高速车轮钢凝固组织及碳元素偏析研究

发布时间：2020-11-19 01:57

　　 近年来,中国铁路运输的速度和载重不断提升,对于高速车轮钢的性能需求日益增加。前人的研可知,降低高速车轮钢中碳的偏析,改善钢的凝固结构,可以提高钢材的力学性能和加工性能。本文从两个方面研究了冷却凝固组织和碳元素偏析的变化趋势:利用ProCAST软件对高速车轮钢凝固过程进行模拟,通过改变凝固过程中二冷冷却水量和过热度,研究了铸坯组织的变化趋势。通过扩散退火处理,研究了热处理温度和时间对组织和元素偏析的影响,得到如下结论:(1)通过ProCAST对高速车轮钢凝固过程进行模拟计算,宏观上采用CAFé模型计算其宏观组织,使用KGT模型预测其微观组织变化。确定了微观组织的拟合参数。(2)模拟数值发现,低过热度可以增加等轴晶区域,有助于改善钢坯的质量,其最佳过热度为20℃。提高二冷区的冷却水量可以使得CET位置向钢坯边缘方向移动,减小柱状晶区域,应在适当的范围内增大的冷却水量。(3)长时间的保温处理,可以使得钢坯中心部位碳元素的富集区域减少,过长的保温时间对均匀化的影响不再明显。适当的范围内提高保温温度可以使得碳元素均匀化更加明显,而过高的保温温度会使得钢坯内部部分区域出现熔融区域,影响钢坯的质量。(4)计算得知,CL60高速车轮钢的扩散常数D_0=8.5×10~(-5) mm~2/s,保温时间超过15h后保温效果不再明显,此时再延长保温时间对减轻宏观碳偏析效果不明显。保温温度方面,保温温度越高,减轻碳偏析效果越好,但由于固相线和脱碳的影响,不宜超过1300℃。(5)经过扩散退火处理后的钢坯,其枝晶臂和枝晶间的界线逐渐消失,偏析现象减轻。在一定的保温温度范围内,提高保温温度和增加保温时间都能有效减轻枝晶偏析现象。由微观碳元素偏析的实验检测可知,1200℃时最佳保温时间为10小时,偏析比的变化量最大为15.6%。保温5小时情况下,1250℃,偏析比的变化量最大为13.9%。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U270.33;TG142.1
【部分图文】：

冷水量对偏析影响

图 1-2 树枝晶示意图经过长时间的扩散退火工艺热处理之后，可以明显的减少钢坯时间足够长的情况下，甚至可以基本消除偏析。而影响树状枝晶凝固时间以及冷却速度两个方面的影响。可以缩短凝固的时间或

图 2-1 移动边界法示意图[61]计算过程进行简化，在原有的基础上对连铸过程进行假设铸过程中拉坯方向的速率很小，传热可以只考虑水平方向度方向 x 轴以及宽度方向 y 轴方向的传热；
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本文编号：2889526