12月15日简报——先进冶炼、连铸工艺及装备技术
发布人：Super User 发布时间：2015-12-15 浏览次数：1183大中小
2015年12月15日，先进冶炼、连铸工艺及装备技术方向在冶金馆313举行了年度汇报总结会，汇报总结会由方向首席朱苗勇教授主持。会上，共有17位学生汇报了各自在2015年度的科研工作进展及目标完成情况，主要取得的科研工作进展如下。
1、李星
本年度主要围绕电渣重熔Inconel740H合金专用渣系开发和电渣重熔Inconel740H渣皮形成的数值模拟开展了研究工作。通过探究镍基合金电渣重熔渣系的选用原则，从而进行了镍基合金电渣重熔渣系的成分设计，初步确定了镍基合金电渣重熔的渣系组成。基于流体体积法和动网格技术，建立了耦合电磁场、流场、温度场以及凝固过程的渣皮形成瞬态数学模型，并探究了电渣重熔过程中熔池形状标定的试验方法。结果表明，与钨球相比，采用FeS颗粒对电渣重熔熔池形状进行标定的效果更加显著。
2、王承
本年度主要围绕稀土处理超高强度钢的真空感应炉熔炼实验展开了研究工作，通过控制稀土含量、熔炼温度、真空度等因素，降低了钢中杂质元素的含量以及控制了钢中夹杂物的种类和形态，提高了钢的洁净度，改善了钢的塑性和韧性，对我国超高强度钢的稀土处理研究和纯净化熔炼技术的进步具有一定的指导意义，并且通过研究良好夹杂物形态和力学性能所对应的稀土含量，为改善其它特殊钢品种的综合性能及开发具有我国资源特色的特殊钢产品提供理论基础，同时对于把稀土资源优势转化为钢的品种优势、质量优势具有重大的意义。
3、曹玉龙
本年度主要围绕电渣液态浇注法制备双金属复合轧辊课题开展了其制备过程温度场模拟、结合界面热应力模拟、轧辊用材质选择及轧辊制备过程主要设备的设计、调试等方面的研究工作。获得了熔炼电压、工作层厚度、浇注温度等工艺参数对其温度场的影响规律及轧辊用工作层和辊芯材质的冷却凝固过程各相的析出温度、析出含量及各析出相中元素的含量；最后，对轧辊制备过程所用有衬电渣炉、导电结晶器等主要设备进行了设计、制造、安装及调试，以上工作的顺利开展为电渣液态浇注法制备双金属复合轧辊奠定了理论与实践基础。
4、侯栋
本年度主要围绕电渣炉的三相平衡供电装置和电渣重熔超级合金中的宏观偏析问题开展研究工作。通过对电渣炉的新型三相平衡供电装置的研究，解决了目前采用晶闸管低频电源供电方案对电网造成的冲击等共性问题。相比之前的供电方案，提高了功率因数，降低总损耗，并改善了电流谐波问题。通过对电渣重熔超级合金中的宏观偏析共性问题的研究，开发了适用于冶炼高钛低铝型钢种的新型渣系，并基于热力学基础提供了理论指导。采用薄膜—渗透理论建立了电渣重熔过程中的传质动力学模型，详细阐述了电渣重熔过程中的传质机理，优化了冶炼工艺及脱氧制度，提高了目标电渣锭的成分均匀性。
5、朱红春
本年度主要围绕电渣重熔1Mn18Cr18N护环钢的补缩工艺和高氮钢加压制备技术开展研究工作，建立了常压下电渣重熔补缩模型，并基于实际生产的直线式降电流补缩工艺，优化出了抛物线（多段控制）降电流补缩新工艺，为1Mn18Cr18N护环钢实际补缩过程提供了理论指导和借鉴；其次，利用埋设热电偶测温实验和界面换热系数的反算，以及凝固组织检测，探讨了压力对界面传热、枝晶间距、偏析、缩孔和疏松等影响规律和作用机理，初步揭示了加压冶金条件下凝固组织演变规律，为高氮钢加压制备新技术和新工艺的开发奠定理论基础。
