大圆坯连铸带液芯矫直过程的应力、应变有限元模拟

应用Marc有限元软件对圆坯连铸的连续矫直变形过程进行模拟.以马鞍山钢铁公司大圆坯连铸机为原型,考虑铸坯与辊子的接触状态,建立了圆坯矫直变形模型;模拟分析了大圆坯连铸带液芯矫直过程中坯壳的应力、应变,得到了铸坯在矫直过程中的变形规律,可为铸机矫直工艺及设备设计提供参考依据,从而进一步优化铸坯的矫直变形,以提高圆坯的内部质量和表面质量.     

坯壳鼓肚对铸机矫直区内铸坯变形的影响

 在连铸机辊列矫直段,带液芯铸坯的坯壳同时受钢水静压力与矫直力的作用,坯壳固液交界面处的矫直应变与鼓肚应变发生叠加。如果总应变超过临界值,就会发生内裂。确定矫直区坯壳固液交界面处的应变与应变速率,对铸机辊列设计与工艺参数的设定有重要的意义。基于高温坯壳力学特性,建立了连续矫直理论中铸坯坯壳变形的数学模型。利用该模型计算坯壳鼓肚变形,并与实测数据进行对比,验证了模型的有效性。根据某厂由奥钢联设计的工业板坯连铸机的辊列参数,利用该模型计算铸坯横截面的应变与应变速率。最后分析了不同辊间距与不同拉坯速度情况下矫直区内铸坯坯壳固液交界面处的应变速率变化规律,结合不同钢种的临界应变速率得到铸机矫直段辊间距的取值范围。     

钢高温蠕变特性对连铸坯矫直变形的影响

 为使连铸坯在矫直过程中能够充分利用钢的高温蠕变特性,避免产生内部矫直裂纹,对铸坯矫直及机型曲线进行了研究。首先,在Gleeble-3800热模拟试验机上对Q345C连铸坯进行热塑性和高温蠕变试验,确定了Q345C钢的热物性参数和最小蠕变应变速率方程;其次,根据钢的高温蠕变特性,针对目前使用的某连铸机设计了新机型曲线;最后,采用热力耦合数值模拟的方法,计算了距离铸坯内弧侧表面38.3 mm处中心点的温度分布和应变速率。通过蠕变矫直机型应变速率和蠕变速率的对比表明,蠕变矫直机型曲线可以充分利用钢的高温蠕变变形进行矫直,蠕变变形量占总矫直变形量的比例达到88.6%,因此可降低铸坯内部矫直裂纹产生的可能性,有利于提高铸坯质量。     

65Mn矩形坯单点矫直的凝固行为研究及工艺优化

以国内某厂65Mn矩形坯为研究对象,建立了矩形坯的传热和热弹塑性模型,模拟矩形坯凝固过程的温度场,以及在进行单点矫直时矫直点处的应力场分布情况;分析温度场及热应力的分布对铸坯质量的影响,为优化连铸工艺提高矩形坯的质量提供了理论依据。模拟结果表明:采用普碳钢工艺浇铸65Mn钢时,在矫直点还存在大量液芯,高拉速下铸坯处于带液芯矫直,较全凝固矫直而言,其应力云图出现了不规则分布,且应力梯度增大,大大增加了内裂的产生几率。通过对工艺优化前后的铸坯低倍进行对比分析发现,本研究所提出优化工艺方向合理,铸坯质量大幅提高,取得较好的实践效果。     

连铸板坯矫直过程的有限元仿真

针对某厂板坯连铸机,应用MSC.Marc有限元软件对铸坯矫直过程进行了应力应变的有限元分析,获得了铸坯在矫直过程中不同位置的应变、应力和对夹辊的反力,并阐述了其变化规律。这些力学结果对扇形段设计、工艺制度的制定以及分析铸坯质量问题具有很好的指导意义。     

直弧型板坯连铸机连续弯曲矫直曲线的优化研究

开发了一种新型理想连续弯曲矫直曲线,通过辊列曲线的优化设计完成了对鞍钢二炼钢厂R9 300 mm直弧型板坯连铸机的连续弯曲、矫直改造,做到了铸机水平出坯线标高及外弧基准线均不变,这是传统的连续弯曲矫直曲线所做不到的。同时该辊列曲线还具有使较高温度区域铸坯的应变速率适当大于较低温度区域的应变速率的特点,以便更加充分地利用铸坯高温蠕变和应力松弛的力学特性;该曲线更适合于新铸机的设计。     

高速连铸机的多点矫直及其理论计算研究

一、高速连续铸造下的带液相矫直问题--发生矫直内裂的机理所谓高速铸造就是指铸坯在经过矫直拐点时,还带有未完全凝固的液芯部分,而且这种液相穴还将延伸到水平部分的远处,即铸机的冶金长度远远大于四分之一圆弧长度(大于(πR/2) )。带液相的铸坯通过矫直拐点时,要受到矫直变形,产生拉伸应力,往往在固液两相     

