[發明專利]一種鋼液凝固過程中VN析出情況的預測方法

在審

• 申請號: 201911034676.1
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110970094A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 孟祥寧;崔磊;高曉晗;朱苗勇;張坤
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/10;G16C20/80
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 陳曦

本發明公開一種鋼液凝固過程中VN析出情況的預測方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1：收集鋼種成分、凝固過程的熱力學條件及動力學條件；步驟2：計算凝固過程中傳質與傳熱；引入元胞自動機模型，建立Fe?C?V?N四元合金凝固過程中VN析出的數學模型，利用VN析出的數學模型計算凝固過程中VN的形核與生長；步驟3：根據澆鑄溫度、鋼種成分、冷速連鑄工藝條件，通過建立的VN析出數學模型對VN的析出規律進行預測；步驟4：利用數據分析和可視化處理軟件圖像化顯示VN的析出位置、大小、形狀和尺寸，以及定量化VN析出的數量。本發明為優化凝固技術、預測VN析出情況以及提高連鑄坯質量，提供了理論指導。

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金領域，涉及一種鋼液凝固過程中VN析出情況的預測方法。

背景技術

鋼鐵工業是國民經濟重要支柱型基礎產業。在鋼液凝固的過程中，隨著溫度的降低，鑄坯表層開始形核生長形成柱狀晶，進而造成固液界面前沿溶質富集嚴重。凝固末端枝晶過度生長，造成枝晶搭橋嚴重，形成一個個小熔池阻礙溶質傳輸，溶質富集嚴重，最終導致VN的析出。VN主要以相間沉淀的形式析出，可使沉淀相體積分數增加、密度增加和間距減小。不同尺寸的VN夾雜物對鋼材性能產生不同影響。主要的作用是強化鐵素基體、細化晶粒，從而提高鋼的性能。為此，鋼液凝固過程中夾雜物析出預測對于控制鑄坯裂紋，提高鑄坯質量具有重要意義。如今對鑄坯中夾雜物的主要的檢測方法為枝晶腐蝕、斷口掃描、電子探針和同步輻射原位觀察等手段。這些檢測方法除同步輻射原位觀察外主要針對冷態鑄坯進行，污染環境，檢測周期長，需要現場采樣，對身體有害。而同步輻射原位觀察方法的設備價格高昂，數量有限，目前尚不能大規模應用于工業檢測。數值模擬作為一種高效低成本手段，越來越受到研究人員的重視。數值模擬基于金屬凝固理論對鋼液凝固過程中的晶核形成及生長，并根據VN生成熱力學和動力學確定VN形核條件，根據VN瞬態化學平衡計算VN的生長。該方法相比實驗測量具有成本低，效率高，易于控制等優點。由于鋼液凝固過程具有復雜的傳熱傳質過程，枝晶生長與夾雜物析出存在尺度差距，現有對夾雜物析出模型大多僅計算了夾雜物尺寸，并未對其形貌進行描述。嚴重制約了夾雜物數值模擬的發展。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種鋼液凝固過程中VN析出情況的預測方法，預測在不同工藝的情況下VN析出情況，優化了凝固技術以及夾雜物析出的理論指導。

本發明提供一種鋼液凝固過程中VN析出情況的預測方法，包括如下步驟：

步驟1：收集鋼種成分、凝固過程的熱力學條件及動力學條件；

步驟2：計算凝固過程中傳質與傳熱；引入元胞自動機模型，建立Fe-C-V-N四元合金凝固過程中VN析出的數學模型，利用VN析出的數學模型計算凝固過程中VN的形核與生長；

步驟3：根據澆鑄溫度、鋼種成分、冷速連鑄工藝條件，通過建立的VN析出數學模型對VN的析出規律進行預測；

步驟4：利用數據分析和可視化處理軟件圖像化顯示VN的析出位置、大小、形狀和尺寸，以及定量化VN析出的數量。

本發明的一種鋼液凝固過程中VN析出情況的預測方法，針對凝固開始到末端對VN析出以及枝晶長大進行模擬，在計算VN生長時通過對時間步長的細化提高了計算精度；利用數據分析和可視化處理軟件可直觀地看到VN析出物的位置，大小、形狀、析出時間和數量；為優化凝固技術、控制鋼中VN析出物尺寸和提高鑄坯質量提供了理論指導。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的一種鋼液凝固過程VN夾雜物析出情況預測方法的流程圖；

圖2為本發明實施例提供的VN析出數學模型程序建立的流程圖；

圖3為本發明實施例提供的枝晶生長過程的示意圖；

圖4a為鋼液凝固過程中VN析出的數值模擬圖；