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《上海大学》 2013年
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2205双相不锈钢连铸凝固组织热模拟研究

陈湘茹  
【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V_(cs)=2μm/s,胞-枝转变速率为V_(cd)=5μm/s。生长速率为10~100μm/s时,固/液界面形貌为树枝状。当生长速率为500~1000μm/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k1的元素,其它元素Ni、Mo、Mn和Si则均为k1。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Ti_2O_3的过饱和度显著大于TiN的过饱和度,这有利于Ti_2O_3优先于TiN析出,而形成Ti_2O_3+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Ti_2O_3/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。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TF777

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【参考文献】
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1 任三兵;杜锋;樊俊飞;张捷宇;;薄带连铸布流器数学物理模拟研究[J];宝钢技术;2009年04期
2 ;Characteristics of shell thickness in a slab continuous casting mold[J];International Journal of Minerals Metallurgy and Materials;2009年01期
【共引文献】
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1 潘宝霞;贾朝阳;;挤出机双流道筒体的设计及换热能力的计算与分析[J];工程塑料应用;2010年09期
2 许建柳;;复合墙体室内温度响应研究[J];四川建筑科学研究;2010年03期
3 李茜;苏华;李晓虹;张燕;;地源热泵竖埋U形换热器一维数值模型[J];四川建筑科学研究;2012年02期
4 李传瑞;王立涛;葛仁余;余小鲁;陈志浩;;CSP连轧过程变形的有限元分析[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年04期
5 宋如敏;王恒青;;农产品加工的供热管道在传输过程中的热损耗分析[J];安徽农业科学;2009年02期
6 杨卓越,丁雅莉,陈嘉砚;工业纯铁爆炸冲击波增塑效应研究[J];兵器材料科学与工程;2002年06期
7 丁凯凯;冯士维;郭春生;刘静;;大气与真空下功率VDMOS散热特性研究[J];半导体技术;2011年07期
8 刘达德;;对于改进国产内燃机车冷却系统的几项建议[J];北方交通大学学报;1986年03期
9 翟唤春,尚娜,王浚;环境试验设备的状态空间法仿真设计[J];北京航空航天大学学报;2004年02期
10 郭兴旺;丁蒙蒙;;热障涂层红外热无损检测的建模和有限元分析[J];北京航空航天大学学报;2009年02期
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1 季玲玲;周光魏;寇智慧;赵保国;杜志明;郭泽荣;;圆柱形烟花热自燃数学模型研究[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(上)[C];2011年
2 魏琪;赵俊;;太阳能空气集热器传热性能实验研究[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十六届学术交流大会论文集[C];2009年
3 介鹏飞;李德英;;能耗统计在建筑节能工作中的应用[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十六届学术交流大会论文集[C];2009年
4 贺建忠;幸利;马康康;;电解槽保温技术的应用与探讨[A];2011(昆明)中西部第四届有色金属工业发展论坛论文集[C];2011年
5 孔令斌;;斯特林热机逆流换热式回热器[A];2011中国太阳能热利用行业年会暨高峰论坛论文集[C];2011年
6 赵博;武传松;;水下湿法焊接温度场的数值模拟[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
7 宋小伟;孙斌煜;;双辊带材铸轧侧封技术中熔融钢液液面宽度对侧封板所受温度场和应力场的影响[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
