重轨钢连铸坯凝固组织和成分均匀化研究与应用
发布时间：2021-01-23 12:09
重轨钢是高铁发展的重要支柱,其质量水平关乎到我国高铁的健康快速发展。提高重轨钢连铸坯的凝固组织和成分均匀性可有效稳定钢轨的各项力学性能。针对国内某钢厂重轨钢连铸坯凝固组织和成分均匀性控制较差的问题,本文采用实验室实验、数值模拟和现场工业试验相结合的方法,系统开展了重轨钢U75V连铸坯凝固组织检测、凝固组织数值模拟、溶质微观偏析数值模拟、MnS夹杂物析出行为,以及重轨钢S控制试验、结晶器冷却工艺试验、电磁搅拌工艺和二冷工艺优化试验的研究,揭示了重轨钢连铸坯凝固组织和MnS夹杂析出规律,明确了重轨钢A类夹杂物控制的核心技术。采用连铸坯凝固枝晶组织腐蚀技术检测了重轨钢U75V连铸坯凝固组织的形貌,建立了重轨钢凝固组织数学模型,分析了不同过热度、拉速、二冷比水量条件下凝固组织的变化规律,获得了不同条件下铸坯的温度场、二次枝晶臂间距以及CET转变点。建立了重轨钢中MnS夹杂物析出模型,并获得了不同S含量、凝固组织以及冷却速度对重轨钢凝固过程MnS夹杂物析出尺寸的影响规律。发现当S含量低于0.003wt%时,重轨钢U75V连铸坯表面以下40mm内不会有MnS夹杂物的析出;当S含量从0.003wt%...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１过热度对高碳钢连铸坯中心偏析和等轴晶率的影响［２］??
??一些研究表明，采用轻压下工艺后铸坯中心疏松级别降低到１．０级以下，??碳元素的偏析指数由原来的１．０８下降到１．０３。图２－２为轻压下工艺对铸坯中??心疏松级别的影响。可见采用轻压下工艺后，铸坯中心疏松减轻，致密度增??加，２．０级疏松的比例由１０．５３％减至０，１．５级疏松的比例由６３．１６％减至２０．００％，??１．０级疏松的比例由１０．５３％增至５６．００％，?０．５级疏松比例由１５．７９％增至??２４．００％。??７０?６３．１６??６０?□卩采用轻压下?５６?：：：；??ｓｏ?□采用轻压Ｆ?胃??｜?４〇?Ｉ??５?３０?２４?參??吸Ｉ?參?２０??２０?１５．７９＾?Ｗ?：：网??＾?１０．５４＾；?：：：：?＾?１０．５３??：ｌｉＭ?ｉｌ?１１?ｉ??０．５?１．０?１．５?２．０??中心疏松评级／级??图２－２轻压下工艺对铸坯中心疏松评级影响??２．３钢中ＭｎＳ夹杂物研究现状??夹杂物通常对钢的性能有害，夹杂物形态控制己经越来越受到重视，不??同钢种对夹杂物的形态有不同的要求。ＭｎＳ是钢中最常见的非金属塑性夹杂??物之一，它的尺寸、形状和分布严重影响钢的性能。ＭｎＳ夹杂物常用于改善??易切削钢的切削性能，同时还能够抑制晶粒长大及促进晶内铁素体的析出，??此外通过提高ｗ（Ｍｎ）／ｗ（Ｓ）以使ＭｎＳ固定硫，可以减少在奥氏体晶界ＦｅＳ等??低熔点化合物的生成
