第9期 白李国等：对22CMdH连铸坯微观组织及合金元素影响的数值模拟 .1097. 表522CMH钢优化前后主要成分对比（质量分数） 尖端生长动力学参数减小了17.61%，相变焓H Table 5 Canparison of the compositions ofmain ekments n the original 减小了3.71%.相对应地，由图9可以看出，优化后 and optin ized 22C M H steel % 实验钢种的微观组织中等轴晶区所占的比例远远大 状态 Si Mn Cr Mo 于原始条件下的比例，柱状晶区比例大幅缩短；由 优化前 0.248 0.731 1.016 0.3655 表中可以看出，经过优化后，晶粒数目提高了 优化后 0.348 0.931 0.916 0.5655 19.96%,晶粒的平均尺寸由1.337mm减小到了 图9原始条件下及经优化后模拟结果组织图对比·()原始条件下；(b)忧化后 Fig9 Conparison ofm cmostmictumes under the orgnal and optin ized conditions of 22CMo steel (a)original condition:(b)opti ized condition 1.214mm,减小了9.20%.这是因为在过冷度一定 内，随着SiMn,Cr和Mo元素含量提高，22CMdH 时，SiMn和Mo等元素含量的提高以及Cr元素含 钢的液相线温度、固相线温度降低，枝晶尖端生长动 量的降低，使得枝晶生长速度减小（枝晶尖端生长 力学参数减小，随S和Mn含量增加，等轴晶比 动力学参数变小)，在发生CET转变时，柱状晶 例明显增加，晶粒平均尺寸也呈明显下降趋势；Mo 生长滞后，前端成分过冷区间增加，等轴晶能够充分 含量增加能够明显增加形核数目，晶粒尺寸随之下 的形核和生长·可推断经过优化后微观组织中晶粒 降；适当减少Cr含量有助于提高等轴晶的比例，但 大小均匀且尺寸较小，属于较为理想的凝固组织， 对晶粒数目和尺寸影响较小， 表6优化前后实验钢种的T、T,及对比 根据模拟结果在22CMH钢号规定范围内对 Table 6 TL.Ts and as under original and optin ized conditions 合金元素的含量进行了优化调整，优化后22CMdH 状态 TL C Ts /C a3 /(m.s.K-3)H/(kh kg 1) 钢的液相线温度和固相线温度降低，枝晶尖端生长 优化前 1513 1464 1.1×10-5 294.60 动力学参数减小17.61%，等轴晶比例提高近1 优化后1510 1458 9.063×10-6 283.67 倍，柱状晶晶区比例下降，晶粒数目提高19.969%， 晶粒平均半径减小9.20%，22CMdH连铸坯的凝固 表7原始条件下及经优化后晶粒的数目和尺寸 组织得到有效改善 Table 7 Number and size of grains under original and optin ized condi tions 参考文献 状态 晶粒数目 晶粒平均半径加 [1]OuchiC SampeiT:Kozasu I et al Effect of hot mlling condi 优化前 42598 1.337×10-3 tion and chen ical composition on the onset tomperahire of 7 优化后 51102 1.214e×10-3 transfomation after hot molling Trans Iron Steel Inst Jpo 1982 22 (3):214 4结论 [2] Jie W Q.Zhou Y H.A model study on the transition frm cohm nar crystal zone to equiaxed J Northwest Polytech Univ 1988 6 采用移动边界法对22CMdH连铸过程的温度 (1):29 场进行了模拟，在温度场的基础上，采用CAFE模 (介万奇，周尧和.柱状晶向等轴晶转变过程的模拟实验研 究.西北工业大学学报，19886(1)：29) 型，对该钢号的微观组织进行了模拟，模拟组织与 [3]Jie F J Hou E H.Solidification model applied in continuous cast 实际样品组织形貌基本一致 ing billets for secondary cooling modification Nansteel Sci Techn 模拟结果表明，在22CMdH钢号规定的范围 ol2004(1):11第 9期 白李国等： 对 22ＣｒＭｏＨ连铸坯微观组织及合金元素影响的数值模拟 表 5 22ＣｒＭｏＨ钢优化前后主要成分对比 （质量分数 ） Ｔａｂｌｅ5 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｍａｉｎｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌ ａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄ22ＣｒＭｏＨｓｔｅｅｌ ％ 状态 Ｓｉ Ｍｎ Ｃｒ Ｍｏ 优化前 0∙248 0∙731 1∙016 0∙3655 优化后 0∙348 0∙931 0∙916 0∙5655 尖端生长动力学参数 ａ3 减小了 17∙61％‚相变焓 Ｈ 减小了 3∙71％．