本文關鍵詞：高品質鉻鉬模具鋼鋼錠的凝固機理及質量控制研究　出處：《北京科技大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：鋼錠的縮孔疏松、宏觀偏析、夾雜等缺陷一直是影響鋼錠質量的瓶頸問題,鋼錠凝固過程各種缺陷形成機理的探索也一直是鑄造和凝固的前沿研究領域,仍有很多問題尚未得到解決。本文圍繞鉻鉬模具鋼鋼錠凝固過程的傳熱特征、縮孔疏松和鋼錠頭部正偏析的形成與控制、鋼錠鑄造過程的關鍵控制技術如鑄錠的保護澆注控制技術、充型階段卷渣控制技術和冒口的保溫控制技術等方面展開研究,解決鉻鉬模具鋼鋼錠的共性質量問題,提高鋼錠成材率。通過對40噸3Cr2NiMo鋼錠凝固過程傳熱的綜合分析提出了有效瞬態(tài)熱阻的概念,表征了鋼錠凝固過程的傳熱特征,確定了鋼錠凝固過程不同階段傳熱的限制性環(huán)節(jié),為控制鋼錠凝固提供指導。研究發(fā)現在鋼錠凝固前期,鋼錠模和鋼錠/鋼錠模界面的傳熱為傳熱限制性環(huán)節(jié);凝固中期,鋼錠模外壁與外界環(huán)境之間的傳熱為傳熱限制性環(huán)節(jié),此時可以通過控制鋼錠模外壁的冷卻條件來影響凝固進程;凝固后期,熱量通過凝固坯殼的傳熱為傳熱限制性環(huán)節(jié),此時鋼錠凝固難以得到控制。并且,傳熱的限制性環(huán)節(jié)基本不受澆注溫度和鋼錠模壁厚度等工藝參數的影響。結合數值模擬的方法探討了空冷、風冷、霧冷和水冷的不同冷卻條件對鋼錠冷卻速率、凝固時間和致密度的影響。為了快速準確預測鋼錠的縮孔疏松,考慮了枝晶臂間距對滲透系數的影響,建立了縮孔疏松判據G_2·L~(-5/3)(G為溫度梯度,L為冷卻速率),依據此判據對5.5噸鋼錠的錠型參數進行了優(yōu)化,有效地減少了鋼錠心部的縮孔疏松缺陷。結合數值模擬的方法研究了 40噸鋼錠的鑄錠工藝參數對鋼錠縮孔疏松的影響,并提出了表征鑄錠工藝參數對鋼錠孔疏松的影響程度的量化指標,為控制鋼錠的縮孔疏松提供明確可靠的依據�；谶B續(xù)介質模型建立了鋼錠凝固過程的宏觀偏析數學模型,并結合現場試驗研究了冒口保溫效果對鋼錠頭部正偏析的影響機理,結果表明增強冒口保溫效果可以較好地減輕鋼錠頭部的正偏析。進行了 19噸鋼錠的現場工藝試驗驗證,結果表明絕熱板導熱系數從0.447 W·m~(-1)·K~(-1)減小至0.163 W·m~(-1)·K~(-1),有效地改善了鋼錠頭部正偏析,成材率提高了 4%。為解決鋼錠澆注過程二次氧化的問題,自行設計開發(fā)了澆注鋼錠用保護裝置,并結合數值模擬分析了鋼錠澆注過程的卷氣機理,結果表明安裝于中注管上方的氬氣保護裝置能夠有效避免空氣卷入中注管。設計并優(yōu)化了 19噸鋼錠的模底磚,考慮了不同尺寸結構模底磚對充型初期鋼液面卷渣的影響規(guī)律和鋼錠充型初期的鋼液流動及溫度分布特征,發(fā)現下口直徑大于90 mm的模底磚能夠大幅減小充型初期鋼液面發(fā)生卷渣的傾向。通過對鋼錠的縮孔疏松、宏觀偏析、夾雜等質量缺陷形成與控制的研究,為優(yōu)化鉻鉬模具鋼的鑄錠工藝參數和提高鋼錠質量及成材率提供了理論依據和實踐指導。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF77

【參考文獻】

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本文編號：1335616