8 张靖岩;史毅;吕振纲;仝玉;王礼;;结构构件耐火隔热性计算模型[A];2010中国消防协会科学技术年会论文集[C];2010年
9 田立柱;朱国庆;张国维;;基于性能化的大空间建筑钢结构防火设计[A];2011中国消防协会科学技术年会论文集[C];2011年
10 王婷婷;李永安;;基于采暖工况的毛细管网不同敷设方式热工性能分析[A];2011年全国冷冻冷藏行业与山东制冷空调行业年会暨绿色低碳新技术研讨会论文集[C];2011年
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1 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
2 左远志;熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性[D];华南理工大学;2010年
3 姚栋伟;汽油机燃用乙醇汽油混合燃料的空燃比控制技术研究[D];浙江大学;2010年
4 朱登亮;槽形竖壁冷凝强化规律研究与结构优化[D];华东理工大学;2011年
5 李国富;高温岩层巷道主动降温支护结构技术研究[D];太原理工大学;2010年
6 阎秦;太阳能辅助燃煤发电系统热力特性研究[D];华北电力大学(北京);2011年
7 李先春;褐煤提质及其燃烧行为特性的研究[D];大连理工大学;2011年
8 谭晓倩;活化生土基低碳节能村镇建筑材料研究[D];大连理工大学;2011年
9 程秀花;温室环境因子时空分布CFD模型构建及预测分析研究[D];江苏大学;2011年
10 徐高春;面向环保的高速全自动冷镦机优化研究与系统实现[D];上海大学;2011年
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1 侯建军;高温矿井热环境数值模拟及热害控制技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 亓玉栋;矿井冰制冷降温系统能效测试与诊断[D];山东科技大学;2010年
3 赵达;井下工具油浸试验装置温度控制系统分析[D];长春理工大学;2010年
4 刘永;纤维混凝土夹心秸秆压缩块砌块墙的研究与开发[D];山东农业大学;2010年
5 王建秋;钢管组对机总体方案设计及关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 徐义洪;渗流作用下深部矿场采动围岩的传热机理研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 李艳红;CPU热柱散热器的实验研究及流场和温度场的数值模拟[D];湘潭大学;2010年
8 闫宗宝;AP1000核电蒸汽发生器管子与管板胀/焊过程模拟与接头性能研究[D];华东理工大学;2011年
9 包毅;城市居民小区内微环境的数值模拟研究[D];浙江大学;2010年
10 龙志云;逆温霜冻条件下植物冠层数值模拟分析[D];浙江大学;2010年
【二级参考文献】
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1 文光华,祝明妹,何俊范,李刚,韩志伟,丁培道;双辊薄带连铸熔池液面波动物理模拟[J];金属学报;2000年09期
2 王波;张捷宇;张胤;贺友多;樊俊飞;方园;安胜利;;双辊薄带连铸布流系统的模拟优化研究[J];铸造技术;2006年07期
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1 秦紫瑞,吴晓光;新型低铬镍高硅双相不锈钢的组织及其腐蚀行为研究[J];钢铁研究;1996年06期
2 秦紫瑞,李隆盛,贾克力,刘美云,郭珊;耐硫酸及其盐腐蚀的新型双相不锈钢的研究[J];硫酸工业;1996年04期
3 孔庆颐;双相不锈钢在盐化工业上的应用[J];中国井矿盐;1998年05期
4 舒先进,张淑琴,宋志刚;00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢热加工性能的试验研究[J];钢管;2004年06期
5 邢益标;;双相不锈钢及不锈复合钢管在制浆造纸设备上的应用[J];轻工机械;1990年01期
6 张京海;双相不锈钢焊接技术状况[J];材料开发与应用;1995年05期
7 秦紫瑞,王君涛,郭珊,高文华;耐海水泵用新型双相不锈钢的研究[J];化工机械;1996年06期
8 宋少华;00Cr25Ni6Mo3WCuN钢封头的成形[J];化工装备技术;1997年04期
9 王冰,董剑;双相不锈钢细丝的开发[J];国外金属热处理;2000年02期
10 邵羽,冯均富;双相不锈钢无缝钢管生产裂纹浅析[J];冶金标准化与质量;2005年01期
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1 薛飞;王兆希;束国刚;遆文新;余伟炜;蒙新明;;一回路主管道双相不锈钢热老化机理研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第3册)[C];2009年
