《工程科学学报》：基于非调质钢凝固特性的二次冷却控制

通过空冷固态高温钢渣颗粒实验,由实验数据拟合平均努塞尔数实验关联式.对空冷高温钢渣颗粒进行三维数值模拟,研究不同绕流雷诺数下的准则关系式,分析空气外掠固态钢渣颗粒影响因素.研究得出空气冷却固态钢渣颗粒的实验关联式与数值计算关联式,实验与数值计算之间误差较小,验证了采用SST k-ω模型计算的可靠性.实验结果表明:钢渣颗粒的平均努塞尔数随着绕流雷诺数、粒径和气体流速的增大而增大.在同等条件下,钢渣粒径对平均努塞尔数的影响作用大于气体流速;模拟空冷高温钢渣颗粒时,直径对钢渣颗粒凝固时间的影响作用最大,导热系数的影响作用次之,来流空气温度影响作用最小

采用热态改质方法可直接将冶金熔渣制备成高附加值材料,从而实现熔渣的\热\\渣\双利用,因此这一方法在熔渣资源化利用领域中已成为研究热点.本文选取熔融钢渣和河沙分别为典型熔渣和改质剂,模拟计算分析在1600℃熔渣内掺入改质剂的过程中改质剂掺量对改质熔渣显热的影响,并对研究结果进行工业试验验证.研究表明：随着改质剂掺入,改质熔渣显热呈现先增加后减小的趋势;随改质剂掺量由5%增加到11%时改质熔渣显热反而增加,当改质剂掺量为11%时改质熔渣显热达到最大.从熔渣显热利用和改质效果综合考虑,改质剂掺量的理论最佳区间为11%~19%.现场试验表明,掺入12%左右的河沙后,改质熔渣流动性好,冷却渣安定性等性能改善显著

为了改善M2高速钢中的碳化物分布，通过数值模拟详细分析了结晶器旋转对M2高速钢电渣重熔过程温度场、金属熔池形状的影响，并进一步通过实验室双极串联结晶器旋转电渣炉研究了旋转速率对M2高速钢电渣重熔过程的影响。采用扫描电镜观察并分析了结晶器旋转对电渣锭中碳化物形貌、分布的影响；采用小样电解萃取实验，分析了结晶器旋转速率对碳化物组成的影响。结果发现，随着结晶器旋转速率的增加，渣池的高温区从芯部向边部迁移，温度分布更加均匀；金属熔池的深度变浅，两相区的宽度收窄，从而导致局部凝固时间降低、二次枝晶间距减小。与此相对应，随着结晶器旋转速率的增加，M2电渣锭的渣皮更薄、更加均匀，结晶器对电渣锭的冷却强度更大，碳化物网格开始破碎、变薄，碳化物由片状改变为细小的棒状。X射线衍射分析表明，不论结晶器是否旋转，碳化物的类型始终不变，由M2C、MC和M6C组成，但是随旋转速率增加M2C含量增加，MC和M6C含量降低。碳化物组织得以改善的主要原因在于，结晶器旋转导致金属熔池深度降低、两相区宽度收窄，改善了凝固条件，减轻了元素偏析

本文对GH220合金弯晶形成机制以及加入W、Mo、C、Ce（微量）等元素的作用进行了初步探讨。试验结果表明:对于GH220合金,慢速缓冷时形成弯晶为γ′机制;快速冷却和采用等温工艺时为碳化物机制。并摸索到上述各元素最佳含量范围,对生产有一定参考价值

对钢结构而言，诸如海洋平台、船舶、桥梁、建筑和油气管线等，焊接后的性能直接决定了其服役寿命和安全性，重要性不言而喻.在针对焊接相关问题的研究中，焊接热影响区的韧性提升一直是重点和难点.焊接热影响区会经历高达1400℃的高温，从而形成粗大的奥氏体晶粒，如果焊接参数控制不当，不能通过后续冷却过程中的相变细化组织，就会造成韧性的降低.而多道次焊接的情况更为复杂，前一道次形成的粗晶区还会在后续焊接过程中经历二次热循环，从而形成链状M-A，造成韧性的急剧下降.本文旨在对一些现有焊接热影响区的相关研究结果进行总结，探讨母材的成分、第二相及焊接工艺等因素对热影响区微观组织和性能的影响，为低温环境服役的大型钢结构的焊接性能改善提供一些设计思路

利用不同奥氏体化温度和冷却速率对碳质量分数为0.54%高速车轮钢进行热处理,得到具有不同晶粒尺寸和珠光体片间距微观组织的试样.在-120~20℃温度下对具有不同微观组织的拉伸试样和三点弯曲（3PB）缺口试样进行测试;采用二维平面应变有限元计算三点弯曲缺口试样缺口前的应力分布;利用扫描电镜对3PB试样断口进行观察并测量解理起裂源的位置;测定不同微观组织车轮钢试样的解理断裂应力.在扩展控制断裂机制下,微观组织对车轮钢的解理断裂应力具有明显影响,晶粒尺寸和珠光体片间距越小解理断裂应力越高.细化晶粒使未扩展微裂纹的特征长度减小,细化珠光体片间距有助于提高珠光体的有效表面能,从而使得解理断裂应力提高

本文分析了8/3BD3型连铸二冷喷嘴冷却水雾化的机理,导出了喷嘴结构对流股扩张角度影响的理论公式,用计算结果和实际测定结果进行了比较。并用此公式分析了喷嘴结构对流股扩张角度的影响,指出了提高喷嘴喷水量的途径

本文研究了三种碳-锰、碳-锰-铌钢控制轧制中铁素体晶粒细化的规律。大量试验证明,热轧后钢中铁体晶素粒尺寸(dF)主要受形变量(ε)、形变温度(TD)、原始奥氏体晶粒尺寸(dA)及冷却速度、钢中成分的影响。在单道次轧制中这三种钢的铁素体晶粒尺寸与各参数的综合定量关系皆可用下式表达:${{\\rm{d}}_{\\rm{F}}}=\\frac{{55{\\rm{th}}\\frac{{{{\\rm{d}}_{\\rm{A}}}-90}}{{25}} + {\\rm{a}}}}{{\\rm{\\varepsilon }}} + {\\rm{b}}{T_{\\rm{D}}}-750{^{\\frac{1}{2}}} + {\\rm{c}}{{\\rm{d}}_{\\rm{A}}}$将式中的dA改为\等效奥氏体晶粒尺寸\,此式就可应用于多道次轧制,予测多道次轧制后的铁素体晶粒尺寸

以硼质量分数为0.0045%、氮质量分数为0.0039%的低碳含硼钢为研究对象,通过对实验钢在凝固过程中BN析出和长大的热力学与动力学进行分析,并结合实验研究了冷却条件对BN析出与长大行为的影响.结果表明:由于溶质元素B和N在凝固前沿的微观偏析,只有当凝固前沿的固相率大于临界值0.981时,BN才能在凝固前沿析出;在凝固前沿随着固相率的增加,B和N均具有明显的偏析.当固相率接近于1时,硼在剩余液相中的实际含量远高于氮元素的含量,氮的扩散是BN长大的限制性环节;钢液冷却速率的变化对B和N元素的偏析无显著影响,而生成BN的尺寸随着钢液冷速的增加而显著减小