[發明專利]一種Ti微合金鋼連鑄坯TiN析出物尺寸的預測方法

在審

• 申請號: 202310032747.4
• 申請日: 2023-01-10
• 公開（公告）號: CN116011229A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 王衛領;商庭瑞;朱苗勇;羅森
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F119/08
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

本發明提供一種Ti微合金鋼連鑄坯TiN析出物尺寸的預測方法，涉及鋼連鑄技術領域。該方法首先針對小方坯連鑄凝固傳熱問題，構建1/4小方坯的凝固傳熱模型；然后基于Ueshima模型理論，構建鋼凝固過程中溶質微觀偏析模型，計算溶質元素的微觀偏析比；并針對Ti微合金鋼凝固過程中TiN夾雜物析出的問題，在溶質微觀偏析模型的基礎上耦合TiN析出和生長模型；最后利用小方坯連鑄凝固傳熱模型、溶質微觀偏析模型和TiN析出和生長模型確定連鑄凝固條件下Ti微合金鋼中的溶質微觀偏析和TiN析出行為。該方法將連鑄工藝參數與TiN析出有效結合起來，揭示連鑄凝固條件下的溶質微觀偏析和TiN析出行為。

技術領域

本發明涉及鋼連鑄技術領域，尤其涉及一種Ti微合金鋼連鑄坯TiN析出物尺寸的預測方法。

背景技術

目前，Ti微合金化技術得到了廣泛的應用。在普通高強度低合金鋼中加入微量的Ti元素，能夠使鋼的屈服強度、抗拉強度等得到明顯的提升，進而獲得低成本高性能的鋼材。Ti元素與C、N元素結合形成的納米級碳氮化物析出相釘扎奧氏體晶界，能夠起到細晶強化和沉淀析出強化的作用。由于Ti元素在地殼中的含量十分豐富，我國已探明的Ti儲量約占世界的一半，因此我國的Ti元素在原料成本上具有很大優勢。隨著低成本高強鋼研發需求的日益迫切，鈦微合金鋼越來越受到青睞，Ti微合金化技術也日漸成熟并具有十分顯著的經濟社會效益和光明的應用前景。

由于Ti、N元素的溶質再分配系數均小于1，在鋼液的凝固過程中，Ti、N元素不斷在凝固前沿富集，不可避免地導致TiN的析出。此類TiN多為微米級，主要呈四方形，棱角堅硬。這些TiN由于尺寸較為粗大，既無法釘扎晶界，阻止滲碳時奧氏體晶粒的長大，也無法起到沉淀析出強化的作用，甚至往往會成為鋼中危害鋼材質量的裂紋源，并在后續的熱處理中也不會消除。因此有必要揭示鋼凝固過程中TiN的析出和生長行為，這對細化鑄坯中TiN尺寸、控制鑄坯裂紋具有重要意義。

探究夾雜物析出行為的前提基礎是闡明凝固過程中溶質元素的微觀偏析行為。文獻號為CN?114743604A的中國專利《一種預測焊絲鋼中TiN夾雜物析出的方法和焊絲鋼生產工藝》提出了一種焊絲鋼中TiN夾雜物析出的預測方法，通過活度計算判斷是否滿足TiN析出的熱力學條件。然而，該專利將Ti、N溶質含量設置為鋼種初始成分，未能考慮溶質微觀偏析行為對Ti、N溶質含量的影響。進一步地，MaW?J(International?Journal?ofMineralsMetallurgy?and?Materials,2014,21(3):234-239)利用杠桿模型和Scheil模型探究了20CrMnTi中Ti、N元素的偏析行為并耦合TiN析出模型闡明了TiN的析出和生長行為。但在實際凝固過程中溶質元素在固相中的擴散是有限擴散，而杠桿模型假設的固相中溶質元素完全擴散以及Scheil模型假設的固相中溶質元素完全無擴散都是不準確的。基于上述問題，Wang?P(Metallurgical?and?Materials?Transactions?B,2021,52(4):2056-2071)利用的Clyne-Kurz模型和Ohnaka模型考慮了溶質元素在固相中的有限擴散，探究了高碳簾線鋼中Ti、N元素的偏析行為并耦合TiN析出模型闡明了TiN的析出和生長行為。然而，Clyne-Kurz模型和Ohnaka模型無法考慮δ、γ、L相間的轉變并且凝固速率需要人為設定，導致無法準確描述鋼的實際凝固過程。此外，目前研究普遍將模型計算的冷卻速率設置為固定值。而實際上，受凝固過程中潛熱釋放與連鑄各區冷卻條件的動態競爭，導致連鑄凝固過程中的冷卻速率是實時變化的，將冷卻速率設置為固定值無法與連鑄凝固冷卻條件有效聯系起來。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種Ti微合金鋼連鑄坯TiN析出物尺寸的預測方法，實現對Ti微合金鋼連鑄坯TiN析出物尺寸的預測。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種Ti微合金鋼連鑄坯TiN析出物尺寸的預測方法，包括以下步驟：

步驟1：針對小方坯連鑄凝固傳熱問題，構建1/4小方坯的凝固傳熱模型；