Milyen hatással van a kettős fázisú átmenet az ötvözetek hűtési folyamatára és a hézagnövekedésre?

A hagyományos másodlagos hűtési eljárásokkal szemben a kontrollált hűtés gyorsabb hőmérséklet-csökkentést eredményez, különösen a szélek és sarkok hűtési dinamikáját figyelembe véve. A hagyományos hűtési folyamatok nem képesek olyan gyors hőmérsékletcsökkenésre, mint a fejlettebb kettős fázisú átmenet technológiával történő hűtés, amely a tervezett mikrostruktúra finomítását célozza. A hagyományos módszer esetében a 170 2-es mikro-ötvözetekkel készült öntvények sarkainak hőmérséklete a 4. hűtési zónába lépve elérheti a 950 °C-ot, míg a kettős fázisú átmenetű hűtés során a hűtés sebessége meghaladhatja az 8,5 °C/s-ot, ami jelentős hatással van a végső szerkezet kialakítására.

A hűtési hatások különböző fokozatait figyelembe véve, a sarkok gyors hűtése és az ultra finom szerkezeti átalakulás kulcsszerepet játszik a végső anyagminőség javításában. A vizsgálatok azt mutatják, hogy a hagyományos hűtési folyamatok során a ferittel bevont eredeti austenit szemcsék közötti határok könnyen repedéseket képezhetnek, mivel a feritt réteg puhább, így a hőmérséklet csökkenése elősegíti az intergranuláris repedések kialakulását. A kettős fázisú átmenet alkalmazása ezen a területen jelentős előnyt biztosít, mivel a gyors hűtés elősegíti az Nb(C, N) és más részecskék gyors kicsapódását, ami elősegíti a ferritizációs fázist és a szerkezeti átalakulást.

A szerkezet átalakulása a hűtés folyamatában kulcsszerepet játszik, mivel a ferit és egyéb struktúrák a gyors hűtési fázis során egyenletesen és finoman oszlanak el, ami növeli az anyag szilárdságát és csökkenti a repedések kockázatát. A vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy a szerkezet finomítása és a szemcsék egyenletes eloszlása növeli a deformációs szilárdságot, így hatékonyan csökkenti a repedés kockázatát, különösen a vékony falú öntvények esetében.

Hogyan befolyásolják a hőmérsékleti és mechanikai környezetek a vékony lemezek hő-mechanikai viselkedését a másodlagos hűtési zónában?

A vékony lemezek folyamatos öntése során a másodlagos hűtési zóna hőátadása kulcsfontosságú tényező, amely jelentős hatással van a termék minőségére, különösen a hőmérsékleti eloszlásra és a stresszállapotra. A hő- és mechanikai viselkedés modellezése érdekében a megfelelő kezdeti és határfeltételek megértése alapvetően szükséges a szakszerű és pontos számításokhoz.

A másodlagos hűtési zónában a vékony lemezek hőátadása három alapvető formában történik: a hűtővíz által közvetített hőátadás, amely a slab felületére spriccelve történik; a víz és levegő párolgásából eredő hőelvonás, amit a ködös hűtés idéz elő; és a slab felületéről az atmoszférába történő sugárzási hőátadás. E hőátadási módok kombinációja határozza meg a vékony lemez szilárdulási folyamatát, ahol a különböző paraméterek, mint a permetezés intenzitása, vízhőmérséklet, és a slab felületének állapota döntő szerepet játszanak.

A gyakorlati modellalkotás során azonban nem könnyű minden egyes hőátadási formát pontosan kvantitatívan leírni. Éppen ezért a másodlagos hűtési zóna hatékonyságát leíró általános hőátadási tényező meghatározása az egyik legfontosabb paraméter. Ennek az értéknek a meghatározása érdekében empirikus képleteket alkalmazunk, amelyek a különböző öntési feltételek mellett mértek és ellenőriztek. Egy jól ismert képlet, amelyet Cai és munkatársai használtak, figyelembe veszi a vízpermet sűrűségét és a slab felületi hőmérsékletét, és segítségével kiszámítható a hőátadás hatékonysága a másodlagos hűtési zónában.

Az ezen a területen alkalmazott modellek, amelyek figyelembe veszik a hűtési zónák vízpermet sűrűségét, a vízhőmérsékletet és a slab felületének állapotát, lehetővé teszik a hőmérsékleti eloszlás és a stressz viselkedésének pontos előrejelzését a szilárdulás különböző fázisaiban. Az eredmények pontosítása érdekében a modellek szoros korrelációval rendelkeznek a valós mérésekkel, amelyek az eltérés mértékét minimálisra csökkentik, 0,4% és 1,6% közötti hibát mutatnak a kiszámított és a mérési adatok között.

A vékony lemezek másodlagos hűtési zónájában a hűtés intenzitásának különböző fázisai különböző hőmérsékleti hatásokat eredményeznek a slab széles és keskeny oldalán. A hűtési intenzitás csökkenése és az air-cooling zóna alkalmazása egyenletesebb hőmérsékleti eloszlást eredményez, különösen a lemezek széles felületén. Ez biztosítja, hogy a lemez hőmérséklete megfelelően visszaálljon a következő öntési szakasz előtt, elkerülve a túl gyors lehűlést vagy a nem kívánt deformációkat.

A modellek validálása során az elméleti és a mért hőmérsékleti adatok közötti kis eltérés is azt jelzi, hogy a számítások helytállóak, és a modellek valóban képesek pontosan leírni a folyamatokat, amelyek befolyásolják a slab minőségét és a szilárdulási viselkedését. Az ilyen típusú szimulációk és modellezések lehetővé teszik a termelési folyamatok optimalizálását és a termékminőség fenntartását.

