借助PROCAST軟件的元胞自動(dòng)機(jī)（CA）微觀組織模擬方法,分析了?300 mm （?100 mm）×350 mm Mn18Cr18N高氮奧氏體不銹鋼空心鋼錠的電渣重熔凝固工藝,確定了合理的凝固工藝參數(shù)、冷卻條件、凝固晶粒組織的形核密度與生長(zhǎng)速度。在此基礎(chǔ)上,分析了?712 mm（?308 mm）×1 202 mm空心鋼錠電渣重熔金屬熔池形狀和底部冷卻條件對(duì)凝固組織特征的影響。結(jié)果表明,電渣重熔熔速（渣-金界面上漲速度）控制在0.1 mm·s^-1以下,可以獲得理想的熔池形狀和凝固柱狀晶組織;底部傳熱系數(shù)達(dá)到500 W·m²·K^-1可提供足夠的冷卻能力,并獲得最大尺寸的底部柱狀晶區(qū)。 

【文章來(lái)源】：鑄造技術(shù). 2020,41(12)

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

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電渣重熔空心鋼錠內(nèi)外壁傳熱系數(shù)變化規(guī)律

圖1 電渣重熔空心鋼錠內(nèi)外壁傳熱系數(shù)變化規(guī)律溫度場(chǎng)的變化規(guī)律取決于電渣重熔特殊的冷卻條件。如圖3所示，空心鋼錠電渣重熔過(guò)程中重熔和凝固從底水箱開(kāi)始逐步向上（圖3）。重熔凝固開(kāi)始階段，由于底水箱的冷卻能力大于內(nèi)外結(jié)晶器的冷卻能力，溫度場(chǎng)沿軸向的梯度大于徑向的梯度，溫度場(chǎng)約在700～1 415℃的范圍內(nèi)（圖2a）；柱狀晶從底水箱開(kāi)始沿著軸向生長(zhǎng)，鋼錠壁厚中心部分的柱狀晶幾乎垂直于底面而與軸向平行，靠近內(nèi)外壁兩側(cè)則由于內(nèi)外水冷結(jié)晶器的冷卻作用，柱狀晶向壁厚中心傾斜（圖3a）。也就是說(shuō)，柱狀晶是沿著溫度場(chǎng)等溫曲線的法向生長(zhǎng)的。隨著重熔凝固過(guò)程的進(jìn)行，底水箱的冷卻能力逐漸減小，溫度場(chǎng)軸向梯度逐漸減小（圖2b），內(nèi)外壁冷卻能力主導(dǎo)了傳熱的趨勢(shì)，鋼錠壁厚中部垂直于底面而與軸向平行的柱狀晶減少，內(nèi)外壁兩側(cè)向壁厚凝固中心傾斜的柱狀晶越來(lái)越多（圖3b）。當(dāng)溫度場(chǎng)在300～1 415℃的范圍內(nèi)（圖2c）時(shí)；底部柱狀晶區(qū)消失，壁厚組織完全由內(nèi)外壁冷卻導(dǎo)致的柱狀晶組成（圖3c），同時(shí)柱狀晶組織與鋼錠軸向的夾角達(dá)到最大54。隨著重熔凝固的進(jìn)一步進(jìn)行，軸向溫度梯度逐漸減小，但是溫度范圍基本穩(wěn)定在300～1 415℃（圖2d-g）；壁厚凝固組織沿軸向逐層向上穩(wěn)定生長(zhǎng)（圖3d-g）。在此期間，由于下部已經(jīng)凝固鋼錠發(fā)生收縮，鋼錠凝固部分與水冷結(jié)晶器之間產(chǎn)生氣隙，從而使鋼錠外壁逐漸與水冷結(jié)晶器分離，進(jìn)而使傳熱系數(shù)逐漸減小直到趨于平穩(wěn)（圖1a）；而內(nèi)壁則會(huì)由于金屬凝固收縮接觸更加緊密，傳熱系數(shù)稍有改善（圖1a），從而使溫度場(chǎng)等溫曲線在壁厚上的對(duì)稱(chēng)中心從底部柱狀晶消失以后（圖3c）開(kāi)始，逐漸向內(nèi)壁測(cè)移動(dòng)，最終使內(nèi)外壁柱狀晶的接合處位于靠近內(nèi)壁的壁厚1/3處。另外，圖3e中凝固組織在內(nèi)外壁基本完成，對(duì)應(yīng)的熔池最深，因此圖3a-e柱狀晶內(nèi)外壁冷卻促進(jìn)了柱狀晶軸向的生成；而圖3e以后，柱狀晶主要沿徑向生長(zhǎng)，從而使熔池逐漸變淺。

電渣重熔是集精煉、凝固于一體的一種冶煉方法，它不僅可以有效地去除鋼中的非金屬夾雜物,減少硫的含量；而且可以有效地控制結(jié)晶方向,獲得趨于軸向的結(jié)晶組織[16]。電渣重熔空心鋼錠凝固過(guò)程的控制主要是對(duì)電渣重熔過(guò)程中金屬熔池形狀和深度進(jìn)行控制，熔池深度是凝固組織的主要控制參數(shù)。電渣重熔工藝中,電極熔化速度主要影響金屬熔池的深度和形狀，從而影響重熔產(chǎn)品的質(zhì)量[17]。因此，金屬熔池的深淺反映了熔速的快慢。從而使金屬熔池深度對(duì)重熔鑄錠凝固組織產(chǎn)生重要的影響，淺的熔池形貌更有利于生成良好的凝固組織。圖4 模型一電渣重熔凝固組織與不同條件下的對(duì)比

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]電渣重熔空心鋼錠過(guò)程的數(shù)學(xué)模擬和試驗(yàn)研究[D]. 陳旭.東北大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3397324