学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
2205双相不锈钢连铸凝固组织热模拟研究
作 者: 陈湘茹
导 师: 翟启杰
学 校: 上海大学
专 业: 钢铁冶金
关键词: 双相不锈钢 连铸 凝固 热模拟 强制对流 异质核心
分类号: TF777
类 型: 博士论文
年 份: 2013年
下 载: 189次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
内容摘要
自1991年典型牌号2205(Fe-22.5Cr-5Ni-3Mo-0.17N)问世以来,双相不锈钢已广泛用于对耐蚀性要求较高的石油天然气管道、化工、造纸、建筑、海洋平台、能源热交换器、淡水处理等工业领域。但由于不锈钢导热性能差、钢水粘度大、凝固形态比较复杂和含多种合金元素,使得其在连铸生产中极易出现组织粗大、裂纹、堵塞水口等问题,浇铸过程中易形成夹杂物等生产缺陷,降低了其生产效益。针对双相不锈钢新材料的特点以及连铸坯生产中遇到的问题,本文分别采用传统定向凝固、连铸坯热模拟装置以及异质核心技术,研究了2205双相不锈钢的凝固特性、连铸工艺参数对凝固组织的影响以及异质核心对凝固组织细化的作用。根据相选择理论分析和定向凝固实验结果显示,2205双相不锈钢凝固模式为F型,先形成相为铁素体,奥氏体在铁素体基底上由固态相变析出,相变过程为:L→L+δ→δ→δ+γ。根据界面响应函数计算和定向凝固实验结果,得到2205双相不锈钢平-胞转换临界速率为Vcs=2μm/s,胞-枝转变速率为Vcd=5μm/s。生长速率为10100μm/s时,固/液界面形貌为树枝状。当生长速率为5001000μm/s时,界面形貌为细树枝状。固/液界面处主要溶质元素Cr、Ni、Mo、Mn和Si的波普分析(WDS)表明,元素Cr为k>1的元素,其它元素Ni、Mo、Mn和Si则均为k<1。并且随着固/液界面推进速率的增加,奥氏体析出温度升高。在2205双相不锈钢中,奥氏体析出温度从2μm/s的1096℃增加至100μm/s的1275℃。对比分析表明,连铸坯枝晶生长热模拟试样的宏观组织及微观组织与实际连铸坯相似,但模拟试样等轴晶区的晶粒比连铸坯大很多。模拟实验研究发现,调整过热度与冷却强度对2205双相不锈钢的柱状晶向等轴晶转变(CET)的影响较小。对不同实验参数下动态温度梯度的分析发现,由于双相不锈钢导热能力较差,实验参数调节对样品距水冷底面60mm以内的温度场影响较大;而样品60mm以上的温度场几乎没有影响,致使工艺参数的调节对CET的影响减弱。热模拟实验中施加机械搅拌可有效提高双相不锈钢的等轴晶率、细化凝固组织。随着搅拌速率的增加,柱状晶区域长度从8.2cm降到了4.6cm,等轴晶区域的平均晶粒尺寸从9.5mm降到了1.2mm;同时搅拌速率增加,双相不锈钢晶粒内部的第二相也明显细化,奥氏体形貌由粗大的针状和魏氏组织转变为细碎的颗粒和岛状形貌。通过对两相间元素分布分析,发现晶界上两相间的元素分配差别大于晶粒内部,但柱状晶区和等轴晶区内元素分布特性差别不大。理论计算表明,凝固过程中由于偏析均能导致Ti、N、O产生过饱和,而且Ti2O3的过饱和度显著大于TiN的过饱和度,这有利于Ti2O3优先于TiN析出,而形成Ti2O3+TiN异质核心,使得形核核心大幅提高,从而使得等轴晶率显著提高。利用添加适量的钛粉的模拟实验证实,利用Ti2O3/TiN异质核心作为异质形核核心是一种细化双相不锈钢凝固组织的有效手段,可明显提高铸坯的等轴晶率、细化凝固组织和第二相组织,并且在复合核心的基础上,较低的Ti含量就可获得较高的等轴晶组织,可有效避免含钛钢连铸过程中水口结瘤和表面夹杂等问题。
|
全文目录
