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Fe-C二元合金凝固过程强制对流作用下柱状晶生长行为的数值模拟

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重庆大学学报（自然科学版） 2015年第2期38卷 80-86页

作者：罗森王卫领朱苗勇东北大学材料与冶金学院沈阳110819 鞍钢集团钒钛(钢铁)研究院四川攀枝花610031

文章在前期建立的微观元胞自动机模型的基础上,耦合动量传输模型、质量传输模型和热量传输模型,建立了考虑流体流动的宏微观多尺度二维枝晶生长数学模型CA-FVM。并采用CA-FVM模型研究了强制对流作用下Fe-0.82C二元合金凝固过程枝晶生长... 详细信息

文章在前期建立的微观元胞自动机模型的基础上,耦合动量传输模型、质量传输模型和热量传输模型,建立了考虑流体流动的宏微观多尺度二维枝晶生长数学模型CA-FVM。并采用CA-FVM模型研究了强制对流作用下Fe-0.82C二元合金凝固过程枝晶生长规律。数值模拟表明:强制对流明显地改变了枝晶生长规律,靠近强制对流入口处枝晶生长受抑制作用较明显,枝晶生长较慢,远离强制对流入口处枝晶受抑制作用较弱,枝晶生长较快。同时,随着强制对流强度的增加,枝晶生长受熔体流动的影响更加明显,加剧了枝晶的非对称生长。

关键词：柱状晶强制对流元胞自动机数值模拟

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Q355B板坯高温拉伸晶粒弹塑性变形行为

钢铁 2024年第4期59卷 96-105页

作者：禚朔王卫领赵阳朱苗勇东北大学冶金学院辽宁沈阳110819 辽宁材料实验室辽宁沈阳110000

以国内某钢厂Q355B连铸板坯为研究对象,利用Gleeble-3800热-力模拟试验机,在温度为1 300、1 340和1 380℃以及应变速率为0.001/s条件下开展拉伸试验,并基于获得的晶粒形貌,建立了晶粒组织的代表性体积单元有限元(RVE-FEM)模型,研究揭示... 详细信息

以国内某钢厂Q355B连铸板坯为研究对象,利用Gleeble-3800热-力模拟试验机,在温度为1 300、1 340和1 380℃以及应变速率为0.001/s条件下开展拉伸试验,并基于获得的晶粒形貌,建立了晶粒组织的代表性体积单元有限元(RVE-FEM)模型,研究揭示了高温拉伸过程中晶粒组织的变形机制和应力-应变分布规律。结果表明,距离断口越近,晶粒组织的平均尺寸越大,能够承受的应力越小。由于晶粒和晶界两相的不均匀分布,晶粒和晶界中出现了不规则的应力分布,高应力主要集中在晶界处。1 380℃温度下,距板坯表面70 mm处试样中晶界承受的平均应力为9.91 MPa,晶粒承受的平均应力为7.01 MPa。随着拉伸温度的提升,晶粒组织平均尺寸增大,晶界面积减小,对变形的阻碍减弱,RVE-FEM模拟的屈服强度和抗拉强度降低。距板坯表面60 mm处试样的屈服强度从1 300℃的9.87 MPa减小到1 380℃的4.36 MPa,最大抗拉强度从12.51 MPa降低到4.49 MPa。在1 380℃温度时,随着试样位置从板坯表面10 mm深入至40 mm处,屈服强度由9.44 MPa降低到7.42 MPa,最大抗拉强度由10.75 MPa降低到9.10 MP。不同温度和取样位置下,RVE-FEM计算的应力-应变曲线与实测结果吻合。晶粒尺寸是抗拉性能的决定性因素,取决于初始凝固组织尺寸和拉伸温度。从板坯表层到中心,二次枝臂间距增大,在同一拉伸温度下,晶粒尺寸增大,尤其从板坯皮下10 mm至40 mm,晶粒长轴长度是关键因素。对于同一位置,随拉伸温度的提升,晶粒长轴和短轴长度均明显增大。

