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大断面合金钢圆坯连铸V形通道偏析形成机理及靶向控制研究

批准号:
52074076
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
罗森
依托单位:
学科分类:
钢铁冶金
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
罗森

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
随着铸坯断面尺寸和钢中合金含量增加,大断面圆坯连铸V形通道偏析形成趋势越加明显,制约着高级别大断面合金钢连铸圆坯母材制备。鉴于目前大断面合金钢圆坯V形通道偏析形成机理研究尚不系统深入和控制手段缺乏的现状,本项目拟首先采用Thermo-Calc热力学软件定量分析钢种成分组元相互作用对合金钢凝固行为的影响规律。然后,重构连铸坯凝固末端糊状区枝晶形貌,揭示糊状区枝晶网状结构特征与晶间网络渗流之间的定量关系。其次,采用体积平均法建立宏微观多尺度溶质偏析数学模型,定量描述热溶质浮力和凝固收缩共同下糊状区凝固前沿界面失衡,晶间滑移和浓缩钢液汇集行为,揭示对流和热溶质扩散共同作用下V形通道偏析形成及演变规律。最后,阐明连铸坯凝固末端线性电磁搅拌对糊状区凝固收缩和压降抑制作用规律,开发连铸坯V形通道偏析靶向控制手段,提升大断面合金钢圆坯内部质量,为高级别大断面合金钢圆坯连铸提供理论指导和技术手段支撑。
英文摘要
The trend of V-channel segregation formation in large round bloom of alloy steel becomes more significant with the increase of section size and alloy element, and thus limits its production. Unfortunately, the V-channel segregation formation is controversial and countermeasures are lack in large round bloom of alloy steel. Therefore, this study plans to firstly investigate the effects of alloy element on the solidification behavior of alloy steel by Thermo-Calc thermodynamic software. Then, the dendrite morphology in the mushy zone of continuously cast bloom was reconstructed to reveal the quantitative relationship between the dendrite morphology parameters and the permeability of dendritic structure. Later, a multiscale mathematical model of solute segregation in mushy zone of round bloom is developed by a volume average method, and adopted to study the interface stability of solidification front, dendrite motion, intergranular slip and solute enrichment, and reveal the formation and evolution of V-channel segregation under the interaction of thermosolutal buoyancy and solidification shrinkage. Finally, the effect of linear electromagnetic stirring at the solidification end of round bloom on the inhibition of solidification shrinkage and pressure drop in the mushy zone is clarified and the targeting control of V-channel segregation in the large round bloom of alloy steel. Consequently, according to the above mentioned study, a fundamental theory of V-channel segregation formation and targeting control method are provided for the large bloom continuous casting of high quality alloy steel.
随着铸坯断面尺寸和钢中合金含量增加,大断面圆坯连铸偏析形成趋势越加明显,制约着高级别大断面合金钢连铸圆坯母材制备。采用JmatPro软件研究了42CrMoA、20CrMnTi、27SiMn和35CrMoA等典型合金钢凝固过程热物性参数变化,结果表明:42CrMoA、20CrMnTi、27SiMn和35CrMoA钢种液相线分别为1497℃、1513℃、1489℃、1503℃;固相线温度分别为1413℃、1453℃、1422℃、1423℃。在固液两相区时,热膨胀系数随温度降低急速增大,当钢液完全凝固后缓慢减小。随着钢液凝固,扩散系数大幅减小,当液相凝固为固相后便逐渐趋于稳定。开发了基于CPU+GPU异构并行计算的三维枝晶生长数学模型PF-LBM,采用CPU+GPU异构并行计算可显著提高模型计算效率,网格总数设置为32的整数倍、线程块大小配置为128时,会获得最佳的加速效果。网格数量越大越能体现出异构并行计算的优势,当网格数量为3843时,加速比达到了1567倍。使用分段内存载入方法解除GPU显存的物理限制后,加速比在5123网格数时达到了1700倍,CPU+GPU异构并行计算的强大计算能力得到了更充分的利用。熔体对流对溶质的输运作用使枝晶迎流侧溶质层更薄,溶质梯度更大,生长更加旺盛,而背流侧枝晶生长受到抑制。多个枝晶在生长时会互相影响,枝晶间隙成为溶质富集最严重的区域,也是最后凝固的位置。基于Eulerian-Eulerian方法和金属凝固理论建立了多场耦合的2D/3D多相凝固模型,揭示大断面连铸坯宏观偏析行为规律,阐明了组合式电磁搅拌和行波电磁搅拌对连铸坯宏观偏析的影响规律,从而为开发大断面合金钢连铸均质化控制用电磁搅拌装置和工业推广应用提供了理论支撑。
高速铁路轨道用钢连铸坯MnS夹杂物弥散析出调控机理研究
  • 批准号:
    51674072
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    罗森
  • 依托单位:
低碳包晶钢板坯连铸过程枝晶生长和相变行为研究
  • 批准号:
    51404062
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    罗森
  • 依托单位:
国内基金
海外基金