Fontos megjegyezni, hogy a hőátadás és a mechanikai hatások szoros összefüggésben állnak, és a modell kialakításánál figyelembe kell venni a különböző kölcsönhatásokat. A hőmérsékleti eloszlás nemcsak a hűtési folyamatoktól, hanem a mechanikai terhelésektől is függ. A slab felületén kialakuló stressz és a termikus dekompresszió fontos tényezők, amelyek befolyásolják a szilárdulási viselkedést és a későbbi deformációk kialakulását.

Mi okozza a lemez szélső süllyedését a mikroötvözött vastag lemezek folyamatos öntése során?

A csúszási súrlódás a folyamatosan öntött lemez és az öntőgörgők között korlátozott hatással bír a hosszanti depressziók kialakulására, ezért a görgőket egyszerűen meniszkusznak tekintik. A görgőrés és átmérő változása a casting irányában növekvő tendenciát mutat, a görgőrések csökkennek, míg az átmérők fokozatosan növekednek, ami a lemez deformációjának és zsugorodásának szabályozásában fontos. A szilárdulás végén a lágy redukciós szakaszok, különösen a 9–11-es szegmensek, kulcsszerepet játszanak a lemez alakjának végső kialakításában, ahol összesen 6 mm-es zsugorodás következik be, amely részben kompenzálja a termikus zsugorodást.

A folyamatos öntés során a mikroötvözött Nb-Ti acél összetétele, a casting sebessége (1,05 m/perc), a megolvasztott acél túlhevítése (25 K), az öntőforma hűtővíz mennyisége és a másodlagos hűtési zóna vízelosztása jelentős hatással vannak a szilárdulás és zsugorodás jellegére.

Ez a jelenség arra utal, hogy a széles oldali sarkok depressziója nem az öntőformán belül, hanem a további hűtési és mechanikai folyamatok során alakul ki. A héj zsugorodása és a hézagok kialakulása közvetlenül befolyásolja a héj és az öntőforma közötti hőátadást, ami viszont tovább módosítja a héj deformációját. Ez a komplex, kölcsönösen ható folyamat hozzájárul a lemez szélső süllyedéseinek kialakulásához.

A modell és kísérleti adatok alapján fontos a folyamatos öntési paraméterek – mint a hűtővíz eloszlása, a lágy redukció pontos mértéke és az öntőforma geometriai finomhangolása – precíz beállítása annak érdekében, hogy minimalizálják a héj deformációját és a végső termék hibáit. Az öntőforma rézlemezeinek kis geometriai eltérései is jelentős hatást gyakorolhatnak a hőátadásra, ezért ezek optimalizálása kiemelt szerepet játszik a folyamat stabilitásában.

A lemezgyártás folyamata során a hőátadás és héj deformáció összefüggései komplex termodinamikai és mechanikai kölcsönhatásokat foglalnak magukba, amelyeket precíz numerikus modellezéssel és kísérleti validációval lehet csak alaposan feltárni. Ez a tudás lehetővé teszi a folyamatos öntési folyamatok fejlesztését, a minőségi hibák csökkentését, és a mikroötvözött vastag lemezek gyártásának hatékonyságának növelését.

Hogyan befolyásolja a felületi edzés a mikroszerkezeti változásokat a széles- és keskeny oldali öntött lemezekben?

A felületi edzés mélyebb rétegeiben a strukturális változások nyomon követhetők, különösen akkor, ha a lemez a felület alatti 10-20 mm-es mélységben edződik. Az eredmények azt mutatják, hogy a felületi edzés folyamata kiválóan alkalmazható a mikroszövésű acélok stabil meleg töltési folyamatainak javítására. A felületi edzés során alkalmazott hűtési sebesség és a különböző öntési pozíciók dinamikusan alkalmazkodnak a különböző acélfajtákhoz és a folyamatos öntés sebességéhez, lehetővé téve a stabil quenching végrehajtását a különböző acélminőségeknél.

A lemezek felületi struktúrájának hűtését követően, amely akár 98%-os meleg töltési arányt eredményezhet, az edzés jelentős szerepet játszik a szén-nitridek szóródásában és a struktúrák fejlődésében. A mikroszerkezetben bekövetkező pozitív változások, mint például a finom szemcsés ferrit képződése, amelyek akár 10-20 mm mélységig is elérhetik, lehetővé teszik a meleg szilárdság és a szilárdító tulajdonságok növelését. Az acél lemez felületének és szerkezetének fejlődése révén elkerülhetők a meleg töltési repedések, amelyek különösen fontosak az energiahatékonyság és a környezeti szempontból fenntartható gyártási folyamatok számára.

A felületi edzés hatékonyságának kulcselemei közé tartozik a megfelelő indító hőmérséklet, amely nemcsak a mikroszövetségi szén-nitridek képződésének megakadályozását szolgálja, hanem biztosítja a megfelelő szemcsenövekedési mechanizmusokat is. A hűtési sebesség nem lehet kisebb, mint 5 °C/s, míg az edzés befejező hőmérsékletének ideálisan 400–450 °C között kell lennie, hogy az optimális mechanikai tulajdonságokat elérjük.

A felületi edzés fejlesztése és a különböző hűtési szakaszok alkalmazása az öntési és hűtési szakaszban lehetővé teszi a szilárdítási és meleg töltési folyamatok vezérlését, miközben csökkenti a repedésképződés esélyét. A különböző acélfajták és öntési körülmények függvényében ez a folyamat rugalmasan alkalmazható, és számos ipari alkalmazásban kiemelkedő szerepet játszhat a minőségbiztosításban.