关键词： Q355B板坯高温拉伸晶粒形貌应力分布有限元模拟

20CrMnTi钢160mm×160mm方坯内部质量控制

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钢铁 2021年第2期56卷 82-92页

作者：康吉柏王卫领罗腾飞罗森朱苗勇东北大学冶金学院辽宁沈阳110819 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

针对20CrMnTi连铸160mm×160mm方坯严重的内部质量问题,开展结晶器电磁搅拌(M-EMS)与凝固末端电磁搅拌(F-EMS)参数协同优化试验,通过方坯凝固组织检测和碳偏析检测,详细分析电磁搅拌参数对方坯内部质量的影响规律。此外,借助红外热成像... 详细信息

针对20CrMnTi连铸160mm×160mm方坯严重的内部质量问题,开展结晶器电磁搅拌(M-EMS)与凝固末端电磁搅拌(F-EMS)参数协同优化试验,通过方坯凝固组织检测和碳偏析检测,详细分析电磁搅拌参数对方坯内部质量的影响规律。此外,借助红外热成像仪检测方坯表面温度,进而利用ANSYS软件预测方坯凝固传热过程,得到F-EMS作用区域内的液芯厚度。结果表明,方坯内弧侧与外弧侧柱状晶向等轴晶转变(CET)的起始位置分别距方坯表面约42和28mm,在M-EMS 240~260A条件下,受M-EMS电流强度的影响很小;碳元素在方坯皮下10mm内存在负偏析,然而在CET前沿富集,同时在凝固中心呈现为交替正、负偏析;凝固中心附近负偏析程度正相关于M-EMS和F-EMS强度。根据方坯低倍组织与碳偏析情况,最终确定20CrMnTi最佳的电磁搅拌参数为M-EMS 250A/4.0Hz、F-EMS 300A/7.0Hz。另外,F-EMS入口与出口处的液芯厚度分别为66.2和60.6mm,与之对应的固相率分别为86.6%和88.7%,F-EMS安装位置合理。

关键词： 20CrMnTi 碳宏观偏析结晶器电磁搅拌(M-EMS) 凝固末端电磁搅拌(F-EMS)

20CrMnTi连铸瞬态与平均冷速条件下凝固原位观察

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钢铁 2022年第7期57卷 73-85页

作者：商庭瑞王卫领康吉柏朱苗勇罗森东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819

宽淬透性带和大尺寸TiN析出物严重危害20CrMnTi齿轮钢的产品质量,其控制的关键基础是掌握连铸过程中凝固组织演变行为机理。传统高温激光共聚焦扫描显微镜(HT-CSLM)原位观察研究通常将糊状区冷却速率设定为固定值,这不能有效反映连铸凝... 详细信息

宽淬透性带和大尺寸TiN析出物严重危害20CrMnTi齿轮钢的产品质量,其控制的关键基础是掌握连铸过程中凝固组织演变行为机理。传统高温激光共聚焦扫描显微镜(HT-CSLM)原位观察研究通常将糊状区冷却速率设定为固定值,这不能有效反映连铸凝固过程中冷却速率的变化。为此,以国内某钢厂20CrMnTi 160 mm×160 mm小方坯为研究对象,首先通过二维切片凝固传热计算,确定内弧表面下方20、40、60 mm位置处糊状区的热历程、瞬态与平均冷却速率,进而设计HT-CSLM试验升温与降温方案。然后,开展这些位置处糊状区瞬态与平均冷却速率条件下HT-CSLM试验,研究揭示不同冷却条件下20CrMnTi的凝固过程、δ晶粒生长动力学和包晶相变机制。最后,通过电子探针分析(EPMA),考察冷却条件对凝固组织尺寸的影响规律。结果表明,由于凝固潜热的补偿,内弧皮下20、40、60 mm位置处初始凝固阶段冷却速率较小,凝固中后期逐渐增大,且越深入方坯内部越显著。这些位置处的平均冷却速率分别为102.81、44.63和34.93℃/min。δ晶粒率先从钢液中析出,其平均生长速率随着冷却速率的提升而增大。在瞬态冷却速率条件下,随着凝固的进行,瞬时生长速率呈增大的趋势,但是在平均冷却速率条件下瞬时生长速率则略微降低。这是因为在瞬态冷却速率条件下,糊状区冷却速率由慢至快,不断补偿了凝固潜热,同时初始形核数量少,生长空间大,溶质过冷度的影响相对较弱。当熔体温度降低至包晶相变临界温度时,δ晶粒快速转变为γ晶粒,即发生块状转变,导致固相率迅速增加,且伴随有部分γ晶粒快速聚合。整体上讲,包晶相变临界温度随着冷却速率的增大而降低,但是也受溶质初始含量的影响。此后,剩余液相向γ相转变,直至完全凝固。晶粒半径随着冷却速率的提升而减小,且在平均冷却速率条件下比瞬态冷却速率条件更小,这取决于初始凝固阶段的形核数量。

