基于Matlab的Q345钢连铸坯凝固微观组织数值模拟

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随着连铸技术的发展,如何有效地提高连铸坯的质量已成为连铸生产研究的主要方向。连铸坯微观凝固组织对钢的机械性能和加工性能影响很大,因此对连铸坯微观凝固组织进行数值模拟是非常有意义的。  本文以某钢厂断面直径为250mm的连铸圆坯为研究对象,采用有限差分法建立宏观温度场模型,运用元胞自动机法建立微观凝固组织模型。采用Matlab软件对上述模型进行Q345钢连铸坯微观组织的仿真模拟。  本文根据相关的文献资料对物性参数以及形核参数进行修正。将相关的参数带入程序进行计算,得到了清晰的凝固组织结构。取得某钢厂的Q345钢连铸坯样品,对试样进行腐蚀,在光学显微镜下进行金相分析,与相应的模拟结果进行对比,模拟结果的图像形貌与金相实验结果较为接近。因此,该模型能够较好的反映出晶粒的形态与大小。  模拟结果非常清楚的显示了等轴晶、柱状晶的分布位置,以及在不同平均形核过冷度下的等轴晶率变化的规律,并分析了浇注温度、冷却强度和拉速对等轴晶率的影响。  研究结果表明,随着平均形核过冷度的下降,等轴晶的占有率变大。晶粒尺寸随着平均形核过冷度的下降而减小。晶粒尺寸随浇注温度的降低而减小,随着冷却强度的降低而减小。冷却强度增强会使等轴晶率减小,晶粒尺寸变大。在实际生产中,加大拉速必须加大冷却强度,这将使等轴晶率减小,晶粒尺寸变大。通过分析可知,等轴晶率增大的有效途径是:低温浇注,较弱的冷却强度和较低的拉坯速度。因此,要提高拉速,必须采用其他相应措施,如电磁搅拌。
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