一种连铸坯第二相析出的预测方法、装置、介质及设备

本发明涉及连铸生产领域，特别涉及一种一种连铸坯第二相析出的预测方法、装置、介质及设备。

背景技术：

1、微合金钢，即在普通低碳钢中加入微合金元素，其具有焊接性良好、屈服强度高、冷热成形性好等优良性能。微合金技术发展迅速，低合金高强度钢的开发已经形成一个全新的微合金钢门类。在钢液的凝固过程中，合金元素在固液界面处发生溶质再分配，这种现象称为偏析。在偏析程度高时，不可避免地会导致第二相夹杂物的析出，这种夹杂物可能在晶界处大量析出，成为应力集中源，从而恶化钢材塑性，增加裂纹敏感性。

2、以钛微合金钢为例，钢中纳米级碳化钛析出物能够钉住奥氏体晶界，细化奥氏体晶粒，提高钢基体强度。然而，在连铸过程中，钛和氮逐渐在枝晶液相中积累。这为氮化钛的析出提供了充分的热力学和动力学条件，导致微米级氮化钛tin析出物的形成。氮化钛tin非常硬，有锋利的边缘和角。因此，在连铸过程中，由于变形与基体不匹配，大尺寸氮化钛tin析出物容易在基体中诱发微裂纹。在连铸、弯曲、矫直或轧制过程中产生的热应力和机械应力会进一步促进这些裂纹的扩展。大尺寸氮化钛tin无法通过后续热处理有效消除。此外，大尺寸氮化钛tin在材料使用中会造成失效。

3、枝晶区溶质微偏析是产生第二相析出物的关键因素。因此，在研究钢凝固过程中析出相的析出和生长行为时，通常采用热力学和动力学模型与溶质微偏析模型相结合的方法。然而现有的预测方法存在预测结果不准确的问题，即无法精准的对第二相析出进行预测。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种连铸坯第二相析出的预测方法、装置、介质及设备，主要目的在于解决目前存在第二相析出预测不够准确的问题。

2、为解决上述问题，本技术提供一种连铸坯第二相析出的预测方法，包括：

3、确定目标金属液在凝固过程中所经历的各目标相区以及第二相析出物；所述各目标相区包括第一目标相区l+δ、第二目标相区l+δ+γ以及第三目标相区γ；

4、确定所述第二相析出物中金属元素在各所述目标相区内的目标溶质分配系数；

5、针对同一目标相区内所述金属元素所对应的目标溶质分配系数，利用预定的第一溶质浓度计算公式，计算获得所述金属元素在液相态中的实际溶质浓度，以获得各目标相区内所述金属元素在液相态中的实际溶质浓度；

6、至少基于各目标相区内金属元素在液相态中的实际溶质浓度、以及各目标相区内所述第二相析出物中非金属元素在液相态中的平衡态溶质浓度，采用析出量叠加法预测获得所述第二相析出物在所述凝固过程中的总析出量。

7、可选的，所述第一溶质浓度计算公式为：

8、

9、其中，cl表示在目标相区内、金属元素在液相态中的实际溶质浓度；

10、c0表示在目标相区内、金属元素的初始浓度；

11、ci表示金属元素在单元格i中的溶质浓度；

12、ai表示枝晶单元格i的面积；

13、kv表示金属在目标相区内、金属元素的目标溶质分配系数；

14、am表示单元格m的面积。

15、可选的，在采用析出量叠加法预测获得所述第二相析出物在所述凝固过程中的总析出量之前，所述方法还包括：确定各目标相区内所述第二相析出物中非金属元素在液相态中的平衡态溶质浓度，具体包括：

16、基于各目标相区所对应实际温度，分别利用第二溶质浓度计算公式，计算获得各目标相区内所述非金属元素在液相态中的平衡态溶质浓度。

17、可选的，在采用析出量叠加法预测获得所述第二相析出物在所述凝固过程中的总析出量之前，所述方法还包括：

18、对目标金属液的凝固时间进行划分获得若干相等的时间步长；

19、基于各时间步长所对应的目标相区、各目标相区内金属元素的实际溶质浓度、以及各目标相区内非金属元素的平衡态溶质浓度，确定各时间步长所对应的金属元素的实际溶质浓度、以及各时间步长所对应的非金属元素的平衡态溶质浓度；

