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连铸方坯拉坯方向凝固行为与偏析控制研究进展

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钢铁 2024年第4期59卷 9-24页

作者：侯自兵郭东伟彭治强文光华重庆大学材料科学与工程学院重庆400044

连铸方坯是棒线类钢铁产品的主要母材,其宏观/半宏观偏析等缺陷,一定程度反映了铸坯成分分布和组织性能的不均匀,是影响高端钢材质量提升的重要因素。从二维横断面入手对铸坯内部低倍组织进行表征、分析与优化是目前铸坯内部偏析缺陷调... 详细信息

连铸方坯是棒线类钢铁产品的主要母材,其宏观/半宏观偏析等缺陷,一定程度反映了铸坯成分分布和组织性能的不均匀,是影响高端钢材质量提升的重要因素。从二维横断面入手对铸坯内部低倍组织进行表征、分析与优化是目前铸坯内部偏析缺陷调控的主要手段;然而,铸坯内部凝固枝晶和中心偏析均具有三维空间形貌和分布特征,导致仅通过二维横断面进行研究可能会存在一定误差;同时,连铸拉坯方向(垂直于横断面)上凝固枝晶与偏析的波动特征能够更直观地反映连铸坯内部组织性能和质量沿长度方向的波动,这也是影响高品质钢连铸坯及后续产品质量稳定性的关键之一。从凝固行为特点、组织波动变化规律、中心偏析控制等3个方面总结讨论近年来连铸方坯拉坯方向的凝固行为与偏析控制研究进展。CET转变是铸坯凝固组织调控的重点,其判定依据及其与偏析相关性的研究表明,拉坯方向上CET位置存在波动性且与中心偏析形貌特征相关。液相穴内非对称流场及温度变化会造成拉坯方向凝固枝晶的波动特征以及凝固终点的周期性波动;同时,实际铸坯以及相关定性定量模型也表明了拉坯方向偏析元素的分布具有波动特征,并可以利用时间序列技术等方法展开解析。中心偏析控制技术的发展明显提升了连铸坯内部质量的均匀性;同时,也可以基于偏析表征方法及遗传行为模型从拉坯方向减少偏析的发生。将来在连铸拉坯方向,可能会对三维凝固机理、各类连铸坯波动特征、表面质量、组织表征、高拉速、智能分析预测与精细化控制等方面开展越来越多的分析。

关键词：连铸方坯凝固组织偏析拉坯方向遗传行为

高碳钢连铸方坯拉坯方向碳元素分布特征的定量描述与影响因素

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高碳钢连铸方坯拉坯方向碳元素分布特征的定量描述与影响因素

作者：常毅重庆大学

学位级别：硕士

高碳钢连铸方坯是制造高端棒线类钢铁产品的主要母材,其内部碳元素沿拉坯方向分布的不均匀性严重制约了其产品质量稳定性。本研究以82B帘线钢连铸方坯为例,采用灰度分析为主(即利用铸坯低倍组织图像的灰度值,简称灰度分析)与化学分析为... 详细信息