在２０世纪８０年代Ｉｔｏ?Ｙｏｉｃｈｉ等人对低碳钢中硫化物的形貌进行了分类：??第Ｉ类（球形）、第ＩＩ类（扇形或者链状）、第ＩＩＩ类（多面体形）、第Ｘ类（不??规则形状），如图２－３所示＾１。同时发现第Ｉ丨类大多在枝晶间观察到并随着硫??含量和冷却速度的增加而增加，而其它几类主要出现在树枝晶周围并随着冷??速的增加而减小，同时受硫含量的影响较小。??（ａ）?（ｂ）?Ｐ?（ｃ）?（ｄ）??ｖ；７，Ｈ?Ｃ?ｗ??Ｃ?．丨?ｊ??⑷第丨类；（ｂ）第ＩＩ类；（ｃ）第ＩＩＩ类；（ｄ）第Ｘ类??图２－３硫化物形貌分类??Ｏｉｋａｗａ等人对钢中ｗ（Ｓ）分另丨Ｊ为０．３％和１?＿３％时ＭｎＳ的形貌进行了研究，??按形貌将ＭｎＳ分为３类：第Ｉ类，偏晶／球状ＭｎＳ；第ＩＩ类，共晶／树枝状??ＭｎＳ；第ＩＩＩ类不规则共晶／多面体状ＭｎＳ，如图２－４和图２－５所示，并认为第??Ｉ类硫化物是由亚稳态偏晶反应形成，第ＩＩ类硫化物是由稳定的共晶反应生??成
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢中MnS夹杂物控制综述[J]. 杨文,杨小刚,张立峰,刘雪峰. 炼钢. 2013(06)
[2]枝晶生长的三维元胞自动机模拟[J]. 江鸿翔,赵九洲. 金属学报. 2011(09)
[3]百米高速重轨钢中大型MnS夹杂的形成原因[J]. 齐江华,吴杰,索进平,陈钢,田青,吉玉. 钢铁研究. 2011(03)
[4]等温热处理对YF45MnV钢中硫化物的影响[J]. 邵肖静,王新华,王万军,杨成威,黄福祥,姜敏,邓小旋. 材料热处理学报. 2010(10)
[5]氧含量对易切削钢中硫化物生成行为的影响[J]. 夏云进,王福明,王金龙,赵晶. 北京科技大学学报. 2010(10)
[6]钢中硫化物的形成及作用研究进展[J]. 卢献忠,吴润,吴海涛,黄雷. 材料导报. 2010(13)
[7]基于元胞自动机法的等轴枝晶生长数值模拟[J]. 黄建峰,杨屹,李羽晨,姚进. 热加工工艺. 2010(10)
[8]溶质偏析对连铸坯凝固前沿裂纹敏感性影响的研究[J]. 蔡兆镇,朱苗勇. 铸造技术. 2009(11)
[9]钢凝固两相区溶质元素的微观偏析及其对连铸坯表面纵裂纹的影响[J]. 蔡兆镇,朱苗勇. 金属学报. 2009(08)
[10]三维溶质枝晶生长数值模拟[J]. 潘诗琰,朱鸣芳. 物理学报. 2009(S1)
博士论文
[1]金属凝固过程微观模拟研究[D]. 王同敏.大连理工大学 2000
硕士论文
[1]连铸坯凝固组织的模拟[D]. 李杰.东北大学 2010
[2]含硫易切削钢冶炼技术实验室研究[D]. 蒋光辉.昆明理工大学 2007
本文编号：2995184
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【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１过热度对高碳钢连铸坯中心偏析和等轴晶率的影响［２］??