连铸坯弯曲矫直时的变形行为

 连铸机的弯曲矫直曲线的确定属于铸机辊列设计的重要内容之一。通过对不同的弯曲矫直方法的比较分析,提出了关于铸坯弯曲矫直原理的一些新的看法,指出确定铸机的弯曲矫直曲线时应综合考虑铸坯的变形速率、剪切力和矫直反力3个因素。同时对目前铸机设计中广泛使用的连续矫直曲线进行了分析,理论推理并结合实例验证了该曲线的正确性,并对该曲线下铸坯的变形规律和力学特征进行了分析和讨论,从理论上说明了该曲线的合理性。     

180 mm方坯连铸机矫直应变研究与工艺改进

针对180 mm×180 mm、弧半径为6 m的方坯连铸机,采用两点矫直公式、连续矫直公式对拉矫机坐标进行了验证。计算结果表明,拉矫机矫直曲线公式为Y=7.71E-9X3.15,其矫直方式为典型的连续矫直;同时,生产低合金钢时矫直区应变为3.8×10~(-3)/s,大于设计值0.125×10~(-3)/s,矫直起点应变值为0.004 3%/mm,大于设计值0.000 25%/mm。在此工况下,通过控制中间包过热度、降低二冷比水量,铸坯皮下裂纹得到缓解,铸坯内部裂纹由3.0级降低到1.0级。     

1650板坯压下过程热/力学行为及压下工艺优化

为了控制梅钢1 650板坯连铸包晶钢过程铸坯内裂纹发生,基于梅钢1 650板坯连铸机生产实际,建立了1 560mm×230mm断面包晶钢铸坯凝固过程三维热/力耦合有限元模型,揭示了铸坯凝固过程各冷却区内的温度场分布规律和铸坯压下过程应力与变形行为演变规律。结果表明,铸坯在结晶器及零段内冷却强度大,沿拉坯及其垂直方向的温度分布梯度大;在实施铸坯凝固末端压下过程中,铸坯宽面中心与宽向1/4处的表面变形及应力变化较为同步,且靠近铸坯内弧侧凝固前沿的塑性应变最大,铸坯应力最大值集中在角部区域;目前梅钢包晶钢连铸压下区间设置不当,易引发铸坯产生内部裂纹。     

Continuous bending and straightening technology of Q345c slab based on high-temperature creep deformation

A new continuous bending and straightening casting curve with the aim of full using of high-temperature creep deformation was proposed.The curvature of bending and straightening segment varies as sine law with arc length.The basic arc segment is shortened significantly so that the length of bending and straightening area can be extended and the time of creep behavior can be increased.The distance from solidifying front in the slab was calculated at 1 200°C by finite element method.The maximum strain rate of new casting curve at different locations inside the slab is 6.39×10~(-5) s~(-1) during the bending segment and it tends to be 3.70×10-5 s~(-1) in the straightening segment.The minimum creep strain rate is 7.45×10~(-5) s~(-1)when the stress is 14 MPa at 1 200°C.The strain rate of new casting machine can be less than the minimum creep strain rate.Thus,there is only creep deformation and no plastic deformation in the bending and straightening process of steel continuous casting.Deformation of slabs depending on creep behavior only comes true.It is helpful for the design of the new casting machine and improvement of old casting machine depending on high temperature creep property.     

热回复过程高强耐候钢Q450NQR1的高温力学性能

在热回复条件下,采用Gleeble-1500D热/力模拟实验机,研究测试了高强耐候钢Q450NQR1(/%:0.05～0.10C、0.30～0.50Si、0.80～1.00Mn、≤0.020P、≤0.008S、0.20～0.40Cu、0.15～0.35Ni、0.40～0.60Cr)200mm×1 350 mm铸坯试样在700～1 000℃,热拉伸应变率5×10^-3 s^-1时的强度、塑性模量和断面收缩率。结果表明,随温度下降铸坯塑性模量(硬化系数)和强度增加,800℃时铸坯的强度随温度的变化速率出现明显转变;925～700℃时铸坯断面收缩率≤60%;为保证铸坯质量,在矫直过程铸坯表面温度应≥950℃。     

CSP连轧过程金属变形的热力耦合模拟分析

借助Marc商用软件,采用弹塑性大变形热力耦合有限元法(FEM),对包钢生产的1 500 mm×68mm薄板坯CSP(紧凑式带材生产)轧制第一道次的热轧过程进行了模拟。分析了变形区内轧材等效应力场、应变场及应变速率的分布和变化规律。结果表明在轧件变形区内,等效应力沿轧制方向逐渐增大,在中性面附近达到最大值(95.20 MPa),后又逐渐减少;等效应变亦沿轧制方向逐渐增大,在轧件出口处达到最大值(0.70);在轧件入口端表面附近等效应变速率有最大值,为20.74 s^-1。模拟计算的轧制力为22 203 kN,现场测得的轧制力为22 239 kN,预测误差为0.16%。     

