雙相不鏽鋼2103連鑄坯凝固過程熱模擬研究

《雙相不鏽鋼2103連鑄坯凝固過程熱模擬研究》是依託上海大學，由陳湘茹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：雙相不鏽鋼2103連鑄坯凝固過程熱模擬研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳湘茹
• 依託單位：上海大學

中文摘要

高性能經濟型雙相不鏽鋼2103較現有的雙相不鏽鋼具有低鎳低鉬的優勢，並具有TRIP效應和優異的塑性加工和可焊性，是替代奧氏體不鏽鋼系列的理想耐蝕材料。但是2103連鑄生產存在較大困難，等軸晶率較低、兩相比例分布不均，且易產生熱裂紋，目前國內尚未能大規模生產。本項目採用自主研發的連鑄坯枝晶生長熱模擬試驗機，對該鋼種連鑄凝固過程進行熱模擬實驗研究，揭示其凝固組織形成規律，探討過熱度和冷卻水量等連鑄工藝參數對其凝固組織、巨觀偏析、相組成、相形貌和相分布的影響，並採用自主研發的線收縮-熱應力聯測儀獲取不同凝固條件下該鋼種凝固收縮特性等動態數據，揭示雙相不鏽鋼凝固過程柱狀晶向等軸晶轉變（CET）和熱裂產生機理，並提出控制方案，為實現其連鑄工業化生產提供科學依據。

結題摘要

首先採用二維非穩態方法模擬了寶鋼2103雙相不鏽鋼立式連鑄凝固傳熱過程。結果表明，出結晶器時坯殼的厚度約為19mm。過熱度每增加10oC，液芯長度增加15cm左右；過熱度從10oC增加至50oC時，坯殼厚度減薄了5mm。冷卻強度的增大對鑄坯溫度場影響較大，冷卻強度每增加一個強度，液芯長度減小30cm左右，從弱冷增加至強冷時，坯殼厚度減薄了2.3mm。 採用自主研製的水平式連鑄坯枝晶生長熱模擬實驗機，對立式連鑄條件下2103雙相不鏽鋼的凝固組織生長進行了熱模擬研究，探索了不同連鑄工藝參數（過熱度和冷卻強度）對凝固組織和巨觀偏析的影響規律。結果表明，過熱度的變化對2103雙相不鏽鋼凝固組織的影響非常明顯，隨著過熱度的降低，等軸晶比率增大，並且當過熱度為10oC和20oC時，凝固組織為全等軸晶組成。冷卻強度中冷至強冷時，等軸晶率減少了5.2%。在過熱度為10oC、20oC時，元素Cr、Mn、Mo、Ni為反常偏析，在過熱度為30oC、40oC、50oC時，元素Cr、Mn、Mo、Ni為正常偏析。冷卻強度的變化對偏析分布規律影響不大，強冷時，元素Cr、Mn、Mo、Ni為反常偏析。 然後，採用元胞自動機（CAFE）模型，對上述熱模擬過程進行了數值模擬，並通過正交計算方案研究了形核與生長參數對2103雙相不鏽鋼微觀組織生長的影響。結果表明，各參數對鑄坯CET影響的主次順序為a3＞ΔTmax＞a2＞ΔTσ；並與熱模擬試樣組織對比確定了最佳形核與生長參數，CAFE模型可以準確的預測2103雙相不鏽鋼微觀組織。 最後採用線收縮/熱應力聯測儀測定了不同冷速下2103的線收縮與應力的關係曲線。2103 雙相不鏽鋼在凝固分數 50%以上出現應力釋放然後升高的現象，表明此時出現熱裂紋，但隨後癒合。 通過數值模擬和熱模擬相結合的方式研究了連鑄工藝參數（過熱度和冷卻強度）對2103雙相不鏽鋼的連鑄坯凝固組織、巨觀偏析影響規律，以及液固和固固相變過程中線收縮與應力的曲線關係，為新一代TRIP型雙相不鏽鋼實現工業大生產提供了有力的參考依據。