6、冯浩
本年度主要围绕“特殊钢加压冶金技术”，利用加压感应炉开展加压冶金制备高强韧、高耐蚀性的高氮轴承钢工艺及组织性能研究。利用真空碳脱氧和分阶段控制压力的加压感应冶炼工艺，精确控制高氮轴承钢中的氮含量，并避免凝固缺陷；成功开发出成分均匀、组织纯净、高氮含量、低氧硫铝含量的高氮轴承钢原型材料。探索加压感应和保护气氛电渣重熔双联新工艺，拓宽生产高氮轴承钢的生产工艺。研究热处理工艺对高氮轴承钢组织、性能的影响，采用高温扩散退火消除带状偏析，并获得最佳的淬火、低温处理和回火处理工艺制度。
7、张树才
本年度主要围绕超级奥氏体不锈钢S32654组织与性能开展了研究工作。探索出了S32654高纯净度冶炼工艺技术。对比分析了铝脱氧及铝镁复合脱氧方式的效果，探明了稀土对夹杂物变性的影响规律。理论计算与实验相结合，判定了钢中的主要析出相为σ相和Cr2N；揭示了钢在1000℃时的析出转变规律。探索出检测钢晶间腐蚀敏感性的最佳DL-EPR条件。分析了时效态S32654晶间腐蚀敏感性，揭示了晶间腐蚀机理。探明了S32654铸态组织严重的枝晶偏析情况；探索出了最佳均匀化工艺。该年度总体工作的开展为S32654的生产及应用提供了理论指导。
8、陈旭
本年度主要围绕电渣重熔空心钢锭工艺过程开展了研究工作。开发了一种适合于电渣重熔空心钢锭抽锭工艺特点的新渣系，获得了国家发明专利。实验制备了Mn18Cr18N空心钢锭，探索了采用电渣重熔法制备空心钢锭的工艺参数，结果表明空心钢锭表面及内部质量良好。本课题所研究的抽锭式电渣重熔法生产空心钢锭的工艺开辟了一种制备护环钢的新思路，解决了锻造冲孔时的开裂问题，提高了钢锭的成材率，大大降低了生产成本，为打破进口垄断、自主研发生产用于大容量发电机的Mn18Cr18N护环钢奠定了坚实的基础。
9、余嘉
本年度主要围绕电渣重熔过程电磁场模型的建立，通过在FLUENT中定义磁场强度的标量方程，并利用额外的源项来实现实部和虚部标量方程的耦合，FLUENT作为求解器来进行求解。分析了工频下电渣重熔过程中磁场强度、电流密度、洛伦兹力和焦耳热密度的分布特征，并研究了电流频率和电极插入深度对电渣重熔过程电磁场行为的影响规律。电渣重熔过程中的洛伦兹力对渣池和金属熔池的流场有重要影响，渣池中焦耳热密度对于渣池和铸锭的温度场分布起决定性作用。所以电渣重熔过程电磁场分布的研究是进行流场和温度场研究的基础。
10、刘国海
本年度主要围绕加压对高氮奥氏体不锈钢P2000和P900NMo的凝固组织及缺陷的影响规律和作用机理开展研究工作。通过双铂铑热电偶测温实验，测量了P2000在不同凝固压力条件下的冷却曲线，运用自编程手段反算出了铸锭-铸模界面换热系数，阐明了压力强化冷却的作用机理；此外对不同压力下铸锭的缩孔、疏松、气孔、晶粒度、二次枝晶间距进行研究，揭示了加压对凝固组织及缺陷的影响规律和作用机制，掌握了典型特殊钢品种显著细化晶粒、消除缩孔、气孔和疏松的加压凝固技术。
11、李恒
本年度主要围绕特超级双相不锈钢S32707钢种开发与性能研究，进行特超级双相不锈钢S32707合金成分优化设计，探索出合理的冶炼工艺，并进行锻造工艺、轧制工艺、热处理工艺以及组织控制技术研究。探明稀土含量对夹杂物成分和变质处理的影响，确定了特超级双相不锈钢S32707相比例合适的固溶处理制度。采用电化学方法研究了S32707的耐腐蚀行为，分析了其点蚀性能和钝化膜结构，揭示了稀土对特超级双相不锈钢S32707耐腐蚀性的影响规律。