2 王耀明;崔丽娜;徐科;;学习新《容规》释义探讨双相不锈钢设备设计[A];压力容器设计技术研究——第七届全国压力容器设计学术会议暨第七届中国机械工程学会压力容器分会设计委员会委员会议论文集[C];2010年
3 张子英;杨雁泽;蒋益明;李劲;;短时热处理后的2205双相不锈钢焊材的点蚀行为研究[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
4 吕骥;;奥氏体/铁素体双相不锈钢特性及应用[A];压力管道技术研究进展精选集——第四届全国管道技术学术会议[C];2010年
5 彭正海;马勤;任娟红;傅开武;;2205型双相不锈钢的热压缩行为及微结构分析[A];第八届全国工业炉学术年会论文集[C];2011年
6 陈文云;;双相不锈钢(00Cr22Ni5Mo3N)缸套制造工艺研究[A];2011年“天山重工杯”全国机电企业工艺年会暨第五届机械工业节能减排工艺技术研讨会论文集[C];2011年
7 张艳;王宗杰;国旭明;钱百年;李晶丽;;双相不锈钢模拟焊接HAZ组织与性能的研究[A];第十次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2001年
8 付燕;林昌健;蔡文达;;微电化学技术研究双相不锈钢优选腐蚀行为[A];2004年腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文集[C];2004年
9 宁丹枫;;阀门材料的选择与应用[A];2011年首届阀门技术研讨会资料汇编[C];2011年
10 邱六合;吴昶辉;;机械合金法制备双相不锈钢用填料[A];中国颗粒学会2002年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会会议论文集[C];2002年
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1 张欣民;国际双相不锈钢大会在京举行[N];中国冶金报;2003年
2 刘翠珍;双相不锈钢在中国的应用及生产[N];世界金属导报;2002年
3 ;宣传、推广、使用双相不锈钢意义重大[N];世界金属导报;2003年
4 ;将双相不锈钢研发应用推向新水平[N];世界金属导报;2009年
5 吴玖 韩怀月;双相不锈钢有广阔的市场前景[N];中国冶金报;2003年
6 本报记者 智谊萍;双相不锈钢市场前景广阔[N];中国冶金报;2001年
7 李淑萍;日本Kitz公司开发出一种双相不锈钢[N];中国冶金报;2004年
8 刘公;一种用于建筑目的全新节约型双相不锈钢[N];世界金属导报;2003年
9 记者汪涛;我国双相不锈钢进入积极推广新阶段[N];中国冶金报;2009年
10 吴玖 韩怀月;中国双相不锈钢的现状与发展[N];世界金属导报;2003年
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1 陈湘茹;2205双相不锈钢连铸凝固组织热模拟研究[D];上海大学;2013年
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5 李钧;新型资源节约型高Mn-N双相不锈钢的制备、结构及性能研究[D];上海大学;2011年
6 贾楠;对双相不锈钢微观形变行为的研究—原位实验与自洽模拟[D];东北大学;2008年
7 娄长胜;强磁场下合金熔体中颗粒运动行为控制及其对凝固组织演化的影响[D];东北大学;2010年
8 邓博;多相合金组织演变与电化学失效行为的研究[D];复旦大学;2010年
9 金晓军;双相不锈钢管道焊接质量控制和安全评定的研究[D];天津大学;2004年
10 龚佳;典型不锈钢微观组织演变与腐蚀性能的研究[D];复旦大学;2011年
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1 赵科巍;2205双相不锈钢的高温变形过程及其机理研究[D];兰州理工大学;2010年
2 漆俊俊;双相不锈钢塑性变形及热处理的研究[D];江苏科技大学;2011年
3 孙玉芬;双相不锈钢光气反应器失效分析及其抗腐蚀性能研究[D];华东理工大学;2012年
4 乔园园;2205双相不锈钢腐蚀性能的研究[D];西安建筑科技大学;2011年
5 李燕;2205双相不锈钢连铸板坯的高温力学性能研究[D];西安建筑科技大学;2012年
6 刘彦妍;2101双相不锈钢热变形过程微观组织与性能演变的研究[D];浙江大学;2013年
7 王正伦;2205双相不锈钢焊接残余应力与收缩变形研究[D];重庆交通大学;2010年
8 李树健;成分对00Cr25Ni7Mo3N双相不锈钢组织及性能的影响[D];昆明理工大学;2011年
9 陈治毓;2205双相不锈钢热加工性能和不锈钢复合板力学性能的研究及预测[D];西安建筑科技大学;2011年
10 赵洪普;热处理对00Cr26Ni5Mo2Cu3RE双相不锈钢耐蚀性的影响[D];河南科技大学;2012年
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