关键词：齿轮钢连铸冷却速率凝固原位观察凝固动力学晶粒尺寸

GCr15轴承钢连铸冷却速率下凝固原位观察

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钢铁 2022年第2期57卷 73-84页

作者：罗腾飞王卫领刘宗辉罗森朱苗勇东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819

GCr15轴承钢在连铸凝固过程中的组织生长与溶质偏析是碳化物液析的重要诱因,成为产品质量提升的关键。为此,针对国内某钢厂240 mm×240 mm GCr15轴承钢的连铸过程,选取方坯表面下方40、80和120 mm位置处的坯样为研究对象,首先建立二维... 详细信息

GCr15轴承钢在连铸凝固过程中的组织生长与溶质偏析是碳化物液析的重要诱因,成为产品质量提升的关键。为此,针对国内某钢厂240 mm×240 mm GCr15轴承钢的连铸过程,选取方坯表面下方40、80和120 mm位置处的坯样为研究对象,首先建立二维凝固传热模型,结合红外测温试验,求解它们在糊状区的平均冷却速率,然后借助高温激光共聚焦扫描显微镜(HT-CSLM)原位观察它们在连铸条件下的凝固过程,研究揭示不同冷却速率对晶粒生长动力学、晶粒尺寸和溶质偏析的影响。结果表明,距方坯表面40、80和120 mm位置处的糊状区平均冷却速率分别为24.70、17.02和18.95℃/min,固相等效的γ-Fe晶粒生长速率分别为1.043、0.973和1.015μm/s,完全凝固后原始奥氏体晶粒半径分别为148.53±58.41、168.23±46.47和165.30±49.28μm。随着冷却速率的降低,固液界面趋于稳定,晶粒形貌由不规则长条形逐渐转变为规则圆形,凝固组织变得粗大,溶质元素C和Cr在晶界处分布较高。随着凝固的进行,不同晶粒相互接触形成晶界。该现象随着冷却速率的降低愈加明显,且伴随着晶界的迁移。

关键词： GCr15轴承钢原位观察糊状区平均冷却速率凝固动力学溶质偏析

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高拉速连铸结晶器电磁控流技术发展

材料与冶金学报 2023年第1期22卷 1-22页

作者：罗森杨宇威王卫领朱苗勇东北大学冶金学院沈阳110819

高拉速连铸是钢铁工业节能减排、绿色发展的必然趋势,其对连铸工艺的稳定性提出了更高要求,特别是高拉速连铸条件下结晶器内的钢液流动和液面稳定性控制至关重要.伴随着高拉速连铸技术的发展,电磁制动技术应运而生,它具有无污染和灵活... 详细信息

