连铸过程铸坯皮下裂纹的产生及控制

通过数值模拟的方法研究了典型大方坯(325 mm×280 mm)连铸过程中温度场和应力场分布,分析了铸坯皮下裂纹产生的原因和主要影响因素,制定了控制铸坯皮下裂纹的具体措施。结果表明:在连铸过程中铸坯的最大回温为121℃,二冷一区最高回热速率达到217.48℃/m,二冷二区最高回热速率达到131.95℃/m,其他各区回热速率都较低。温度回升后铸坯横断面距铸坯表面15～30 mm处的最大应力应变值已经超过了钢的极限应力应变值,因此,二冷一区和二区温度回升是铸坯产生皮下裂纹的主要原因。增加二冷一区水量,将此水量在二冷三区和四区相应地减小,可以降低二冷一区回热速率,降低最大回热温度到88℃,控制铸坯皮下裂纹的产生。     

20CrMnMoH钢中间裂纹成因分析及改进实践

针对某钢厂生产的Φ600 mm 20CrMnMoH大圆坯低倍出现的中间裂纹的问题，通过低倍酸洗和金相显微镜对铸坯中间裂纹进行观察，并结合钢水成分和连铸过程控制，分析认为连铸二冷区水量分配不合理和铸坯缓冷效果不好，是造成本次中间裂纹缺陷的主要原因。通过降低二冷比水量至0.08 L/kg，优化二冷区三段水量分配比为45∶34∶21，使铸坯矫直处表面温度≥900℃；改造缓冷坑及优化缓冷工艺，采用热坯垫坑，入坑温度≥600℃，缓冷时间≥72 h，出坑温度≤200℃，避免了大圆坯中间裂纹的出现。     

气隙对连铸坯应力分布影响的有限元数值模拟

建立了结晶器内连铸坯热弹塑性应力有限元数学模型。在热弹塑性本构方程中考虑了材料力学性能、屈服函数随温度和应变速率的变化。着重研究了气隙对坯壳应力分布的影响。研究结果表明：当坯壳角部有明显的气隙形成时,铸坯偏角区成为热节区。在此热节区内,坯壳受到拉应力的作用,连铸坯有产生皮下裂纹的可能     

石油套管用钢37Mn5 Φ210 mm连铸圆坯凝固过程的数学模拟和工艺优化

在分析37Mn5钢（/%:0.34~0.39C,0.20~0.35Si,1.25~1.50Mn）凝固特性的基础上通过用ANSYS软件建立连铸圆坯凝固热-力耦合数学模型,对Φ210 mm连铸圆坯凝固过程进行模拟,分析了40 t中间包,拉速1.4 m/min,浇铸温度1531℃时,二冷水比水量0.58~0.78 L/kg和各段配置对铸坯表面温度、坯壳厚度、液芯长度和表面应力的影响。模拟结果表明,比水量每增加0.1 L/kg,铸坯表面约下降18℃,试验比水量变化对出口坯壳厚度、液芯长度和表面应力影响不显著,但原工艺配水量0.68 L/kg下二冷0段和1段之间空冷部位出现高达185℃急速回温,最大应力达6.41×10⁷Pa,通过保持配水量0.68 L/kg不变,调整各段配水量使0~1段间回温降至123℃,最高应力降至4.53×10⁷Pa,铸坯裂纹基本消失,表面质量显著改善。     