摘要 6-8 ABSTRACT 8-11 目录 11-13 第一章 绪论 13-35 1.1 双相不锈钢的发展及其应用 13-15 1.2 双相不锈钢凝固组织及其影响因素研究 15-21 1.3 不锈钢的连铸凝固组织研究现状 21-25 1.4 课题研究目的和意义及创新性 25-27 参考文献 27-35 第二章 实验材料、方法及设备 35-40 2.1 实验材料 35-36 2.2 连铸坯凝固过程模拟方法及设备 36-38 2.3 试样的处理及测试分析方法 38-40 第三章 定向凝固条件下固/液界面形貌演变及第二相析出 40-71 3.1 相/组织选择理论分析 40-45 3.2 固/液界面形貌及溶质分析 45-60 3.3 定向凝固条件下的固态相变 60-68 3.4 本章小结 68-69 参考文献 69-71 第四章 双相不锈钢连铸凝固组织模拟研究 71-103 4.1 双相不锈钢凝固过程数值模拟 71-73 4.2 双相不锈钢凝固过程热模拟研究方案 73 4.3 过热度和冷却水流量对凝固组织的影响 73-90 4.4 搅拌强度对凝固组织的影响 90-100 4.5 本章小结 100-101 参考文献 101-103 第五章 等轴晶形核及 CET 转变 103-125 5.1 钛氧化物和氮化物异质核心的热力学分析 103-108 5.2 异质核心的动力学分析 108-115 5.3 钛加入量对铸态组织及 CET 的影响 115-118 5.4 强制对流对加钛试样凝固组织的影响 118-120 5.5 异质核心分析 120-124 5.6 本章小结 124-125 第六章 结论 125-127 作者在攻读博士学位期间从事的科研活动及成果 127-129 参与的科研项目 127 申请及获得的发明专利 127 发表的科研论文 127-128 参与的学术会议 128-129 致谢 129
|
相似论文
- 基于Thermo-Calc三元共晶合金凝固路径的耦合计算,TG111.4
- 奶牛隐性乳房炎主要病原菌及运用Nisin进行治疗的研究,S858.23
- 硅酸三钙的制备及硅磷酸钙骨水泥的理化性质,R318.08
- 复合磁场作用下金属液面行为的实验研究,TF777
- 2150连铸机结晶器液压伺服振动系统研究,TF341.6
- 鞍钢R9300板坯连铸机连续弯曲、矫直优化研究,TF341.6
- 热变形行为对20钢和10B21钢奥氏体晶粒形貌的影响,TG331
- 齿轮钢16MnCr5的组织性能控制,TG142.4
- 连铸和模铸混合生产动态调度系统设计与开发,TF087
- 连铸生产过程中铸坯质量预测研究,TF777
- 鞍钢板坯连铸机改造及实验研究,TF341.6
- 热变形对Ni45Co5Mn36.7In13.3组织与磁性能的影响,TG139.6
- 本钢薄板坯连铸结晶器液位控制方法研究,TF341.6
- 热变形及调质工艺对石油储罐用钢组织和力学性能的影响,TG161
- 电渣连铸机控制系统设计及拉速控制方法研究,TF345
- 大方坯连铸结晶器电磁搅拌磁场和流动凝固数值模拟,TF777
- 双辊薄带连铸硅钢热轧常化组织与织构研究,TG335.11
- 高强热轧双相钢中第二相粒子回溶与析出行为的研究,TG335.11
- 喷射成形M42高速钢热加工工艺研究,TG142.45
- 电脉冲对Al-5%Cu凝固行为及其作用机理研究,TG111.4
- Gleeble热机械模拟实验焦耳效应的数值模拟和实验验证,TB302
中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 炼钢 > 铸锭 > 连续铸钢、近终形铸造
© 2012 www.xueweilunwen.com
|