小方坯齿轮钢连铸过程中的宏观偏析模拟

王亚栋，张立峰，张海杰

1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083

2)燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，秦皇岛 066004

宏观偏析是由于凝固前沿高溶质浓度的钢液发生相对流动而形成[1]。宏观偏析发生在1 cm～1 m的大尺度范围，在后续的轧制和均匀化热处理过程中并不能完全消除[2]，进而对产品的机械性能和稳定性产生重要影响，严重制约高端钢材的生产和应用[3].

为了改善铸坯的宏观偏析，提升铸坯及钢材的质量，众多学者通过试验和数值模拟的方法进行了大量研究[4−7]。An 等[8]通过工业试验研究发现随着结晶器电磁搅拌电流的增加，铸坯中心偏析得到改善；随着结晶器电磁搅拌频率的增加，铸坯中心偏析同样得到改善。Li 等[9]通过对比结晶器电磁搅拌、结晶器＋末端电磁搅拌（复合电磁搅拌）条件下低倍结果和铸坯中心碳偏析结果，表明复合电磁搅拌模式得到的铸坯中心疏松和缩孔更小、更均匀，能够有效改善铸坯中心碳偏析。Bleck等[10]通过实验室试验研究了轻压下区间内不同中心固相率与中心偏析和内部裂纹的关系，结果显示在中心固相率为0.89～0.94 的区间内进行压下试验，能够改善铸坯中心偏析，但是铸坯内部裂纹发生率增加。王文培等[11]进行小方坯高碳钢的工业试验，结果表明随着钢液过热度的升高，碳偏析指数增大，控制钢水过热度在30 ℃以内可保证碳偏析指数在1.10 内。Jiang 等[12]建立了二维的多相凝固模型并与机械压下模型耦合，分别研究不同压下量、压下区间等对液相流动和溶质传输的影响。……