??一些研究表明，采用轻压下工艺后铸坯中心疏松级别降低到１．０级以下，??碳元素的偏析指数由原来的１．０８下降到１．０３。图２－２为轻压下工艺对铸坯中??心疏松级别的影响。可见采用轻压下工艺后，铸坯中心疏松减轻，致密度增??加，２．０级疏松的比例由１０．５３％减至０，１．５级疏松的比例由６３．１６％减至２０．００％，??１．０级疏松的比例由１０．５３％增至５６．００％，?０．５级疏松比例由１５．７９％增至??２４．００％。??７０?６３．１６??６０?□卩采用轻压下?５６?：：：；??ｓｏ?□采用轻压Ｆ?胃??｜?４〇?Ｉ??５?３０?２４?參??吸Ｉ?參?２０??２０?１５．７９＾?Ｗ?：：网??＾?１０．５４＾；?：：：：?＾?１０．５３??：ｌｉＭ?ｉｌ?１１?ｉ??０．５?１．０?１．５?２．０??中心疏松评级／级??图２－２轻压下工艺对铸坯中心疏松评级影响??２．３钢中ＭｎＳ夹杂物研究现状??夹杂物通常对钢的性能有害，夹杂物形态控制己经越来越受到重视，不??同钢种对夹杂物的形态有不同的要求。ＭｎＳ是钢中最常见的非金属塑性夹杂??物之一，它的尺寸、形状和分布严重影响钢的性能。ＭｎＳ夹杂物常用于改善??易切削钢的切削性能，同时还能够抑制晶粒长大及促进晶内铁素体的析出，??此外通过提高ｗ（Ｍｎ）／ｗ（Ｓ）以使ＭｎＳ固定硫，可以减少在奥氏体晶界ＦｅＳ等??低熔点化合物的生成
在２０世纪８０年代Ｉｔｏ?Ｙｏｉｃｈｉ等人对低碳钢中硫化物的形貌进行了分类：??第Ｉ类（球形）、第ＩＩ类（扇形或者链状）、第ＩＩＩ类（多面体形）、第Ｘ类（不??规则形状），如图２－３所示＾１。同时发现第Ｉ丨类大多在枝晶间观察到并随着硫??含量和冷却速度的增加而增加，而其它几类主要出现在树枝晶周围并随着冷??速的增加而减小，同时受硫含量的影响较小。??（ａ）?（ｂ）?Ｐ?（ｃ）?（ｄ）??ｖ；７，Ｈ?Ｃ?ｗ??Ｃ?．丨?ｊ??⑷第丨类；（ｂ）第ＩＩ类；（ｃ）第ＩＩＩ类；（ｄ）第Ｘ类??图２－３硫化物形貌分类??Ｏｉｋａｗａ等人对钢中ｗ（Ｓ）分另丨Ｊ为０．３％和１?＿３％时ＭｎＳ的形貌进行了研究，??按形貌将ＭｎＳ分为３类：第Ｉ类，偏晶／球状ＭｎＳ；第ＩＩ类，共晶／树枝状??ＭｎＳ；第ＩＩＩ类不规则共晶／多面体状ＭｎＳ，如图２－４和图２－５所示，并认为第??Ｉ类硫化物是由亚稳态偏晶反应形成，第ＩＩ类硫化物是由稳定的共晶反应生??成
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢中MnS夹杂物控制综述[J]. 杨文,杨小刚,张立峰,刘雪峰. 炼钢. 2013(06)
[2]枝晶生长的三维元胞自动机模拟[J]. 江鸿翔,赵九洲. 金属学报. 2011(09)
[3]百米高速重轨钢中大型MnS夹杂的形成原因[J]. 齐江华,吴杰,索进平,陈钢,田青,吉玉. 钢铁研究. 2011(03)
[4]等温热处理对YF45MnV钢中硫化物的影响[J]. 邵肖静,王新华,王万军,杨成威,黄福祥,姜敏,邓小旋. 材料热处理学报. 2010(10)
[5]氧含量对易切削钢中硫化物生成行为的影响[J]. 夏云进,王福明,王金龙,赵晶. 北京科技大学学报. 2010(10)
[6]钢中硫化物的形成及作用研究进展[J]. 卢献忠,吴润,吴海涛,黄雷. 材料导报. 2010(13)
[7]基于元胞自动机法的等轴枝晶生长数值模拟[J]. 黄建峰,杨屹,李羽晨,姚进. 热加工工艺. 2010(10)
[8]溶质偏析对连铸坯凝固前沿裂纹敏感性影响的研究[J]. 蔡兆镇,朱苗勇. 铸造技术. 2009(11)
[9]钢凝固两相区溶质元素的微观偏析及其对连铸坯表面纵裂纹的影响[J]. 蔡兆镇,朱苗勇. 金属学报. 2009(08)
[10]三维溶质枝晶生长数值模拟[J]. 潘诗琰,朱鸣芳. 物理学报. 2009(S1)
博士论文
[1]金属凝固过程微观模拟研究[D]. 王同敏.大连理工大学 2000
硕士论文
[1]连铸坯凝固组织的模拟[D]. 李杰.东北大学 2010
[2]含硫易切削钢冶炼技术实验室研究[D]. 蒋光辉.昆明理工大学 2007
本文编号：2995184
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