高碳钢连铸方坯是制造高端棒线类钢铁产品的主要母材,其内部碳元素沿拉坯方向分布的不均匀性严重制约了其产品质量稳定性。本研究以82B帘线钢连铸方坯为例,采用灰度分析为主(即利用铸坯低倍组织图像的灰度值,简称灰度分析)与化学分析为辅的方法来提取铸坯内部不同尺度的碳含量分布数据,通过运用ARMA模型法与统计极值法,对连铸方坯内部不同区域(尤其是碳偏析严重的中心等轴晶区)的碳元素沿拉坯方向分布特征进行定量描述,分析了过热度、拉速对碳元素序列分布特征的影响,最后基于连铸方坯内部凝固特点,总结出碳元素沿拉坯方向分布特征的变化机理。碳元素沿拉坯方向分布特征的定量描述体系包括碳元素时间序列的波动特征与碳元素统计最大值两方面。其中,碳元素时间序列的波动特征由固有周期、阻尼率反映,固有周期和阻尼率变大,会使碳元素时间序列波动程度降低。碳元素统计最大值为碳元素原始数据运用统计极值法求得的(某一概率下)碳含量最大值统计结果,碳元素统计最大值越小,表明碳元素原始数据的极大值的越小。在灰度分析尺度下,连铸方坯中心等轴晶区碳元素沿拉坯方向的分布特征如下:对于等轴晶区代表位置1(距离铸坯边界55mm),其碳元素时间序列的固有周期随过热度的增大而增大,随拉速的增大而减小;阻尼率随过热度(或拉速)的增大而降低;碳元素统计最大值随过热度的增大而降低,随着拉速的增大而增大。而对于等轴晶区代表位置2(距离铸坯边界65mm),其碳元素时间序列的固有周期随过热度(或拉速)的增大而增大,阻尼率与碳元素统计最大值随过热度的增大而增大,随拉速的增大而减小。等轴晶区两个代表位置的碳元素分布特征存在差异,这与其所在位置的凝固特性(二次枝晶间距等)有关。对于中心线位置,其碳元素时间序列的固有周期随过热度的增大而增大,随拉速的增大而减小;阻尼率随过热度的增大而减小,随拉速的增大而增大。碳元素统计最大值随过热度(或拉速)的增大而增大。在化学分析尺度下,连铸方坯中心等轴晶区碳元素沿拉坯方向的分布特征如下:对于等轴晶区代表位置1(距离铸坯边界55mm),其碳元素时间序列的固有周期随过热度的增大而增大,阻尼率随过热度的增大而减小;碳元素统计最大值随过热度的增大而增大;对于中心线位置,其碳元素统计最大值随过热度(或拉速)的增大而减小。两种分析尺度下碳元素沿拉坯方向分布特征均具有有效性,其中,碳元素时间序列的固有周期与阻尼率更能反映碳元素序列的本质特征;分析尺度对碳元素统计最大值的影响更为明显。然后,本研究结合铸坯凝固特点对碳元素沿拉坯方向的分布特征变化机理进行了解释。凝固组织二次枝晶间距与碳元素时间序列的固有周期存在一致性变化关系,即前者越大,后者越小。中心等轴晶区(包括等轴晶区代表位置1、2与中心线位置)的V形偏析带的间隔越小,则碳元素时间序列的平均固有周期也越小。此外,混晶区还受等轴晶区的凝固抽吸作用,这对碳元素序列的固有周期有较大影响。碳元素序列平均阻尼率则与晶间的碳偏析区面积及不同晶区的晶粒生长特点有关。对于等轴晶区,晶间碳偏析区的面积越大,阻尼率越小,中心线位置的偏析带数目越多,阻尼率越大;等轴晶的生长具有各向异性,柱状晶的长大方向是单向的,二者生长方式均对阻尼率有一定影响。碳元素统计最大值与连铸坯凝固组织的均匀性有关。中心等轴晶区凝固受抽吸作用占主导,抽吸越小,液相流动阻力降低,但发现液相流动阻力降低对中心等轴晶区凝固过程与碳元素序列最大值的影响并不相同。柱状晶区、混晶区二次枝晶间距减小,则提高了凝固组织的均匀性,碳元素统计最大值也越小。最后,由于该钢种碳元素分配系数较低,中心碳偏析严重,综合考虑中心线位置在灰度分析尺度下碳元素固有周期与阻尼率较大、统计最大值较小的工艺为较优工艺(从分析尺度较小的灰度分析角度更有利于实现对铸坯质量的精细化控制),即对于碳元素序列的平均固有周期,过热度增大(34℃)、拉速降低(1.9m/min)为较优工艺;对于碳元素阻尼率与碳元素统计最大值,过热度较低(29℃)、拉速较高(2.1m/min)为较优工艺。

