H13鋼是一種應用廣泛的高端鋼材,本文以進一步提高快速電渣重熔工藝生產H13鑄坯的質量為背景,對H13鋼快速電渣重熔鑄坯的凝固組織及偏析的形貌特征進行了仔細地分析,其次對凝固條件對H13凝固組織與偏析的影響進行了分析討論,最后對H13鑄坯在拉坯方向上的碳元素分布特征進行了分析。在H13鑄坯凝固組織及偏析特征分析方面,本文測量凝固組織的二次枝晶間距、面積與周長,并引入分形維數與無量綱周長對鑄坯的凝固組織及偏析特征進行表征。分析發(fā)現(xiàn)等軸晶區(qū)內凝固組織的二次枝晶間距均值大于柱狀晶區(qū)。在熔速400kg/h、450kg/h、500kg/h時,鑄坯等軸晶區(qū)凝固組織的面積率小于柱狀晶區(qū)(偏析率則相反),并且鑄坯凝固組織的周長與面積呈負相關。同時,分形維數及無量綱周長的結果表明,等軸晶區(qū)內凝固組織的分形維數小于柱狀晶區(qū),而無量綱周長則大于柱狀晶區(qū)。這可能與二者的計算原理不同有關。其次,本文通過統(tǒng)計偏析點數目,并按面積范圍將偏析點劃分為三種對鑄坯偏析進行了更為細致的研究。分析發(fā)現(xiàn)鑄坯柱狀晶區(qū)的偏析點總數大于等軸晶區(qū),這表明偏析點在柱狀晶區(qū)的分布更加彌散。而不同類型偏析點在相應晶區(qū)的分布情況表明等軸晶區(qū)更易出現(xiàn)面積較大的偏析點。并且,等軸晶區(qū)偏析點的分形維數及無量綱周長小于柱狀晶區(qū)表明柱狀晶區(qū)相對于等軸晶區(qū)內的偏析點形貌更復雜。這應該是由于柱狀晶區(qū)的局部冷卻速度大于等軸晶區(qū)所致。最后,通過對比凝固組織及偏析點的分形維數、無量綱周長與偏析的關系,發(fā)現(xiàn)對于H13鑄坯而言,凝固組織的分形維數比較適合用于表征偏析點的彌散度。而凝固組織的無量綱周長比較適合用于表征鑄坯整體的偏析程度。熔速350kg/h鑄坯在某些方面有不同趨勢,這可能與凝固組織生長方向等其他因素有關。然后,在凝固條件對偏析的影響方面,本文通過凝固組織二次枝晶間距計算得到相應位置的局部冷卻速度,以此來研究其對鑄坯偏析的影響。分析發(fā)現(xiàn)鑄坯等軸晶內的局部冷卻速度小于柱狀晶區(qū)。由于鑄坯隨著熔速的增加柱狀晶凝固角先減小后增大再減小,可推測當熔速增大時鑄坯的橫向傳熱與縱向傳熱存在競爭性,但是總體上橫向傳熱要強于縱向傳熱。并且,通過分析發(fā)現(xiàn)當局部凝固時間增大時,凝固組織與偏析點的分形維數及無量綱周長有減小的趨勢,但趨勢程度不同。其次,當局部凝固時間增大時,偏析總面積有增大的趨勢,而偏析點總數呈減小的趨勢,并且對比局部凝固時間與不同類型偏析點的面積比及數目比之間的關系,發(fā)現(xiàn)局部凝固時間增大時,鑄坯更易出現(xiàn)面積較大的偏析點。最后,通過綜合分析比較不同熔速鑄坯偏析的面積及數目,可知熔速450kg/h生產的鑄坯質量最優(yōu)。最后,針對鑄坯拉坯方向的碳元素分布特征方面,本部分首先基于低倍組織圖像灰度值獲取了鑄坯的碳元素分布曲線。然后,對碳元素含量分布序列的標準差、互相關函數、Hurst指數進行了計算,為以后精細化控制快速電渣重熔鑄坯的偏析狀況提供指導。碳元素分布序列的標準差計算結果表明除了個別熔速外,其余熔速鑄坯等軸晶區(qū)的碳含量元素的波動程度比柱狀晶區(qū)更大。并且不同位置的碳元素分布序列的互相關函數分析結果表明,當滯后數為0時,熔速為400kg/h、450kg/h、500kg/h的鑄坯的C ET轉變位置與鑄坯中心位置的碳含量分布呈現(xiàn)明顯的相關性,而Hurst指數的相關系數表明,碳元素分布序列有明顯的分形特征。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TF142
【部分圖文】：

圖 1.1 快速電渣重熔工藝示意圖[6]Fig.1.1 Schematic of ESRR process尺寸的鑄坯是很不經濟的。而這恰恰是連鑄工藝的優(yōu)點[7]，但是穴較深，容易產生疏松和偏析。針對電渣重熔工藝的產能小、點，促使結合連鑄工藝同時兼具電渣重熔工藝優(yōu)點的快速電渣）的產生�？焖匐娫厝酃に噺膫鹘y(tǒng)的電渣重熔工藝發(fā)展而來 公司開發(fā)的。該工藝是在 T 型結晶器多流電渣重熔[8]的基礎上發(fā) 所示，該工藝采用 T 型結晶器，可重熔大斷面電極，以減少電極在結晶器壁上嵌入導電元件改變電流回路，使電流回路變?yōu)樽噪娫儔浩�，由此改變結晶器的熱分配[5]。并且該工藝提高能得到致密、均勻、無偏析、疏松、縮孔的凝固組織結構。被后電渣重熔領域最有發(fā)展前景的工藝。速電渣重熔工藝的原理及特點電渣重熔的工藝原理與傳統(tǒng)電渣重熔工藝類似。電渣重熔是一

圖 1.2 傳統(tǒng)電渣重熔工藝示意圖[9]Fig.1.2 Schematic of traditional ESR process渣池 溫度可 維持 在 1700~1900℃之 間[10]，遠遠高于鋼500℃）。這時插入渣池的自耗電極端部便被逐漸加熱至熔化，這個過程中熔化的金屬匯集在電極錐形端部的尖端，形成液態(tài)金屬熔滴在重力和電動力的作用下，從尖端脫落穿過渣池進入金冷結晶器的冷卻作用，液態(tài)金屬自下而上逐漸凝固形成鑄錠。渣池和金屬熔池也隨之向上移動，使得鑄坯與水冷結晶器之間殼的作用主要體現(xiàn)在兩點，一、使鑄坯表面平滑光潔改善了鑄、在結晶器內壁和鑄坯之間起到保溫隔熱的作用，從而降低了徑向傳熱，促進了軸向傳熱，有利于鑄坯的自下而上的順序結鋼液凝固有較大差異。一提的是，自耗電極中的非金屬夾雜物[11-14]、有害元素[15-16]、成過程和穿越渣池過程中大部分得到去除了。這兩個過程液態(tài)

ESRR）在原理上與一般的電渣重熔水冷結晶器可以使用直徑較大的電極，在實際生產過程中可以實現(xiàn)連續(xù)率不高的問題。同時，理論上該工坯，但實踐也表明該工藝生產鑄坯氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種形式存在，所有的金屬以及一些非金屬物質在次的凝固過程。作為目前最常見的棒材、板材等）之前，也必須經歷各種尺寸的鑄坯。目前，常見的鑄

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本文編號：2824627