[发明专利]一种连铸坯枝晶生长方向的预测方法

说明书

本发明涉及一种连铸坯枝晶生长方向的预测方法，该方法首先选取连铸坯中枝晶形貌全部为柱状晶的小方块，沿其体对角线进行切割，枝晶腐蚀实验后，统计各个面上的一次枝晶间距和斜截面的面积和晶粒个数，结合数学的空间几何关系建立关系式，计算出实际的一次枝晶的水平偏转角和垂直偏转角，在此基础上，得出柱状晶的生长方向的偏转角，用于定量表征连铸坯中一次枝晶的生长方向。本发明方法对阐述连铸坯凝固组织生长和溶质偏析行为具有重要的意义；同时能够为连铸坯凝固组织和成分均质化控制提供理论指导。

技术领域

本发明涉及一种连铸坯枝晶生长方向的预测方法，属于钢铁冶金连铸技术领域。

背景技术

钢连铸过程中，过热钢水通过浸入式水口从中间包浸入结晶器，在结晶器冷却水激冷作用下形成初凝坯壳，然后在铸辊牵引力作用下进入二冷区继续冷却，最终铸坯内部钢液完全凝固。钢连铸过程中随着钢液温度的逐渐降低，当钢液温度低于钢形核温度时，钢液中将逐渐产生晶核并长大，枝晶生长过程受铸坯凝固传热和钢液流动影响，枝晶实际生长方向往往偏离垂直方向。同时，枝晶生长过程中伴随着钢中溶质在不同相之间的重新分配，由于钢中溶质元素在固相中的溶解度低于在液相中的溶解度，所以凝固过程中，枝晶从铸坯表面向中心生长的同时伴随着溶质元素向枝晶臂壁间富集，如果富集在枝晶臂间的溶质元素在凝固末期不能有效扩散，将会造成短距离(10～100μm)溶质成分波动形成枝晶间微观偏析。连铸过程中凝固收缩造成钢液流动、热和溶质梯度引起的浮力造成的流动、电磁搅拌引起的强制对流、自由晶粒的运动、热应力和外力引起的坯壳变形造成的流动等，造成铸坯两相区内偏析的液相和固相流长距离运动从而引起铸坯较大范围内的溶质成分波动从而形成铸坯宏观偏析。为此，定量表征连铸坯中柱状晶生长方向，对于阐明连铸坯凝固组织生长和溶质偏析行为至关重要。同时，能够为连铸坯凝固组织和成分均质化控制提供理论指导。

然而，传统连铸坯枝晶生长角的测量，一般通过铸坯枝晶腐蚀检测，测量铸坯枝晶生长方向，实测铸坯枝晶生长方向都为二维枝晶生长方向。而实际铸坯枝晶生长方向应该为三维生长方向，现有的测量手段所检测的二维枝晶生长方向不能真实反映铸坯枝晶实际生长方向。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种连铸坯枝晶生长方向的预测方法，该方法减小了一次枝晶间距的计算误差，能更好的表征凝固组织，阐明连铸坯凝固组织生长和溶质偏析行为。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种连铸坯枝晶生长方向的预测方法，其包括如下步骤：

S1、在连铸坯中切取枝晶形貌全部为柱状晶的小方块，并将其切割为两部分六面体，其中被切割开的那一面作为内表面，再沿各自的体对角线切开，对得到的六面体连铸坯试样的上表面、左表面、右表面、内表面和斜截面做枝晶腐蚀实验；

S2、根据步骤S1获得腐蚀结果，测量统计各个面的一次枝晶间距的平均值及斜截面的面积和晶粒个数；其中，所述上表面和内表面枝晶间距统计值记为λ₁₁、λ₁₂，所述左表面和右表面枝晶间距统计值的平均值记为λ₃，所述斜截面面积记为A，所述斜截面晶粒个数记为N；

S3、根据步骤S2获得的所述λ₁₁、λ₁₂、λ₃及如下公式(1)、(2)和(3)获得枝晶的生长方向的水平偏转角α和垂直偏转角β及实际一次枝晶间距λ；

λ₁₁cosα＝λ (1)

λ₁₂cosβ＝λ (2)