铁基多元合金凝固溶质再分配与连铸板坯中心偏析研究
发布时间：2021-01-06 17:25
板坯中心偏析是复杂连铸过程产生的一种典型铸坯内部缺陷。中心偏析一般难以通过后续热处理工艺彻底消除,将遗传到轧材并引起钢材机械性能各向异性、轧板分层、氢致裂纹（HIC）等质量缺陷。为进一步深入认识板坯连铸中心偏析的产生机理与控制方法,本文重点从铁基多元合金凝固过程溶质的再分配行为和板坯连铸中心偏析的形成机理两个方面开展了比较系统的研究。铁基多元合金凝固过程溶质再分配行为的研究主要借助热力学计算开展。溶质平衡分配系数定义为溶质在固相一侧浓度与液相一侧浓度的比值,是准确描述合金凝固过程溶质再分配行为以及溶质偏析模拟的关键参数。论文基于溶质平衡分配系数热力学计算模型,研究了铁基多元合金凝固过程组分、温度以及相结构对溶质平衡分配系数的影响;从溶质平衡分配系数出发,提出了一种基于改善溶质再分配降低凝固偏析的合金化设计方法;鉴于钢种（特别是包晶钢）溶质平衡分配系数的缺乏,论文计算获得了Q345钢中溶质C、Si、Mn、P、S的平衡分配系数。在此基础上,采用数值模拟与实验验证相结合的方法,对板坯连铸过程中心偏析的形成机理和关键问题进行了研究,揭示了板坯连铸过程铸坯内溶质的分布特征,探明了湍流区流场和铸坯...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：191 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
板坯连铸过程溶质再分配与中心偏析形成示意图
1 绪 论提供理论和实际指导。1.2 铁基多元合金凝固溶质的再分配行为1.2.1 合金凝固过程溶质的再分配溶质的再分配是合金凝固过程的固有属性，是导致合金凝固过程溶质微观偏析和宏观偏析缺陷的内在因素。溶质在液相和固相中化学势的差异是合金凝固过程溶质再分配的驱动力。合金凝固过程中，当溶质在固相中的化学势大于液相中的化学势时，为维持溶质在固相和液相中化学势的平衡，溶质将自发从固相往液相析出，即溶质往液相中富集；反之，溶质将从液相往固相析出，即溶质往固相中富集。
固显微组织 EDS 线扫描的结果可以看出，溶质 Al 和 Ti 在枝晶间聚集，溶质 Co 和Ni 在枝晶内聚集；溶质 Fe 往枝晶间聚集，但其在枝晶间和枝晶内含量相差不大。也就是说，合金 Al-Ti-Co-Ni-Fe 凝固过程中，溶质 Al 和 Ti 自发从固相往液相析出，Co 和 Ni 自发从液相往固相析出，Fe 的偏析趋势较弱。对比不同冷速下 EDS线扫描结果可知，当合金以较小的冷却速率凝固时，各溶质的偏析趋势略微增大。此外，当 Al-Ti-Co-Ni-Fe 体系各组元含量由 30，30，10，10，20(wt.%)分别改变为10，10，25，35，20(wt.%)后，Fe 的偏析趋势将大大增强，大量的 Fe 往液相析出，富集于枝晶间区域。由此说明，合金含量对组元的偏析行为具有重要影响。You 等[2]研究了 Fe-0.21C-2.12Mn-0.54Si-0.77Al (wt.%)体系(Trip 钢)凝固过程溶质的再分配行为，结果如图 1.3[2]所示。断面上溶质的分布特征明显地呈现了一次枝晶和二次枝晶的凝固形貌。从溶质 Mn 和 Al 析出后聚集的位置(枝晶间/枝晶内)可以看出，Mn 和 Al 呈现相反的偏析特性。该体系凝固过程中，Mn 从固相往液相析出，不断往枝晶间聚集，其浓度在枝晶间达到最大值，呈正偏析；Al 从液相往固相析出，不断往枝晶内聚集，其浓度在枝晶内达到最大值，呈负偏析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳含量对600MPa级高强钢中心偏析和带状组织的影响[J]. 梁文,吴润,黄海娥,夏念平,王立新,胡俊,赵江涛. 钢铁钒钛. 2018(03)
[2]Q345E-Z35特厚板Z向性能不合原因分析[J]. 白松莲,万潇,杨征,张会祥,周希楠. 轧钢. 2017(03)
[3]X80级管线钢的抗氢致裂纹性能[J]. 郝红梅,陈健,汪兵,贾书君,刘清友. 金属热处理. 2016(04)
[4]熔体超温处理温度对新型镍基单晶高温合金溶质分配行为的影响[J]. 王海锋,苏海军,张军,黄太文,刘林,傅恒志. 金属学报. 2016(04)
[5]偏析及M/A组元对高强度管线钢抗氢致裂纹性能的影响[J]. 陈健,胡亮,汪兵,刘清友,刘翔. 金属热处理. 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]轧材偏析的组织表现及成分解析[J]. 严春莲,温娟,鞠新华,杨瑞,姚武刚. 物理测试. 2015(04)