喷淋水量分布对C38N2钢大方坯冷却效果的影响

合理的连铸二冷工艺制度是提高非调质钢连铸坯质量的关键。以某钢厂320 mm×480 mm C38N2非调质钢为研究对象,建立了基于大方坯横向水量分布的凝固传热模型,分析二冷区各段喷淋水量分布对铸坯表面温度分布的影响。研究表明,在现行工艺喷淋条件下,二冷一段和二段铸坯边角部喷淋水量较大,铸坯在二冷一段出口内弧和侧弧的表面横向温差分别达到了340 ℃和327 ℃,三段和四段铸坯表面中心喷淋水量较大,铸坯在空冷区内弧和侧弧的表面回温分别为109 ℃/m和125 ℃/m,容易引发角部裂纹和内部裂纹。在此基础上,提出“在二冷一段和二段降低喷淋高度+三段和四段升高喷淋高度”的喷嘴布置方式。水量分布优化后,二冷各段出口表面横向温差基本控制在200 ℃以内,铸坯在空冷区内弧和侧弧表面回温分别降低至95 ℃/m和107 ℃/m,角部回温由94 ℃/m降低至40 ℃/m,降低了裂纹缺陷发生率。研究结果可为该类非调质钢连铸生产提供借鉴。     

喷嘴喷淋距离对连铸小方坯二冷均匀性的影响

研究了不同喷淋距离下连铸小方坯二冷喷嘴的水量分布,建立了凝固传热模型分析了82B钢连铸坯的热行为。该模型特别考虑了二冷区铸坯表面宽度方向的水流密度分布,并根据铸坯表面测温结果进行了模型校正。采用凝固传热模型研究了喷嘴喷淋距离对连铸二冷均匀性的影响。结果表明:喷嘴喷淋距离的增加有助于提高二冷水横向分布的均匀性,导致铸坯表面温度横向均匀性降低、纵向均匀性提高。这些效果有助于改善铸坯内部裂纹,但是会对角部裂纹产生不利影响。在二冷区前段喷嘴采用低喷淋距离,二冷区末段采用高喷淋距离,既可以提高铸坯角部温度,又能降低表面最大回温速率,有助于同时改善连铸坯角部和内部裂纹。在此基础上,提出了一种连铸小方坯二冷喷嘴布置方式,即二冷区每段喷嘴喷淋距离沿拉坯方向逐渐增加,该方法有助于提高连铸坯“纵?横”冷却均匀性。      

含铌微合金钢连铸坯角部裂纹控制二冷新工艺

基于唐钢中厚板厂含铌钢板坯连铸生产实际,采用数值模拟方法研究了Q345B- Nb含铌钢板坯连铸过程实施铸坯角部二冷高温区角部组织多相变晶粒细化控冷工艺的可行性。结果表明,通过在结晶器窄面足辊下方增加6组针对铸坯角部强喷淋冷却的喷嘴结构,可使铸坯角部温度下降至约600 ℃,而后减少立弯段中下部3区与4区冷却水量,可使铸坯角部温度回升至900 ℃以上,满足铸坯角部多相变温度控制条件。在此基础上,将新控冷工艺应用于现场实际,实施铸坯二冷高温区多相变控冷新工艺后,铸坯角部距表面0~20 mm范围内的组织均可由传统工艺下“奥氏体＋先共析铁素体膜”结构转变成“铁素体＋珠光体”结构,且晶粒细化至不大于20 μm,铸坯抗裂纹能力大幅提高,含铌钢连铸坯角部裂纹率由原工艺的5.89%稳定控制在小于0.1%水平。     

12Cr1MoVG?210mm连铸坯表面裂纹分析与控制

分析出12Cr1MoVG?210 mm铸坯表面裂纹为应力裂纹,其直接原因是受热应力和组织应力影响,根本原因是不合理的连铸工艺制度。避免裂纹措施包括控制浇注过热度20~30℃,拉速1.5~1.7 m/min,使用更适合包晶钢生产的保护渣;优化二冷配水,比水量由0.30 L/kg增加到0.48 L/kg,并增加3区和4区冷却水比例;铸坯冷床下线后堆放缓冷。     