12、任翠东
本年度主要围绕高氮耐蚀塑料模具钢M340进行冶炼以及热处理方面的研究。首先利用加压感应炉，采用真空碳脱氧工艺成功冶炼出高氮耐蚀塑料模具钢M340；随后探索高氮耐蚀塑料模具钢的锻造工艺，确定合适的锻造温度、锻造方法以及冷却方式；之后进行不同温度以及不同保温时间的高温扩散退火实验，得出最优的高温扩散退火制度，解决了钢中存在大块碳化物的问题；优化冷却速率以及奥氏体化温度，得出最优的球化退火制度；最后进行不同温度的淬火及回火实验，得出最优的热处理工艺。
13、周恩泽
本年度主要围绕资源节约型高性能不锈钢耐海洋微生物腐蚀行为，开展了海洋微生物对特超级双相不锈钢2707HDSS和高氮钢的腐蚀行为研究工作。研究发现，海洋微生物的存在使特超级双相不锈钢2707HDSS和高氮钢都产生了点蚀。通过电化学技术和表面分析方法发现高氮钢耐腐蚀能力相对较差，生物膜是导致材料发生微生物腐蚀的主要因素。本实验研究增强对材料的认识，为发展耐微生物腐蚀的海洋环境用不锈钢新材料提供了科学依据，也为寻找控制和防治微生物腐蚀的办法提供理论依据。
14、王进鹏
本年度主要围绕高速钢复合轧辊结合界面相关科学问题进行了基础研究，首先讨论了冶金结合界面过渡层元素的扩散行为，同时对复合轧辊结合界面的组织性能进行了研究，揭示了复合轧辊界面的结合机理。围绕电渣液态浇注复合轧辊热处理制度进行了研究，从热处理中退火温度、淬火温度、回火温度、冷却速度等角度开展了复合轧辊热处理方法与热处理工艺制度的研究，探究了不同热处理制度对复合轧辊组织，尤其是界面组织遗传演变机理、元素偏聚、扩散、固溶、反应产物析出及长大机制的影响。
15、程中堂
本年度主要开展了两项研究工作，首先，应用自主建立的物理模拟装置，对单电源双回路导电结晶器电渣重熔过程进行了研究，揭示了充填比、电极插入深度对单电源双回路导电结晶器过程自耗电极和导电结晶器两条支路电流分配的影响规律，为后期开展大型单电源双回路导电结晶器电渣重熔镍基合金及其他易偏析合金的重熔实验奠定了基础。其次，对电渣重熔电极熔化末端熔滴行为进行了物理模拟，研究了电极末端熔滴形成、滴落过程，探明了电极熔化末端熔滴形成及滴落随充填比、电极插入深度等因素的影响规律。
16、汪祥
本年度主要围绕单电源双回路导电结晶器技术的冶炼工艺以及降低轴承钢的偏析两方面展开了工作，通过实验室条件下普碳钢的双回路重熔实验，初步研究出了合适的单电源双回路导电结晶器技术的冶炼工艺，为铸锭大型化以及冶炼低偏析镍基合金提供了重要的前期基础。后续采用双回路技术开展了GCr15轴承钢的冶炼工作，通过调整双回路电渣炉所采用的渣系、渣量、完善了双回路电渣炉供电工艺，重熔出的电渣锭表面质量不断得到提升，为实验室后续开展冶炼低偏析镍基合金的双回路电渣重熔工艺奠定了良好的基础。
17、彭雷朕
本年度主要围绕真空感应炉坩埚材料（ZrO2、MgO、MgO·Al2O3）热分解行为、热分解平衡氧以及临界真空度开展了研究工作，从而确定了真空感应炉冶炼用坩埚材料。通过10kg真空感应炉的冶炼实验，对冶炼过程中的样品进行了分析检测，结果表明：ZrO2在真空冶炼条件下具有优异性能；在不同的真空度和温度条件下，钢液的氮含量均随冶炼时间降低，但钢液的氧含量却在高真空高温条件下呈现随冶炼时间先降低后升高的趋势。本年度工作为后续真空感应炉底吹氩冶炼奠定了基础。