相对应地‚由图 9可以看出‚优化后 实验钢种的微观组织中等轴晶区所占的比例远远大 于原始条件下的比例‚柱状晶区比例大幅缩短；由 表 7中可以看出‚经过优化后‚晶粒数目提高了 19∙96％‚晶粒的平均尺寸由 1∙337ｍｍ减小到了 图 9 原始条件下及经优化后模拟结果组织图对比．（ａ）原始条件下；（ｂ）优化后 Ｆｉｇ．9 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ22ＣｒＭｏＨｓｔｅｅｌ：（ａ） ｏｒｉｇｉｎａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；（ｂ） ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ 1∙214ｍｍ‚减小了 9∙20％．这是因为在过冷度一定 时‚Ｓｉ、Ｍｎ和 Ｍｏ等元素含量的提高以及 Ｃｒ元素含 量的降低‚使得枝晶生长速度减小 （枝晶尖端生长 动力学参数 ａ3 变小 ）‚在发生 ＣＥＴ转变时‚柱状晶 生长滞后‚前端成分过冷区间增加‚等轴晶能够充分 的形核和生长．可推断经过优化后微观组织中晶粒 大小均匀且尺寸较小‚属于较为理想的凝固组织． 表 6 优化前后实验钢种的 ＴＬ、ＴＳ及 ａ3对比 Ｔａｂｌｅ6 ＴＬ‚ＴＳａｎｄａ3ｕｎｄｅｒｏｒｉｇｉｎａｌａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ 状态 ＴＬ／℃ ＴＳ／℃ ａ3／（ｍ·ｓ－1·Ｋ－3） Ｈ／（ｋＪ·ｋｇ－1） 优化前 1513 1464 1∙1×10－5 294∙60 优化后 1510 1458 9∙063×10－6 283∙67 表 7 原始条件下及经优化后晶粒的数目和尺寸 Ｔａｂｌｅ7 Ｎｕｍｂｅｒａｎｄｓｉｚｅｏｆｇｒａｉｎｓｕｎｄｅｒｏｒｉｇｉｎａｌａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄｃｏｎｄｉ- ｔｉｏｎｓ 状态 晶粒数目 晶粒平均半径／ｍ 优化前 42598 1∙337×10－3 优化后 51102 1∙214ｅ×10－3 4 结论 采用移动边界法对 22ＣｒＭｏＨ连铸过程的温度 场进行了模拟．在温度场的基础上‚采用 ＣＡＦＥ模 型‚对该钢号的微观组织进行了模拟．模拟组织与 实际样品组织形貌基本一致． 模拟结果表明‚在 22ＣｒＭｏＨ钢号规定的范围 内‚随着 Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ和 Ｍｏ元素含量提高‚22ＣｒＭｏＨ 钢的液相线温度、固相线温度降低‚枝晶尖端生长动 力学参数 ａ3减小．随 Ｓｉ和 Ｍｎ含量增加‚等轴晶比 例明显增加‚晶粒平均尺寸也呈明显下降趋势；Ｍｏ 含量增加能够明显增加形核数目‚晶粒尺寸随之下 降；适当减少 Ｃｒ含量有助于提高等轴晶的比例‚但 对晶粒数目和尺寸影响较小． 根据模拟结果在 22ＣｒＭｏＨ钢号规定范围内对 合金元素的含量进行了优化调整‚优化后 22ＣｒＭｏＨ 钢的液相线温度和固相线温度降低‚枝晶尖端生长 动力学参数 ａ3 减小 17∙61％‚等轴晶比例提高近 1 倍‚柱状晶晶区比例下降‚晶粒数目提高 19∙96％‚ 晶粒平均半径减小 9∙20％‚22ＣｒＭｏＨ连铸坯的凝固 组织得到有效改善． 参 考 文 献 ［1］ ＯｕｃｈｉＣ‚ＳａｍｐｅｉＴ‚ＫｏｚａｓｕＩ‚ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｈｏｔｒｏｌｌｉｎｇｃｏｎｄｉ- ｔｉｏｎａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｏｎｓｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆγ-α ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｆｔｅｒｈｏｔｒｏｌｌｉｎｇ．ＴｒａｎｓＩｒｏｎＳｔｅｅｌＩｎｓｔＪｐｎ‚1982‚22 （3）：214 ［2］ ＪｉｅＷ Ｑ‚ＺｈｏｕＹＨ．Ａｍｏｄｅｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｆｒｏｍｃｏｌｕｍ- ｎａｒｃｒｙｓｔａｌｚｏｎｅｔｏｅｑｕｉａｘｅｄ．ＪＮｏｒｔｈｗｅｓｔＰｏｌｙｔｅｃｈＵｎｉｖ‚1988‚6 （1）：29 （介万奇‚周尧和．柱状晶向等轴晶转变过程的模拟实验研 究．西北工业大学学报‚1988‚6（1）：29） ［3］ ＪｉｅＦＪ‚ＨｏｕＥＨ．Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｐｐｌｉｅｄｉｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔ- ｉｎｇｂｉｌｌｅｔｓｆｏｒｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｏｏｌｉｎｇｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．ＮａｎｓｔｅｅｌＳｃｉＴｅｃｈｎ- ｏｌ‚2004（1）：11 ·1097·