连铸板坯二冷高温区传热均匀性研究与优化

在板坯连铸过程中,二冷区传热的均匀性对铸坯表面与内部质量均有重要的影响。首先对国内某钢厂二冷各区的喷嘴进行了喷淋性能测试,根据各冷却区喷嘴的布局及2 000 mm×250 mm断面包晶桥梁钢板坯连铸生产过程的各区水量分布,建立了铸坯三维凝固传热有限元计算模型,模拟分析了铸坯在二冷区内的动态凝固传热行为。在此基础上,优化调整了连铸二冷高温区的喷嘴布局。结果表明,某钢厂原二冷区喷嘴布局条件下,其高温区的铸坯表面温度沿其横向波动较大。典型生产工艺下,二冷4区出口处的铸坯宽面表面横向温差最大,即距角部313 mm处的宽面表面温度最高为1 073 ℃,而距角部873 mm处的宽面表面温度最低为996 ℃,温差达77 ℃。而当铸坯进入二冷弧形区时,铸坯表面的横向温度分布逐渐趋于均匀。将二冷2区的喷嘴安装高度由距铸坯表面170提升至200 mm、3区和4区的喷嘴安装高度由距铸坯表面200提升至240 mm,可使铸坯在高温区内的表面横向温差最大值降至30 ℃以下,大幅改善铸坯表面温度分布的均匀性。     

25MnSiV矩形连铸坯疏松缩孔模拟研究

建立了25MnSiV矩形连铸坯凝固组织数学模型，研究了拉速、过热度、二冷区给水量对连铸坯疏松缩孔的影响规律。结果表明，提高拉速和过热度均会增加铸坯疏松缩孔比例，而增加二冷区给水量能降低铸坯疏松缩孔比例，最佳工艺参数分别为拉速1.0 m/min、过热度20℃、二冷区给水量为最大给水量的60%。     

16MnNb钢圆坯连铸二冷制度的研究

 以某钢厂圆坯连铸机为研究对象,建立了连铸坯凝固传热模型。在不同拉速下对280 mm断面圆坯二次冷却过程进行仿真优化,确定了16MnNb钢合适的二冷制度。根据仿真结果,在最小工作拉速(0.9 m/min)下,矫直点处铸坯内弧表面中心温度为947 ℃,有效避开了铸坯的二次低延性区。在最大工作拉速(1.2 m/min)下,铸坯出结晶器时,其凝固坯壳厚度为19 mm,二冷初期产生漏钢等质量问题的可能性较小。不同拉速下,横断面温度场分布均匀。经低倍检测发现,铸坯表面及内部质量良好,无裂纹、疏松、缩孔等质量缺陷。     

55钢150 mm x 150 mm连铸坯皮下裂纹分析与工艺改进

55钢(/%:0.52～0.60C,0.17～0.37Si,0.50～0.80Mn,≤0.035P,≤0.035S)的150 mm×150 mm连铸坯轧钢加热炉加热后存在表面纵向裂纹缺陷。采用金相显微镜对铸坯皮下裂纹缺陷进行分析,结果得出:由于二次冷却不均匀和有害元素Pb在晶界富集导致铸坯皮下产生细小裂纹并扩展长大。通过对二次冷却喷淋系统优化及降低钢水有害元素Pb含量,改善二冷段喷淋冷却效果,提高铸坯冷却均匀性,提高铸坯晶界强度,结果表明:铸坯缺陷明显改善,轧材一次探伤合格率从45%提高到93%。     

Thermo-elasto-visco-plastic finite element analysis on formation and propagation of off-corner subsurface cracks in bloom continuous casting

The formation and propagation of the popular off-corner subsurface cracks in bloom continuous casting were investigated through thermo-mechanical analysis using three coupled thermo-mechanical models.A two-dimensional thermo-elasto-visco-plastic finite element model was developed to predict the mould gap evolution,temperature profiles and deformation behavior of the solidified shell in the mould region.Then,a three-dimensional model was adopted to calculate the shell growth,temperature history and the development of stresses and strains of the shell in the following secondary cooling zones.Finally,another three-dimensional model was used to analyze the stress distributions in the straightening region.The results showed that the off-corner cracks in the shell originated from the mould owing to the tensile strain developed in the crack sensitive regions of the solidification front,and they could be driven deeper by the possible severe surface temperature rebound and the extensive tensile stress in the secondary cooling zone,especially upon the straightening operation of the bloom casting.It is revealed that more homogenous shell temperature and thickness can be obtained through optimization of mould corner radius,casting speed and secondary cooling scheme,which help to decrease stress and strain concentration and therefore prevent the initiation of the cracks.     

