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《上海大学》 2011年
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硅钢薄带凝固过程及组织研究

何先勇  
【摘要】:薄带连铸技术可以将液态金属直接制成金属薄带成品或半成品,具有工艺简单、生产流程短、能耗低、制造成本低等优点,是钢铁冶金和材料成型领域的前沿技术。硅钢以其优异的磁性能而被广泛应用于电子、电力等行业,被认为是薄带连铸工艺中最有发展前途的钢种之一,因此开展硅钢薄带凝固行为的研究对发展硅钢薄带连铸技术具有重要的理论价值和实际应用价值。本文通过实验模拟方法研究了硅钢薄带的凝固过程,并探讨脉冲电流在硅钢薄带连铸过程中的应用。 本文采用真空吸铸设备模拟薄带连铸的冷却条件研究了合金成分和冷却速率对硅钢薄带凝固组织的影响规律,研究表明,随着薄带厚度的增加,冷速降低,等轴晶率增大。而4.72wt.%硅钢与其它成分硅钢(2.18wt.%、6.11wt.%、7.84wt.%)的等轴晶比例变化趋势相反,分析认为这是由于4.72wt.%硅钢的线收缩量高于其他成分试样,坯壳与铸型的间隙大,界面热阻大,导致热流密度的下降,延缓了凝固过程中热量的散失所致。锰元素的添加会导致铸态组织的晶界锯齿化,等轴晶比受到锰含量和冷却速率的共同作用。在快冷速条件下(薄带厚度为2mm),锰元素的增加对等轴晶率影响不大;在中冷速下(厚度为4mm),锰元素增大,等轴晶比先下降,含量增加到0.76wt.%后,等轴晶比呈上升趋势;在较慢冷速下(厚度为6mm),锰元素增大,等轴晶比降低。此外本文分析了硅钢薄带的成分分布,结果表明,硅元素的分布与薄带凝固组织即柱状树枝晶和等轴晶生长有关。 在上述发现的基础上,通过枝晶生长模型计算研究薄带组织演化规律,结果表明,随着生长速率的增大,曲率过冷度先逐渐增大,在高的生长速度下(约0.06m/s)曲率过冷度呈下降趋势;而动力学过冷和成分过冷随生长速率的增大而逐渐增大,但数值仍很小;枝晶尖端半径和一次枝晶间距随生长速率的增大而减小。当生长速率的增大到0.0362m/s左右时,硅钢薄带的生长界面由树枝晶向胞晶转变;随生长速率的增大到0.125m/s时,凝固界面开始变为平面生长。通过KGT模型结合CET转变模型研究硅钢薄带在亚快速凝固条件下的CET转变曲线。 夹杂物析出分析表明,薄带中的夹杂物主要为氧化物,分布及形貌为:区域内的弥散分布、线状分布、链型形貌分布或微小区域内的复合态聚集分布;通过采用SEV方法分析得出,冷却速率越大,析出夹杂物的最大尺寸越小;硅含量增加,析出夹杂物的最大尺寸减小。 为改善硅钢薄带的凝固组织,本文探索性研究了脉冲电流对硅钢凝固组织的影响,采用铜模模拟薄带连铸熔池,辅以施加脉冲电流处理硅钢凝固过程,研究发现脉冲电流处理可显著促进亚快速凝固条件下硅钢凝固组织等轴晶的形成,提高等轴晶率。等轴晶率随脉冲电流峰值电流和放电频率的增大而增大,但增大趋势分别在10K_i A、20H_i Hz以后逐渐变缓。而脉冲电流处理时间减短,脉冲电流作用不明显。脉冲电流引起的晶核脱落漂移主要源于自由液面和型壁,分析表明脉冲电流可应用于实际双辊薄带连铸过程中以提高带坯的等轴晶率。
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