小方坯齒輪鋼連鑄過程中的宏觀偏析模擬

王亞棟，張立峰，張海杰

1)北京科技大學冶金與生態工程學院，北京 100083

2)燕山大學亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室，秦皇島 066004

宏觀偏析是由于凝固前沿高溶質濃度的鋼液發生相對流動而形成[1]。宏觀偏析發生在1 cm～1 m的大尺度范圍，在后續的軋制和均勻化熱處理過程中并不能完全消除[2]，進而對產品的機械性能和穩定性產生重要影響，嚴重制約高端鋼材的生產和應用[3].

為了改善鑄坯的宏觀偏析，提升鑄坯及鋼材的質量，眾多學者通過試驗和數值模擬的方法進行了大量研究[4?7]。An 等[8]通過工業試驗研究發現隨著結晶器電磁攪拌電流的增加，鑄坯中心偏析得到改善；隨著結晶器電磁攪拌頻率的增加，鑄坯中心偏析同樣得到改善。Li 等[9]通過對比結晶器電磁攪拌、結晶器＋末端電磁攪拌（復合電磁攪拌）條件下低倍結果和鑄坯中心碳偏析結果，表明復合電磁攪拌模式得到的鑄坯中心疏松和縮孔更小、更均勻，能夠有效改善鑄坯中心碳偏析。Bleck等[10]通過實驗室試驗研究了輕壓下區間內不同中心固相率與中心偏析和內部裂紋的關系，結果顯示在中心固相率為0.89～0.94 的區間內進行壓下試驗，能夠改善鑄坯中心偏析，但是鑄坯內部裂紋發生率增加。王文培等[11]進行小方坯高碳鋼的工業試驗，結果表明隨著鋼液過熱度的升高，碳偏析指數增大，控制鋼水過熱度在30 ℃以內可保證碳偏析指數在1.10 內。Jiang 等[12]建立了二維的多相凝固模型并與機械壓下模型耦合，分別研究不同壓下量、壓下區間等對液相流動和溶質傳輸的影響。……