冷却温度对AH36钢连铸坯热延展性的影响

连铸坯角部横向裂纹是连续铸钢过程中经常出现的缺陷,直接影响钢材质量和生产成本.以 AH36钢为研究对象,采用 Gleeble-3800热模拟机模拟连铸坯冷却制度对连铸坯的影响.借助金相显微镜对断口微观组织进行分析表征,研究不同冷却温度下试样的热延展性,明确冷却温度对连铸坯角部横裂纹的影响.结果表明：以10℃/s 的冷速冷却至650℃后,回温至Ac3温度以上随后再缓慢冷却至825℃时的试样断面收缩率为67.02％,并且微观组织均匀,晶粒细小.热循环冷却制度能够有效提高连铸坯表面热延展性,降低裂纹敏感性,消除角部裂纹的产生.     

Application of Hot Strength and Ductility Test to Optimization of Secondary Cooling System in Billet Continuous Casting Process

By means of Gleeble-1500 dynamic thermomechanical simulator, the continuous casting process for HRB335C steel was simulated using solidifying method and hot ductility and strength of the steel were determined. The test results indicate that there are three temperature regions of brittleness for HRB335C billet in the temperature range from 700 ℃ to solidification point; the first temperature region of brittleness is 1 300 ℃ to solidification point of the billet, the second temperature region of brittleness is 1 200-- 1 000 ℃, and the third temperature region of brittleness is 700-850 ℃ ; the steel is plastic at 850--1 000 ℃. The cracking sensitivity was studied in the different temperature zones of the brittleness for steel HRB335C and the target surface temperature curve for the secondary cooling is determined. With optimized process, the mathematical model of the steady temperature field with two-dimensional heat transfer for 150 mm×150 mm HRB335C steel billet was established to optimize the secondary cooling process. The conic relation of water distribution between secondary cooling water flux and casting speed is regressed. Keeping the surface temperature of billet before the straightening point above 1 000 ℃, the results of billet test indicate that there is free central shrinkage cavity. The billet defect is decreased greatly, and the quality of billet is obviously improved.     

连铸坯裂纹成因及预防

分析了钢的高温力学性能和作用在连铸坯上的各种应力以及化学成分对铸坯产生裂纹的影响，指出裂纹产生的外因是钢水的静压力，热应力，组织收缩应力和其它外力的作用，当这些应力之和超过了钢的高温临界强度和变形量时，就在凝固前沿或凝固壳中产生裂纹，在二冷区凡是增加共内应力，降低强度和塑性的因素将促进裂纹的发生和扩展，裂纹产生的因是钢的高温力学性能和化学成分，提出了防止连铸坯产生裂纹应从两方面考虑，一是工艺参数和设备运转状态，设法降低连铸坯承受的应变和应变速率，二是钢的化学成分，提高钢水纯净度。     

大断面圆坯连铸温度场的数值模拟

通过大型通用有限元软件ANSYS建立铸坯凝固过程有限元仿真分析模型,在拉速0.25～0.35m/min,钢水过热度20℃的条件下,对20钢Φ中600mm和40Cr钢Φ500 mm圆坯连铸过程进行了计算和分析,得出距液面0～32 m时铸坯表面温度变化曲线。计算结果表明,当20钢Φ600 mm圆坯的拉速为0.3 m/min时,结晶器出口坯壳厚度为30.9 mm,结晶器出口铸坯温度为1050℃,二冷区表面最低温度978℃铸坯在距液面19.71 mm处完全凝固。Φ600 mm圆坯连铸机20钢生产实践表明,拉速0.25 m/min,结晶器出口铸坯表面温度为1048℃,二冷区表面最低温度为918℃,与模拟结果相似。