基于Matlab的Q345钢连铸坯凝固微观组织数值模拟

摘要

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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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 主要研究内容

第2章 数学模型及模拟方法

2.1 形核模型

2.2 晶粒长大模型

2.3 微观组织模拟方法的发展

2.4 本章小结

第3章 连铸坯凝固组织形成的数学模型

3.1圆坯宏观温度场模型

3.2 微观组织形成的相关模型

3.3 模型参数选取

3.4 本章小结

第4章 程序的实现与可视化

4.1 程序的实现

4.2 计算结果的可视化

4.3 晶粒尺寸的计算

4.4 本章小结

第5章 模型验证与模拟结果分析

5.1 模型验证

5.2 平均形核过冷度的作用

5.3 连铸工艺参数影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