连铸板坯高温力学性能研究及二冷工艺制度分析

论文摘要

连续铸钢工艺是衔接炼钢和轧制的重要生产工艺技术,连铸坯的质量对最终钢产品质量有重要的影响。统计表明,在铸坯的各类缺陷中有50%以上与裂纹相关;而凝固坯壳产生裂纹的最本质原因是铸坯在高温下的力学行为及其变化规律。因此,研究连铸坯的高温力学性能,对控制和提高铸坯质量具有十分重要的意义。研究采用Gleeble-1500D热/力模拟试验机测试了某钢厂2号板坯连铸机生产的钢种A、钢种B和钢种C在高温下（600-1300℃）的各项力学性能指标,获得各钢种的高温应力应变曲线、屈服强度和抗拉强度、断面收缩率、弹性极限和弹性模量、塑性模量等参数随温度的变化规律。以热塑性曲线为主要指标,找出三个钢种连铸坯的第Ⅲ脆性区温度范围,钢种A的二次脆性区在750-850℃左右,钢种B的二次脆性区在800-970℃左右,钢种C的二次脆性区在800-980℃左右。并采用远程遥控可变真空扫描电子显微镜（TESCAN TS 5136XM）分别对各钢种的第Ⅰ脆性区和第Ⅲ脆性区温度范围内的拉伸试样进行断口形貌分析,获得试样的断口形貌特征和断裂形式。为了进一步理解连铸坯的高温力学特性,明确不同钢种连铸坯在高温下的力学性能差异及其在连铸过程中产生裂纹缺陷的机理和难易程度,本文在对三个钢种连铸坯高温力学性能测试研究的基础上,对不同使用强度的钢种连铸坯在高温下的各项力学性能指标进行了比较分析。二次冷却技术是连铸生产中的关键技术之一,铸坯的内部裂纹、表面裂纹、鼓肚和中心偏析等缺陷的形成与二冷制度密切相关。因此,二冷区的冷却工艺制度对铸机的产量和铸坯的质量有重要的影响,为了确保铸坯质量,必须确定合理的二冷工艺制度。本文总结分析了某钢厂2号板坯连铸机的结构和工艺参数特点,采用切片法建立了板坯连铸凝固二维传热数学模型。应用所建立的传热模型和2号铸机实际生产用的二冷工艺制度对钢种A、钢种B及钢种C的连铸凝固过程进行仿真计算,获得各钢种连铸坯在不同工况条件下的温度场变化规律和坯壳凝固规律,并结合高温力学性能的研究结果,分析各钢种连铸凝固二冷工艺制度的合理性。结果表明,三个钢种连铸坯的二次冷却工艺制度能够满足冶金准则的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 连铸技术的发展
• 1.1.1 国外连铸技术的发展
• 1.1.2 国内连铸技术的发展
• 1.2 连铸坯的裂纹缺陷
• 1.2.1 表面裂纹
• 1.2.2 内部裂纹
• 1.3 连铸坯高温力学性能的研究
• 1.3.1 高温力学性能研究的意义
• 1.3.2 连铸坯高温力学性能研究概况
• 1.3.3 连铸坯高温力学性能的特点
• 1.4 课题研究的主要内容
• 2 连铸板坯高温力学性能测试与断口形貌分析
• 2.1 高温力学性能研究方法
• 2.1.1 试样制备
• 2.1.2 Gleeble-1500D 热/力模拟机
• 2.1.3 测试方法
• 2.1.4 测试结果分析方法
• 2.2 高温力学性能的测试结果与分析
• 2.2.1 钢种A
• 2.2.2 钢种B
• 2.2.3 钢种C
• 2.3 拉伸试样断口形貌分析
• 2.3.1 TESCAN VEGA TS 5136XM 扫描电子显微镜
• 2.3.2 拉伸试样断口的处理
• 2.3.3 断口形貌分析
• 2.4 本章小结
• 3 典型钢种连铸坯高温力学性能的比较分析
• 3.1 化学成分对连铸坯高温力学性能的影响
• 3.1.1 C 对连铸坯高温力学性能的影响
• 3.1.2 S 对连铸坯高温力学性能的影响
• 3.1.3 P 对连铸坯高温力学性能的影响
• 3.1.4 合金元素对连铸坯高温力学性能的影响
• 3.2 连铸坯高温力学性能的比较分析
• 3.2.1 高温抗拉强度比较分析
• 3.2.2 高温屈服强度比较分析
• 3.2.3 高温塑性比较分析
• 3.2.4 高温弹性极限和弹性模量比较分析
• 3.2.5 高温塑性模量比较分析
• 3.3 本章小结
• 4 板坯连铸凝固传热数学模型
• 4.1 铸机结构参数及工艺参数
• 4.2 板坯连铸凝固二维传热数学模型的建立
• 4.2.1 板坯连铸凝固传热的数学描述
• 4.2.2 差分方程
• 4.2.3 初始条件和边界条件
• 4.2.4 钢种热物性参数
• 4.2.5 传热模型的计算和验证
• 4.3 本章小结
• 5 板坯连铸二冷工艺制度的研究
• 5.1 二冷工艺概述
• 5.2 钢种A 的连铸凝固过程仿真分析
• 5.2.1 钢种A 的二冷工艺制度
• 5.2.2 钢种A 的二冷仿真计算
• 5.3 钢种B 的连铸凝固过程仿真分析
• 5.3.1 钢种B 的二冷工艺制度
• 5.3.2 钢种B 的二冷仿真计算
• 5.4 钢种C 的连铸凝固过程仿真分析
• 5.4.1 钢种C 的二冷工艺制度
• 5.4.2 钢种C 的二冷仿真计算
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录
• C. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目