关键词： 82B钢拉坯方向时间序列碳元素分布特征凝固组织

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高碳钢方坯碳锰元素纵向分布及机理

钢铁 2016年第11期51卷 43-48,54页

作者：常毅侯自兵王伟徐云重庆大学材料科学与工程学院重庆400044

为降低高碳钢连铸方坯中偏析元素(碳、锰)沿拉坯方向分布的不均匀性,对70高碳钢(w([C])=0.7%)连铸方坯(170 mm×170 mm)拉坯方向碳、锰元素的分布特征及机理展开研究。在连铸坯中心纵断面的柱状晶区、混晶区与等轴晶区的代表位置,对碳... 详细信息

为降低高碳钢连铸方坯中偏析元素(碳、锰)沿拉坯方向分布的不均匀性,对70高碳钢(w([C])=0.7%)连铸方坯(170 mm×170 mm)拉坯方向碳、锰元素的分布特征及机理展开研究。在连铸坯中心纵断面的柱状晶区、混晶区与等轴晶区的代表位置,对碳、锰元素分布进行测量。研究结果表明,70高碳钢连铸方坯中心纵断面沿拉坯方向碳、锰元素的分布存在明显波动,且碳元素的波动程度大于锰元素;强冷工艺下,在不同位置碳、锰元素分布变得更为均匀的同时,其质量分数沿拉坯方向的波动程度也有所降低;在柱状晶区、混晶区和等轴晶区,碳元素质量分数沿拉坯方向的波动程度与二次枝晶间距之间均有一致的对应关系,即后者越小,前者也越小。

关键词：高碳钢连铸方坯拉坯方向偏析波动性凝固组织

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IF钢开浇阶段铸坯洁净度分析

钢铁研究学报 2017年第4期29卷 281-286页

作者：陈霄包燕平李任春陈军利李太全王睿北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 邯郸钢铁集团有限责任公司河北邯郸056015

由于IF钢生产过程中对开浇阶段铸坯质量判定不明确,因此在利用时容易导致产品质量问题而增加生产成本。通过对头坯不同位置进行取样,研究IF钢开浇阶段铸坯沿拉坯方向的洁净度变化。实验结果表明,IF钢开浇阶段铸坯中大型夹杂物主要来源... 详细信息

由于IF钢生产过程中对开浇阶段铸坯质量判定不明确,因此在利用时容易导致产品质量问题而增加生产成本。通过对头坯不同位置进行取样,研究IF钢开浇阶段铸坯沿拉坯方向的洁净度变化。实验结果表明,IF钢开浇阶段铸坯中大型夹杂物主要来源于结晶器卷渣和中间包中来不及上浮的脱氧或二次氧化产物;从距离头坯头部2.5m位置开始,由结晶器卷渣所引入的大型夹杂物含量接近正常坯水平;距离头坯头部7.5m位置处开始N含量与正常坯含量基本持平,簇状Al_2O_3夹杂物数量及尺寸接近正常坯水平;距离头坯头部8.5m位置处开始全氧质量分数保持在20×10^(-6)左右。

关键词： IF钢头坯洁净度拉坯方向

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连铸板坯矫直过程表面温度和应力数值模拟

热加工工艺 2017年第11期46卷 96-98,106页

作者：孟德弟袁守谦西安建筑科技大学冶金学院陕西西安710055 钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心北京100089

通过ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件研究了直角坯和倒角坯在矫直过程中表面温度和应力的分布情况,分析了角部形状对铸坯的拉坯方向应力分布的影响。结果表明,倒角坯可以显著提高角部温度,使温度分布更加均匀。在矫直过程中,沿拉坯方向直角... 详细信息

通过ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件研究了直角坯和倒角坯在矫直过程中表面温度和应力的分布情况,分析了角部形状对铸坯的拉坯方向应力分布的影响。结果表明,倒角坯可以显著提高角部温度,使温度分布更加均匀。在矫直过程中,沿拉坯方向直角坯角部附近应力一直处于相对较高状态。倒角坯可以减小角部应力大小,缩小高应力区域面积,有利于避免角横裂的产生。

关键词：矫直角横裂倒角坯拉坯方向

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