电渣液态浇注高速钢复合轧辊的界面行为研究

采用导电结晶器的电渣液态浇注方法是一种生产高速钢复合轧辊的新技术。本课题将建立采用导电结晶器两种不同电流回路的电渣液态浇注过程数学模型，采用数值模拟方法计算不同电流回路的热场分布，探索各种参数的合理匹配规律，分析其对复合轧辊工作层凝固质量的影响。研究高速钢与45#钢和球墨铸铁复合时，双层金属结合界面凝固组织及反应产物的生成规律，探索控制结合界面组织结构的有效方法。在充分考察电渣液态浇注液-固复合过程中，复合界面温度梯度和各种溶质元素浓度梯度的基础上，对双金属复合界面元素迁移扩散行为及其规律，复合界面相结构，复合界面的冲击韧性及结合强度等进行系统的研究，对影响复合界面强度的各种影响因素进行分析，揭示冶金结合界面的结合机理，探索获得良好的冶金结合界面的条件。本课题的研究有利于提高对复合材料复合界面结合机理研究水平，具有重要的理论和现实意义。

辊芯与工作层材质不同的复合轧辊既能满足工作层红硬性的要求，又能满足辊芯强韧性的要求，是未来轧辊的发展方向。本课题在传统电渣冶金理论基础上，开展了采用导电结晶器制备复合轧辊的电渣液态浇注技术研究，建立了电渣液态浇注复合轧辊的数学模型，并对复合过程进行了数值模拟，模拟结果表明，电渣液态浇注复合轧辊过程的高温区主要集中于导电结晶器与辊芯之间的渣池中，辊芯表面被渣池加热而熔化，并且渣池发热密度对整个体系的温度分布具有重要影响，其在一定程度上决定了复合轧辊的质量，尤其是内外熔合层的质量。针对电渣液态浇注的特点，对电渣冶金用含氟渣系进行了研究，开发出电渣液态浇注技术的渣系，并对渣系烘烤及预熔渣进行了系统的研究。所开展的电渣液态浇注实验研究表明，复合轧辊内外层存在元素浓度的过渡，并形成内外层在性能上的过渡，过渡区域状态决定了内外层结合的质量。工艺参数、浇注温度及浇注速度等参数合理匹配情况下才能获得良好的结合界面，另外，钢水的浇注温度越高，越容易获得良好的结合层质量。