0.85C、5.92W、4.74Mo、3.86Cr、1.81V)由25 kg真空感应炉熔炼,并用砂型铸造成锭。研究了0～1.3%Al对钢铸态组织的影响。结果表明,加入0.6%Al,可细化共晶莱氏体网,改善碳化物分布;加入过量Al(1.3%),初生晶粒内部出现大量由δ铁素体通过共析转变产生的针状碳化物。Al促进M_2C共晶碳化物形态由弯曲棒状变为平直片层状,并提高其合金元素含量。与片层状M_2C相比,棒状M_2C在高温易分解成短棒状或球状碳化物,有利改善碳化物形态。

模铸40t钢锭凝固过程温度场研究

随着模铸钢锭锭型的不断开发以及连铸产品对模铸小规格锭型的替代与延伸,为满足产品质量提升与成本优化,大规格钢锭逐渐发展成了关键的模铸锭型。但是,在模铸生产中,随着锭型的增大,更易于产生各类质量问题,诸如:成分偏析、表面缺陷、钢锭缩孔等。使用计算机数值模拟软件可以模拟钢液凝固过程的温度场与流场变化情况,并且可预测钢锭缩孔缺陷位置。研究表明,40 t钢锭的凝固过程是从外往内、由下向上顺序凝固,不仅冒口部位易于产生缩孔缺陷,而且锭身中心也存在缩孔倾向。在锭身中心的狭长液态金属区域内,此区域锥角小、上下传热不均,易产生缩松缺陷,通过数值模拟可有效预测并推断缺陷存在的位置及原因。实践证明,40 t锭型钢锭凝固及缩孔模拟与现场实际情况吻合,验证了40 t钢锭锭型设计的有效性与科学性。