高拉速连铸是钢铁工业节能减排、绿色发展的必然趋势,其对连铸工艺的稳定性提出了更高要求,特别是高拉速连铸条件下结晶器内的钢液流动和液面稳定性控制至关重要.伴随着高拉速连铸技术的发展,电磁制动技术应运而生,它具有无污染和灵活控制的优点,现已广泛应用于高拉速连铸过程中.本文中介绍了国内外连铸结晶器电磁控流技术的发展,指出了不同类型结晶器电磁控流装置的工艺特点和冶金功效,明确了电磁控流装置的类型、安装位置和磁场强度对控制结晶器内钢液合理流动和改善铸坯质量的重要性.最后,笔者认为高拉速连铸结晶器电磁控流技术应向研发多区域、多模式及集成静磁场与交变磁场协同工作的多功能电磁控制装置,以及高精度、低时延的连铸在线监测与控流于一体的智能化电磁控流系统方向发展,以确保连铸结晶器内钢液流动模式、渣金界面稳定性和初凝坯壳均匀生长等得到精准控制,实现高拉速连铸稳定和高质化生产.

关键词：高拉速连铸结晶器液面稳定性电磁制动智能化控制

大方坯连铸结晶器电磁搅拌下钢液流动行为的数值模拟

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大方坯连铸结晶器电磁搅拌下钢液流动行为的数值模拟

2018年（第二十届）全国炼钢学术会议

作者：陈耀罗森王卫领朱苗勇东北大学冶金学院

结晶器内合理的流场分布有利夹杂物上浮去除,增加等轴晶晶核,均匀钢液温度,促进坯壳的均匀生长。本研究采用计算流体力学商业软件ANSYS FLUENT建立了连铸结晶器电磁搅拌三维有限元模型,并根据特斯拉计对结晶器内电磁强度的实测值验证了... 详细信息

结晶器内合理的流场分布有利夹杂物上浮去除,增加等轴晶晶核,均匀钢液温度,促进坯壳的均匀生长。本研究采用计算流体力学商业软件ANSYS FLUENT建立了连铸结晶器电磁搅拌三维有限元模型,并根据特斯拉计对结晶器内电磁强度的实测值验证了模型准确性。在此基础上,对380mm×280mm断面的U75V钢连铸结晶器电磁搅拌作用下钢液流动行为进行了数值模拟研究。结果表明,铸坯内磁感应强度随着电流强度的增大而增加,两者为线性关系。频率为4 Hz时,电流从300A增大到500A,搅拌器中心的磁感应强度从269Gs增加到448 Gs;由于结晶器铜板的屏蔽作用,铸坯内的磁感应强度随着频率的增加而减小,但是减小幅度并不大,频率从4 Hz增加到6 Hz,电磁感应强度降低了大约14Gs。随着频率从4 Hz增加到6 Hz,电磁力从3006 N/m增加到4201N/m;采用结晶器电磁搅拌,侧孔流出钢液进入旋转状态,主流方向得到了明显改变,水口形状对钢液流动影响明显减小。

关键词：连铸数值模拟结晶器电磁搅拌流场

来源： cnki会议评论

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结构参数对连铸结晶器铜板热行为影响研究

结构参数对连铸结晶器铜板热行为影响研究

第十六届全国炼钢学术会议

作者：孟祥宁王卫领朱苗勇东北大学材料与冶金学院

建立结晶器三维有限元模型,计算结构参数对铜板热行为的影响。研究表明,铜板每增厚5 mm,最大热面温升近30℃;镍层每增厚1 mm,最大热面温升近15℃,且窄面温升略高于宽面;冷却水槽每加深2 mm,未镀镍层处热面温降约10℃,镀镍层处远离结晶... 详细信息

建立结晶器三维有限元模型,计算结构参数对铜板热行为的影响。研究表明,铜板每增厚5 mm,最大热面温升近30℃;镍层每增厚1 mm,最大热面温升近15℃,且窄面温升略高于宽面;冷却水槽每加深2 mm,未镀镍层处热面温降约10℃,镀镍层处远离结晶器出口温降约7℃,邻近出口温降约5℃,水槽深度对镀镍层位置温度影响较小。

关键词：板坯连铸结晶器铜板温度分布有限元分析

来源： cnki会议评论

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旋流情况下晶粒移动行为研究

旋流情况下晶粒移动行为研究