H13鋼是一種應(yīng)用廣泛的高端鋼材,本文以進(jìn)一步提高快速電渣重熔工藝生產(chǎn)H13鑄坯的質(zhì)量為背景,對(duì)H13鋼快速電渣重熔鑄坯的凝固組織及偏析的形貌特征進(jìn)行了仔細(xì)地分析,其次對(duì)凝固條件對(duì)H13凝固組織與偏析的影響進(jìn)行了分析討論,最后對(duì)H13鑄坯在拉坯方向上的碳元素分布特征進(jìn)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(shù)與無量綱周長對(duì)鑄坯的凝固組織及偏析特征進(jìn)行表征。分析發(fā)現(xiàn)等軸晶區(qū)內(nèi)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(shí),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(fù)相關(guān)。同時(shí),分形維數(shù)及無量綱周長的結(jié)果表明,等軸晶區(qū)內(nèi)凝固組織的分形維數(shù)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(jì)算原理不同有關(guān)。其次,本文通過統(tǒng)計(jì)偏析點(diǎn)數(shù)目,并按面積范圍將偏析點(diǎn)劃分為三種對(duì)鑄坯偏析進(jìn)行了更為細(xì)致的研究。分析發(fā)現(xiàn)鑄坯柱狀晶區(qū)的偏析點(diǎn)總數(shù)大于等軸晶區(qū),這表明偏析點(diǎn)在柱狀晶區(qū)的分布更加彌散。而不同類型偏析點(diǎn)在相應(yīng)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(diǎn)。并且,等軸晶區(qū)偏析點(diǎn)的分形維數(shù)及無量綱周長小于柱狀晶區(qū)表明柱狀晶區(qū)相對(duì)于等軸晶區(qū)內(nèi)的偏析點(diǎn)形貌更復(fù)雜。這應(yīng)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(duì)比凝固組織及偏析點(diǎn)的分形維數(shù)、無量綱周長與偏析的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)對(duì)于H13鑄坯而言,凝固組織的分形維數(shù)比較適合用于表征偏析點(diǎn)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(guān)。然后,在凝固條件對(duì)偏析的影響方面,本文通過凝固組織二次枝晶間距計(jì)算得到相應(yīng)位置的局部冷卻速度,以此來研究其對(duì)鑄坯偏析的影響。分析發(fā)現(xiàn)鑄坯等軸晶內(nèi)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(dāng)熔速增大時(shí)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(qiáng)于縱向傳熱。并且,通過分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)局部凝固時(shí)間增大時(shí),凝固組織與偏析點(diǎn)的分形維數(shù)及無量綱周長有減小的趨勢,但趨勢程度不同。其次,當(dāng)局部凝固時(shí)間增大時(shí),偏析總面積有增大的趨勢,而偏析點(diǎn)總數(shù)呈減小的趨勢,并且對(duì)比局部凝固時(shí)間與不同類型偏析點(diǎn)的面積比及數(shù)目比之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)局部凝固時(shí)間增大時(shí),鑄坯更易出現(xiàn)面積較大的偏析點(diǎn)。最后,通過綜合分析比較不同熔速鑄坯偏析的面積及數(shù)目,可知熔速450kg/h生產(chǎn)的鑄坯質(zhì)量最優(yōu)。最后,針對(duì)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(duì)碳元素含量分布序列的標(biāo)準(zhǔn)差、互相關(guān)函數(shù)、Hurst指數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,為以后精細(xì)化控制快速電渣重熔鑄坯的偏析狀況提供指導(dǎo)。碳元素分布序列的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算結(jié)果表明除了個(gè)別熔速外,其余熔速鑄坯等軸晶區(qū)的碳含量元素的波動(dòng)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(guān)函數(shù)分析結(jié)果表明,當(dāng)滯后數(shù)為0時(shí),熔速為400kg/h、450kg/h、500kg/h的鑄坯的C ET轉(zhuǎn)變位置與鑄坯中心位置的碳含量分布呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性,而Hurst指數(shù)的相關(guān)系數(shù)表明,碳元素分布序列有明顯的分形特征。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(jīng)濟(jì)的。而這恰恰是連鑄工藝的優(yōu)點(diǎn)[7]，但是穴較深，容易產(chǎn)生疏松和偏析。針對(duì)電渣重熔工藝的產(chǎn)能小、點(diǎn)，促使結(jié)合連鑄工藝同時(shí)兼具電渣重熔工藝優(yōu)點(diǎn)的快速電渣）的產(chǎn)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(jié)晶器多流電渣重熔[8]的基礎(chǔ)上發(fā) 所示，該工藝采用 T 型結(jié)晶器，可重熔大斷面電極，以減少電極在結(jié)晶器壁上嵌入導(dǎo)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(jié)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(jié)構(gòu)。被后電渣重熔領(lǐng)域最有發(fā)展前景的工藝。速電渣重熔工藝的原理及特點(diǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼500℃）。這時(shí)插入渣池的自耗電極端部便被逐漸加熱至熔化，這個(gè)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(dòng)力的作用下，從尖端脫落穿過渣池進(jìn)入金冷結(jié)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(dòng)，使得鑄坯與水冷結(jié)晶器之間殼的作用主要體現(xiàn)在兩點(diǎn)，一、使鑄坯表面平滑光潔改善了鑄、在結(jié)晶器內(nèi)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(jìn)了軸向傳熱，有利于鑄坯的自下而上的順序結(jié)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(gè)過程液態(tài)

ESRR）在原理上與一般的電渣重熔水冷結(jié)晶器可以使用直徑較大的電極，在實(shí)際生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)率不高的問題。同時(shí)，理論上該工坯，但實(shí)踐也表明該工藝生產(chǎn)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(zhì)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(jīng)歷各種尺寸的鑄坯。目前，常見的鑄

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