轻压下参数对75Cr1高碳钢230 mm连铸板坯冶金质量的影响

基于有限元法,利用ANSYS软件模拟计算了高碳钢（0.73%~0.77%C）连铸板坯轻压下过程中热-机械塑性应变分布,分析了给定扇形段的压下量2 mm+2 mm,3 mm+3 mm和2 mm+2 mm+2 mm对压下区间和位置的塑性应变的影响,并通过现场试验对模拟结果进行了验证。结果表明,塑性应变模型模拟值与实测值吻合;热变形过程中,铸坯心部的等效应变最大,表面节点次之,1/4位置等效应变最小;热-机械塑性应变随着压下量和压下速率的增加而增加,3 mm+3 mm压下模式具有较好的压下效果。生产试验结果表明,采用2个扇形段（6^#和7^#或7^#和8^#）进行2.2 mm+2.3 mm轻压下铸坯较优化前3个扇形段（6^#,7^#和8^#）1.5 mm+1.5 mm+1.5 mm轻压下铸坯中心偏析2.0级和中心疏松2.0级提高中心偏析0.5级和中心疏松0.5级,显著改善了连铸板坯的低倍质量。     

连铸矫直过程板坯角部横向裂纹数值分析

 连铸过程中板坯角部可能出现横向裂纹,这些裂纹严重影响着连铸坯的质量和产量。本文采用显式动力学有限元方法对连铸矫直阶段连铸板坯表层金属应力变化规律进行了模拟,分析了角部应力的变化规律,并对矫直过程中连铸板坯应力分布对角部横向裂纹的影响进行了讨论。研究结果对指导连铸生产具有重要的实际意义和理论意义。     

连铸板坯轻压下过程中间裂纹产生机理

针对板坯连铸过程中间裂纹严重的问题,对中间裂纹的形貌、元素偏析等情况进行分析.通过建立有限元模型,对不同压下位置和不同压下量凝固前沿的受力情况进行计算并与临界应力值进行对比.结果表明:C、P、S等元素在晶界处富集只是促使中间裂纹开裂的内因,真正造成铸坯开裂的原因是凝固前沿所承受的拉应力.铸坯通过矫直段时,多处位置的凝固前沿所承受的拉应力超过钢的临界值,导致凝固前沿容易开裂延伸,形成中间裂纹;而弧形段和水平段处凝固前沿所承受的拉应力不超过钢的临界值,无裂纹产生.统计现场大量轻压下的实验结果显示:轻压下避开矫直区进行时,中间裂纹的发生率降低约41.3%.      

曲梁理论在矫直应变计算中的应用

 针对笔者开发并于目前广泛应用的连铸坯固定辊连续矫直技术,采用曲梁理论对矫直应变进行了研究。针对某钢厂直弧形板坯连铸机的连续弯曲、矫直改造,计算了矫直曲线曲率以及坯壳固液相界面处的矫直应变,并与原来使用的多点矫直的结果进行了对比和分析。研究表明采用曲梁理论计算矫直应变的方法是合理的,现场实际应用效果表明通过采用连续矫直技术降低矫直应变的速率对提高连铸坯质量以及产量都有很重要的意义。     

20CrMnTi齿轮钢棒材热连轧有限元模拟

通过对棒材热连轧过程的分析,建立了20CrMnTi钢800~1150℃,变形量0~0.8,应变速率0~3 s^-1的Hensel-Spittel流变应力模型;利用LARSTRAN/SHAPE有限元软件模拟了20CrMnTi从200 mm×200 mm的方坯经8道次连轧为Φ90 mm圆棒的过程,分析了轧件在圆弧侧壁的圆孔型和直线侧壁的圆孔型下轧制过程中的应力场、应变场、温度场和轧制力及力矩的变化情况。模拟结果表明,轧件圆角部位等效应力、等效应变较大且温度较低,容易出现轧制质量缺陷;圆弧侧壁的圆孔型轧制圆钢时的精度略高于直线侧壁的圆孔型。     

连铸坯变形的粘—弹—塑性研究

应用材料流变学理论系统地分析了连铸坯的鼓肚变形、错弧变形及矫直变形。指出鼓肚变形不仅有瞬时弹性变形，而且还有随时间变化的蠕变变形。矫直变形是在变形一定情况下的应力松弛过程。由此得出了铸坯在各个阶段的变形、应力及辊子对铸坯的夹持力、矫直力矩等。