PDF《博士学位论文公示材料》

―1― 博士学位论文公示材料 学生姓名 李建民 学号

1210221 二级学科 钢铁冶金 导师姓名 姜茂发 论文题目 高锰钢连铸坯质量控制研究 论文关键词 高锰钢;

连铸工艺;

夹杂物析出;

凝固组织;

元素偏析;

碳化物析出;

保护渣 论文摘要(中文) 高锰钢因具有良好的耐磨性和无磁性,应用领域日益广泛.

Mn13 耐磨钢和 20Mn23AlV 无磁钢是 两种典型的高锰钢,由于其合金元素含量高、两相区宽、热敏感性强等特性,国内外普遍采用模铸生 产工艺.采用连铸工艺替代模铸工艺,已成为高锰钢生产技术的发展方向. 本论文以 Mn13 钢和 20Mn23AlV 钢为对象,系统研究了高锰钢冶炼过程中夹杂物的演变行为、产 生机理与控制方法,全面分析了不同连铸工艺条件下高锰钢的凝固组织变化规律、元素偏析与碳化物 析出行为,设计开发了适用于高锰钢连铸的新型 CaO-Al2O3 基保护渣,在此基础上并将研发的洁净度 控制技术、凝固组织控制技术、碳化物控制技术、新型保护渣产品等综合应用于高锰钢的连铸工业生 产,取得了良好的应用效果. 在本论文条件下,取得如下重要研究成果. 1. 阐明了高锰钢冶炼过程中夹杂物的演变行为及其控制机理,实现了高锰钢洁净度与夹杂物的稳 定控制.Mn13 钢冶炼过程中夹杂物的演变规律为:Al2O3→ MgO(MnO)・ Al2O3→CaO-Al2O3 系夹杂物. Mn13 钢冶炼过程中尖晶石类夹杂物的形成无法避免,锰含量的增加可有效促进尖晶石类夹杂物析出. 合适的钙处理可将 Mn13 钢中的尖晶石类夹杂变质为 CaO-Al2O3 系夹杂物.20Mn23AlV 钢连铸坯中无 尖晶石类夹杂物形成,其主要夹杂物为 AlN,同时还存在少量的 MgO 夹杂物. 2. 阐明了不同连铸工艺条件下高锰钢的凝固组织变化规律,为高锰钢连铸二冷工艺的优化提供了 重要指导.在相同冷却水流量条件和电磁搅拌的作用下,随着拉速的增加,连铸坯的柱状晶区的比例 逐渐减小,等轴晶区的比例逐渐增大,同时柱状晶区的二次枝晶间距逐渐增大.建立了适用于 Mn13 钢连铸工艺的凝固传热模型,得到了 Mn13 钢连铸坯二次枝晶间距与冷却速率之间的函数方程为 . 3. 揭示了不同工艺条件下高锰钢连铸坯的碳锰元素偏析和碳化物析出行为,为高锰钢连铸坯的碳 化物析出提供了控制方法.碳元素在交叉树枝晶区存在一定程度的负偏析,在中心等轴晶区的偏析程 度明显加剧,并沿晶界析出以(Mn,Fe)3C 为主成分的大量针状或块状渗碳体;

锰元素在柱状晶区以晶 内偏析为主,在等轴晶区以晶界偏析为主,无明显的宏观偏析现象,但存在一定的成分波动现象.模 拟连铸过程碳化物析出实验结果表明,当温度在 550℃以下时,随着冷却速率的降低,碳化物的析出量 明显增加,为避免碳化物的大量析出,工业生产过程中 Mn13 钢连铸坯下线后应采用快速冷却,减少其 在低温段的停留时间. 4. 基于对传统 CaO-SiO2 基保护渣的分析评价,研制开发出一种适用于 20Mn23AlV 高锰钢连铸的 CaO-Al2O3 基新型保护渣, 为20Mn23AlV 高锰钢的连铸难题提供了解决方案. 与CaO-SiO2 基传统保护 渣相比较, CaO-Al2O3 基新型保护渣与 20Mn23AlV 钢的反应性明显减低, 成分与性能均保持相对稳定, 较好地发挥了保护渣的冶金功能. 5. 将研发的夹杂物控制技术、凝固组织控制技术、碳化物控制技术与新型保护渣产品综合应用于 高锰钢的连铸工业生产,实现了生产工艺顺行和产品质量改善,取得了良好的应用效果.与模铸生产 工艺相比较,Mn13 钢连铸生产工艺的综合成材率由 85%提高至 95%,吨钢成本降低