[发明专利]一种钢液凝固过程中VN析出情况的预测方法

权利要求书

1.一种钢液凝固过程中VN析出情况的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：收集钢种成分、凝固过程的热力学条件及动力学条件；

步骤2：计算凝固过程中传质与传热；引入元胞自动机模型，建立Fe-C-V-N四元合金凝固过程中VN析出的数学模型，利用VN析出的数学模型计算凝固过程中VN的形核与生长；

步骤3：根据浇铸温度、钢种成分、冷速连铸工艺条件，通过建立的VN析出数学模型对VN的析出规律进行预测；

步骤4：利用数据分析和可视化处理软件图像化显示VN的析出位置、大小、形状和尺寸，以及定量化VN析出的数量。

2.如权利要求1所述的钢液凝固过程中VN析出情况的预测方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

步骤2.1：基于金属凝固理论，计算钢液凝固过程中传热与传质；

步骤2.2：引入元胞自动机模型，建立Fe-C-V-N四元合金凝固过程中VN析出的数学模型去计算钢液凝固过程中界面胞生长；

步骤2.3：利用VN析出模型，计算钢液凝固过程中的VN形核与生长。

3.如权利要求1所述的钢液凝固过程中VN析出情况的预测方法，其特征在于，所述步骤2.1具体为：

2.1.1：金属凝固理论中热传递采用如下公式计算：

其中，t为时间，ρ为基体密度，λ为导热系数，T为元胞温度，c_p为基体比热容，f_s为元胞固相率，L为潜热；q_w可分别取值为q_w,w、q_w,e、q_w,n、q_w,s即左边界、右边界、上边界和下边界四个方向的热流密度；假设基体在x轴和y轴方向上的导热系数λ相等；

2.1.2：在凝固过程中的传质计算，考虑液相中溶质之间的相互作用对枝晶的生长，忽略固相中的溶质相互作用，固相和液相的溶质传输分别采用如下公式进行计算：

其中，c_L,i、c_S,i分别表示液相和固相中元素i的浓度；c_S,i为元素i在固相基体中的传输系数；i＝1，2，3...n-1，n为钢液中元素的总个数，表示第n个元素在液相中Darken系数矩阵，假设基体中x轴和y轴方向取值相同，利用下式求解：

其中，R表示气体常数，a_k表示元素k的活度，x_k表示元素k的摩尔分数，x_j表示元素j的摩尔分数，δ_ki表示Kronecter delta函数，当k＝i时，δ_ki取1，否则δ_ki取0；M_k表示元素k在体系中的迁移率，其根据爱因斯坦公式求解，如下公式所示：

其中，表示跟踪元素k的扩散系数。