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| T91(9Cr-1Mo-V-Nb-N)钢作为9-12%Cr铁素体／马氏体耐热钢的代表性钢种,因其优异的高温性能,被广泛用于超临界火力发电站的锅炉管道上。目前,T91无缝钢管生产所使用的管坯主要是轧制圆管坯和连铸圆管坯。相比于轧制坯,连铸坯虽然制备工艺简单,但是铸坯质量差,导致轧管成材率低。由于铸坯的质量与连铸凝固过程密切相关,因此研究钢的凝固过程和微观组织对改善铸坯质量、提高轧管成材率具有重要的现实意义。本文结合数值计算与实验,研究了T91钢水平连铸凝固过程传热行为及相平衡组织演变规律,获得了以下研究结果：(1)利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合分析软件模拟发现：由于结晶器材料导热性能和冷却效果不一样,使得通过结晶器铜套的热流密度大于石墨套,在铜套与石墨套两级交界处出现回温现象,使铸坯表面温度升高约100℃。在钢液过热度一定时,拉坯速度由2.1m/min增至3.3m/min,铸坯表面温度升高100℃,但铸坯表面回温降低20℃,使内裂纹形成的趋势减少；拉坯速度一定,钢液过热度由30℃增加到45℃,铸坯表面温度仅升高约20℃,影响效果不如拉速那么显著。(2)借助Thermo-Calc热力学计算软件研究了T91钢平衡凝固过程中析出相随温度的变化规律,结果表明：T91钢中主要平衡析出相有MX碳氮化合物、M23C6碳化物和Z相,MX和M23C6的开始平衡析出温度分别为1264℃和866℃。随着温度的降低,Z相从770℃开始会逐渐取代MX析出,使得T91钢在使用温度范围内的平衡相组成为a-Fe、M23C6和Z相。(3)经过热处理后的样品实测α-Fe→γ-Fe相变温度Ac1与磁性转变温度分别为856℃和749℃,其中Acl与热力学计算的相平衡转变温度Ae1(=820℃)吻合较好；冷却过程中在400℃左右可清晰地观察到马氏体相变。微观结构分析表明T91钢基体组织为体心立方结构的回火马氏体,在原奥氏体晶界和板条界析出尺寸较大的棒状M23C6,在晶粒内部析出尺寸较小的MX,没有观察到对蠕变性能不利的Z相。 |
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机械设计
