發(fā)布時間：2021-01-06 17:25

　　板坯中心偏析是復(fù)雜連鑄過程產(chǎn)生的一種典型鑄坯內(nèi)部缺陷。中心偏析一般難以通過后續(xù)熱處理工藝徹底消除,將遺傳到軋材并引起鋼材機械性能各向異性、軋板分層、氫致裂紋（HIC）等質(zhì)量缺陷。為進一步深入認識板坯連鑄中心偏析的產(chǎn)生機理與控制方法,本文重點從鐵基多元合金凝固過程溶質(zhì)的再分配行為和板坯連鑄中心偏析的形成機理兩個方面開展了比較系統(tǒng)的研究。鐵基多元合金凝固過程溶質(zhì)再分配行為的研究主要借助熱力學計算開展。溶質(zhì)平衡分配系數(shù)定義為溶質(zhì)在固相一側(cè)濃度與液相一側(cè)濃度的比值,是準確描述合金凝固過程溶質(zhì)再分配行為以及溶質(zhì)偏析模擬的關(guān)鍵參數(shù)。論文基于溶質(zhì)平衡分配系數(shù)熱力學計算模型,研究了鐵基多元合金凝固過程組分、溫度以及相結(jié)構(gòu)對溶質(zhì)平衡分配系數(shù)的影響;從溶質(zhì)平衡分配系數(shù)出發(fā),提出了一種基于改善溶質(zhì)再分配降低凝固偏析的合金化設(shè)計方法;鑒于鋼種（特別是包晶鋼）溶質(zhì)平衡分配系數(shù)的缺乏,論文計算獲得了Q345鋼中溶質(zhì)C、Si、Mn、P、S的平衡分配系數(shù)。在此基礎(chǔ)上,采用數(shù)值模擬與實驗驗證相結(jié)合的方法,對板坯連鑄過程中心偏析的形成機理和關(guān)鍵問題進行了研究,揭示了板坯連鑄過程鑄坯內(nèi)溶質(zhì)的分布特征,探明了湍流區(qū)流場和鑄坯... 

【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：191 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

板坯連鑄過程溶質(zhì)再分配與中心偏析形成示意圖

1 緒 論提供理論和實際指導(dǎo)。1.2 鐵基多元合金凝固溶質(zhì)的再分配行為1.2.1 合金凝固過程溶質(zhì)的再分配溶質(zhì)的再分配是合金凝固過程的固有屬性，是導(dǎo)致合金凝固過程溶質(zhì)微觀偏析和宏觀偏析缺陷的內(nèi)在因素。溶質(zhì)在液相和固相中化學勢的差異是合金凝固過程溶質(zhì)再分配的驅(qū)動力。合金凝固過程中，當溶質(zhì)在固相中的化學勢大于液相中的化學勢時，為維持溶質(zhì)在固相和液相中化學勢的平衡，溶質(zhì)將自發(fā)從固相往液相析出，即溶質(zhì)往液相中富集；反之，溶質(zhì)將從液相往固相析出，即溶質(zhì)往固相中富集。

固顯微組織 EDS 線掃描的結(jié)果可以看出，溶質(zhì) Al 和 Ti 在枝晶間聚集，溶質(zhì) Co 和Ni 在枝晶內(nèi)聚集；溶質(zhì) Fe 往枝晶間聚集，但其在枝晶間和枝晶內(nèi)含量相差不大。也就是說，合金 Al-Ti-Co-Ni-Fe 凝固過程中，溶質(zhì) Al 和 Ti 自發(fā)從固相往液相析出，Co 和 Ni 自發(fā)從液相往固相析出，F(xiàn)e 的偏析趨勢較弱。對比不同冷速下 EDS線掃描結(jié)果可知，當合金以較小的冷卻速率凝固時，各溶質(zhì)的偏析趨勢略微增大。此外，當 Al-Ti-Co-Ni-Fe 體系各組元含量由 30，30，10，10，20(wt.%)分別改變?yōu)?0，10，25，35，20(wt.%)后，F(xiàn)e 的偏析趨勢將大大增強，大量的 Fe 往液相析出，富集于枝晶間區(qū)域。由此說明，合金含量對組元的偏析行為具有重要影響。You 等[2]研究了 Fe-0.21C-2.12Mn-0.54Si-0.77Al (wt.%)體系(Trip 鋼)凝固過程溶質(zhì)的再分配行為，結(jié)果如圖 1.3[2]所示。斷面上溶質(zhì)的分布特征明顯地呈現(xiàn)了一次枝晶和二次枝晶的凝固形貌。從溶質(zhì) Mn 和 Al 析出后聚集的位置(枝晶間/枝晶內(nèi))可以看出，Mn 和 Al 呈現(xiàn)相反的偏析特性。該體系凝固過程中，Mn 從固相往液相析出，不斷往枝晶間聚集，其濃度在枝晶間達到最大值，呈正偏析；Al 從液相往固相析出，不斷往枝晶內(nèi)聚集，其濃度在枝晶內(nèi)達到最大值，呈負偏析。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]碳含量對600MPa級高強鋼中心偏析和帶狀組織的影響[J]. 梁文,吳潤,黃海娥,夏念平,王立新,胡俊,趙江濤.  鋼鐵釩鈦. 2018(03)
[2]Q345E-Z35特厚板Z向性能不合原因分析[J]. 白松蓮,萬瀟,楊征,張會祥,周希楠.  軋鋼. 2017(03)
[3]X80級管線鋼的抗氫致裂紋性能[J]. 郝紅梅,陳健,汪兵,賈書君,劉清友.  金屬熱處理. 2016(04)
[4]熔體超溫處理溫度對新型鎳基單晶高溫合金溶質(zhì)分配行為的影響[J]. 王海鋒,蘇海軍,張軍,黃太文,劉林,傅恒志.  金屬學報. 2016(04)
[5]偏析及M/A組元對高強度管線鋼抗氫致裂紋性能的影響[J]. 陳健,胡亮,汪兵,劉清友,劉翔.  金屬熱處理. 2015(09)
[6]A Numerical Study of the Effect of Multiple Pouring on Macrosegregation in a 438-Ton Steel Ingot[J]. Zhen-Hu Duan,Hou-Fa Shen,Bai-Cheng Liu.  Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2015(09)
[7]軋材偏析的組織表現(xiàn)及成分解析[J]. 嚴春蓮,溫娟,鞠新華,楊瑞,姚武剛.  物理測試. 2015(04)
[8]中厚鋼板分層缺陷的力學性能影響分析[J]. 王斌.  物理測試. 2015(04)
[9]偏析對X65管線鋼抗氫致裂紋性能的影響[J]. 陳健,汪兵,胡亮,劉清友,劉翔.  材料熱處理學報. 2015(04)
[10]電磁攪拌對大方坯結(jié)晶器流場和液面波動的影響[J]. 王亞濤,楊振國,張曉峰,李劍鋒,王寶,劉青.  北京科技大學學報. 2014(10)

博士論文
[1]薄板連鑄坯的溫度與應(yīng)力狀態(tài)的研究[D]. 陳登福.重慶大學 1997



本文編號：2960963