[8]中厚钢板分层缺陷的力学性能影响分析[J]. 王斌. 物理测试. 2015(04)
[9]偏析对X65管线钢抗氢致裂纹性能的影响[J]. 陈健,汪兵,胡亮,刘清友,刘翔. 材料热处理学报. 2015(04)
[10]电磁搅拌对大方坯结晶器流场和液面波动的影响[J]. 王亚涛,杨振国,张晓峰,李剑锋,王宝,刘青. 北京科技大学学报. 2014(10)
博士论文
[1]薄板连铸坯的温度与应力状态的研究[D]. 陈登福.重庆大学 1997
本文编号：2960963
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：191 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
板坯连铸过程溶质再分配与中心偏析形成示意图
1 绪 论提供理论和实际指导。1.2 铁基多元合金凝固溶质的再分配行为1.2.1 合金凝固过程溶质的再分配溶质的再分配是合金凝固过程的固有属性，是导致合金凝固过程溶质微观偏析和宏观偏析缺陷的内在因素。溶质在液相和固相中化学势的差异是合金凝固过程溶质再分配的驱动力。合金凝固过程中，当溶质在固相中的化学势大于液相中的化学势时，为维持溶质在固相和液相中化学势的平衡，溶质将自发从固相往液相析出，即溶质往液相中富集；反之，溶质将从液相往固相析出，即溶质往固相中富集。
固显微组织 EDS 线扫描的结果可以看出，溶质 Al 和 Ti 在枝晶间聚集，溶质 Co 和Ni 在枝晶内聚集；溶质 Fe 往枝晶间聚集，但其在枝晶间和枝晶内含量相差不大。也就是说，合金 Al-Ti-Co-Ni-Fe 凝固过程中，溶质 Al 和 Ti 自发从固相往液相析出，Co 和 Ni 自发从液相往固相析出，Fe 的偏析趋势较弱。对比不同冷速下 EDS线扫描结果可知，当合金以较小的冷却速率凝固时，各溶质的偏析趋势略微增大。此外，当 Al-Ti-Co-Ni-Fe 体系各组元含量由 30，30，10，10，20(wt.%)分别改变为10，10，25，35，20(wt.%)后，Fe 的偏析趋势将大大增强，大量的 Fe 往液相析出，富集于枝晶间区域。由此说明，合金含量对组元的偏析行为具有重要影响。You 等[2]研究了 Fe-0.21C-2.12Mn-0.54Si-0.77Al (wt.%)体系(Trip 钢)凝固过程溶质的再分配行为，结果如图 1.3[2]所示。断面上溶质的分布特征明显地呈现了一次枝晶和二次枝晶的凝固形貌。从溶质 Mn 和 Al 析出后聚集的位置(枝晶间/枝晶内)可以看出，Mn 和 Al 呈现相反的偏析特性。该体系凝固过程中，Mn 从固相往液相析出，不断往枝晶间聚集，其浓度在枝晶间达到最大值，呈正偏析；Al 从液相往固相析出，不断往枝晶内聚集，其浓度在枝晶内达到最大值，呈负偏析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳含量对600MPa级高强钢中心偏析和带状组织的影响[J]. 梁文,吴润,黄海娥,夏念平,王立新,胡俊,赵江涛. 钢铁钒钛. 2018(03)
[2]Q345E-Z35特厚板Z向性能不合原因分析[J]. 白松莲,万潇,杨征,张会祥,周希楠. 轧钢. 2017(03)
[3]X80级管线钢的抗氢致裂纹性能[J]. 郝红梅,陈健,汪兵,贾书君,刘清友. 金属热处理. 2016(04)
[4]熔体超温处理温度对新型镍基单晶高温合金溶质分配行为的影响[J]. 王海锋,苏海军,张军,黄太文,刘林,傅恒志. 金属学报. 2016(04)
[5]偏析及M/A组元对高强度管线钢抗氢致裂纹性能的影响[J]. 陈健,胡亮,汪兵,刘清友,刘翔. 金属热处理. 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]轧材偏析的组织表现及成分解析[J]. 严春莲,温娟,鞠新华,杨瑞,姚武刚. 物理测试. 2015(04)
[8]中厚钢板分层缺陷的力学性能影响分析[J]. 王斌. 物理测试. 2015(04)
[9]偏析对X65管线钢抗氢致裂纹性能的影响[J]. 陈健,汪兵,胡亮,刘清友,刘翔. 材料热处理学报. 2015(04)
[10]电磁搅拌对大方坯结晶器流场和液面波动的影响[J]. 王亚涛,杨振国,张晓峰,李剑锋,王宝,刘青. 北京科技大学学报. 2014(10)
博士论文
[1]薄板连铸坯的温度与应力状态的研究[D]. 陈登福.重庆大学 1997
本文编号：2960963
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/2960963.html