20、针对各目标相区，确定金属元素在液相态中位于平衡态下的平衡态质量分数、以及非金属元素在液相态中位于平衡态下的平衡态质量分数，以获得各所述时间步长对应的金属元素在液相态中的平衡态质量分数、以及非金属元素在液相态的平衡态质量分数；

21、所述至少基于各目标相区内金属元素在液相态中的实际溶质浓度、以及各目标相区内所述第二相析出物中非金属元素在液相态中的平衡态溶质浓度，采用析出量叠加法预测获得所述第二相析出物在所述凝固过程中的总析出量，具体包括：

22、基于同一时间步长所对应的金属元素在液相态中的实际溶质浓度、非金属元素在液相态中的平衡溶质浓度、金属元素在液相态中的平衡态质量分数、以及非金属元素在液相态的平衡态质量分数，计算获得各时间步长对应的析出量；

23、基于各时间步长对应的析出量进行叠加计算，获得所述总析出量。

24、可选的，所述方法还包括：基于各时间步长确定与各所述时间步长对应的目标冷却速率；

25、基于各所述时间步长所对应的目标冷却速率，确定各所述时间步长对应的第二相析出物中非金属元素在液态相中的扩散系数、以及钢中所述非金属元素的质量分数；

26、基于同一时间步长所对应的非金属元素在液态相中的扩散系数、第二相析出物的相对分子质量、钢的密度、第二相析出物的密度、非金属元素的相对分子质量、钢中非金属元素的质量分数、以及第二相析出物中非金属元素的质量分数，计算获得各时间步长对应的第二相析出物的尺寸；

27、基于各时间步长对应的第二相析出物的尺寸进行叠加计算，获得第二相析出物的总尺寸。

28、为解决上述问题，本技术提供一种连铸坯第二相析出的预测装置，包括：

29、第一确定模块，用于确定目标金属液在凝固过程中所经历的各目标相区以及第二相析出物；所述各目标相区包括第一目标相区l+δ、第二目标相区l+δ+γ以及第三目标相区γ；

30、第二确定模块，用于确定所述第二相析出物中金属元素在各所述目标相区内的目标溶质分配系数；

31、计算模块，用于针对同一目标相区内所述金属元素所对应的目标溶质分配系数，利用预定的第一溶质浓度计算公式，计算获得所述金属元素在液相态中的实际溶质浓度，以获得各目标相区内所述金属元素在液相态中的实际溶质浓度；

32、预测模块，用于至少基于各目标相区内金属元素在液相态中的实际溶质浓度、以及各目标相区内所述第二相析出物中非金属元素在液相态中的平衡态溶质浓度，采用析出量叠加法预测获得所述第二相析出物在所述凝固过程中的总析出量。

33、为解决上述问题，本技术提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述连铸坯第二相析出的预测方法的步骤。

34、为解决上述问题，本技术提供一种电子设备，至少包括存储器、处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器在执行所述存储器上的计算机程序时实现上述任一项所述连铸坯第二相析出的预测方法的步骤。

35、本技术中的一种连铸坯第二相析出的预测方法、装置、介质及设备，通过确定与各相区对应的金属元素的溶质分配系数，能够使得金属元素的溶质分配系数的确定更加合理、准确，为后续基于金属元素的溶质分配系数合理精准的确定各相区对应的液相态中的金属元素的实际溶质浓度奠定了基础，进而后续可以根据各相区内金属元素的实际溶质浓度以及非金属元素的平衡态溶质浓度、采用叠加累计的计算方法，精准的计算获得第二相析出物的总析出量，避免了由于采用统一的一个固定溶质分配系数进行溶质浓度计算，而造成目标元素溶质浓度的确定不够合理、准确，进而造成后续析出量计算不够准确、合理的问题。

36、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。