20CrMn钢双辊薄带振动铸轧细晶机理试验

为了改善传统双辊薄带铸轧板坯中存在的缩孔、裂纹、组织不均以及晶粒粗大等缺陷,提升双辊薄带铸轧产品带坯的力学性能,提出振动铸轧新技术,以细化铸轧带坯组织晶粒度,提高其力学性能。为了确定振动铸轧过程的细晶机理,分别在1 570℃和1 530℃两种开浇温度下进行20CrMn钢双辊薄带铸轧振动与非振动工况的对比试验,并对所得带坯微观组织及力学性能进行检测和分析。微观组织观察结果表明,在铸轧过程中振动可以有效细化产品带坯晶粒,其细晶机理为在凝固阶段振动可以提升熔池区形核率并促使振动侧枝晶尖端熔断,而在轧制阶段振动可以强化塑性变形区的动态再结晶;拉伸试验结果表明振动有效地改善了铸轧板坯的力学性能,开浇温度1 570℃时,沿轧制方向振动铸轧板坯较传统铸轧板坯屈服强度、抗拉强度和伸长率分别提高了12.11%、14.57%和38.9%,垂直轧制方向分别提高了7.72%、13.23%和34.8%;开浇温度1530℃时,沿轧制方向分别提高了9.22%、14.95%和31.25%,垂直轧制方向分别提高了21.36%、27.35%和42.86%。试验表明振动铸轧较传统铸轧不仅能在凝固阶段通过振动提高形核率,细化晶粒,还能在轧制段通过振动增强动态再结晶效果,改善材料微观组织结构,从而提升其力学性能。     

20CrMn钢双辊薄带振动铸轧第二相粒子析出行为研究

在自主研发的双辊薄带振动铸轧机上进行了20CrMn钢的振动、非振动铸轧对比实验。对所得铸轧板坯进行了拉伸测试、断口形貌观察、粒子能谱分析,结果显示振动能抑制大尺寸粒子的形成从而促进小尺寸粒子的均匀析出,进而提升铸轧板坯的力学性能。结合初步的第二相粒子动力学分析,提出振动对铸轧板坯中第二相粒子析出的影响机理为：振动对熔池区钢液的扰动作用使合金元素分布均匀,从而抑制其在钢液凝固阶段因局部富集而以大颗粒结晶相析出,并促进其在轧制阶段脱溶析出为小尺寸第二相粒子;合金元素分布于对基体有明显强化效果的小尺寸第二相粒子中,提高了合金元素的使用效率,极大地强化了铸轧板坯的综合力学性能。     

铸轧薄带的边部斜裂纹形成机理

 为了控制铸轧薄带产品质量,降低铸轧工艺本征裂纹导致的断带风险,针对铸轧薄带的边部斜裂纹展开研究,提出边部斜裂纹形成的直接原因为侧封与熔池间的换热使熔池边部的Kiss点高度局部提升。该处薄带进入铸轧塑性变形阶段的初始厚度局部增大,由此引发的斜向剪应力导致了边部斜裂纹的产生。建立了熔池的热-流耦合数值仿真模型,分析了Kiss点高度沿铸轧辊宽度方向上的分布规律,结果显示熔池边部的Kiss点高度高于熔池中心。建立了热-力耦合数值仿真模型,分析了变厚度薄带热轧时其塑性变形区内的应力分布状况,结果显示斜向剪应力集中分布于后滑区边部,其方向与后滑区金属的流动方向一致。仿真结果验证了所提出的边部斜裂纹形成机理的合理性。