低碳微合金钢铸坯角部横裂纹控制研究

连铸坯论文 裂纹形貌论文 裂纹微观组织论文 高温塑性论文
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连铸坯角部横裂纹是常见的铸坯表面缺陷,而高发生率的角部横裂纹已经成为影响低碳微合金钢连铸坯质量和连铸生产顺行的重要因素,本文以国内某钢厂2#板坯连铸机生产的低碳微合金钢为研究对象,进行了连铸坯角部横裂纹宏观及微观形貌表征研究;判定连铸坯角部裂纹发生温度区间研究:不同成分及冷却模式条件下试验钢种连铸坯高温热塑性能研究:试验钢种连铸坯温度场数值模拟计算及优化研究:以及基于角部横裂纹控制的二冷优化工业试验。首先运用Micro-CT对角部横裂纹三维形貌进行了三维,相对二维观察,三维观察更能真实反映裂纹在连铸坯内的具体情况,可观察到裂纹尖端形貌、裂纹沿晶界的扩展情况以及裂纹内部各部分间的关联性。对裂纹附近的成分及微观组织进行了分析,裂纹内部存在有氧化铁层、裂纹所在的晶界处生成了厚度超过50μm的先共析铁素体网膜、裂纹附近组织被细化以及未发生脱碳现象均表明试样钢种铸坯角部横裂纹均发生在二冷区。通过对角部横裂纹进行剖析,建立一种根据角部横裂纹附近金相组织来预测角部横裂纹发生温度范围的方法,主要研究微观组织包括裂纹与枝晶、裂纹附近的脱碳、裂纹附近组织的大小、裂纹附近组织的对称性等。高温热塑性研究结果表明调节碳含量、增加钛含量均可有效改善试验钢种的高温热塑性。钢中加钛的作用有两方面,一方面在高温区生成的铝钛氧化物可作为塑坑的核心,促进延性断裂的发生,另一方面铝钛氧化物、氮化钛的生成可减少氮化铝的生成。工业试验亦表明加钛能有效减少铸坯角部横裂纹的发生。快冷模式下钢种的脆性温度区间最宽,复合冷却模式次之,慢冷模式的最窄:慢冷模式有利于在高温区获得尺寸更为粗大的析出物,快冷模式有利于在低温区获得细晶组织:采用高温区弱冷+低温区强冷的复合冷却模式可同时获得较为粗大的析出物及细晶组织。单独存在于奥氏体晶界的铁素体对钢种的热塑性能影响显著,沿晶铁素体膜厚度值越大,表征钢种塑性的试样断面收缩率RA值越小,当铁素体膜厚度大于5μm时,铁素体膜厚度与RA值几乎呈线性负相关,反之,则几乎没影响。对试验钢种连铸二冷条件进行了数值模拟计算优化并进行了相关工业试验,针对某钢厂2#板坯直弧形连铸机,在保证不恶化铸坯内部质量的前提下,采用弱冷+强冷的复合二冷模式能有效减少铸坯角部横裂纹的发生:优化后的二冷模式取代了原二冷模式应用于实际生产。
致谢第4-5页
摘要第5-7页
Abstract第7-8页
1 引言第12-13页
2 文献综述第13-31页
    2.1 角部横裂纹特征第13页
    2.2 角部横裂纹的形成机理第13-14页
    2.3 影响角部横裂纹的因素第14-20页
        2.3.1 钢水成分对角部横裂纹的影响第15-17页
        2.3.2 连铸工艺参数对角部横裂纹的影响第17-20页
    2.4 国内外控制角部横裂纹方法第20-28页
        2.4.1 控制钢液成分第20页
        2.4.2 “整体弱冷”或“整体强冷”的二冷模式第20页
        2.4.3 通过细化连铸坯表面角部组织来消除角部横裂纹第20-25页
        2.4.4 调整二冷喷嘴分布结构第25-26页
        2.4.5 工艺设备控制第26-28页
    2.5 文献总结第28-29页
    2.6 选题背景及研究内容第29-31页
        2.6.1 选题背景及意义第29-30页
        2.6.2 研究内容及思路第30-31页
3 连铸坯角部横裂纹宏观及微观表征第31-52页
    3.1 连铸坯角部横裂纹表面及内部形貌第31-40页
        3.1.1 角部横裂纹表面宏观形貌第31-32页
        3.1.2 角部横裂纹二维形貌表征第32-34页
        3.1.3 角部横裂纹三维形貌表征第34-40页
    3.2 连铸坯角部横裂纹附近成分扫描电镜分析第40-43页
    3.3 根据金相组织判定连铸坯角部横裂纹发生温度区间第43-49页
        3.3.1 角部横裂纹发生温度高于铸坯表面脱碳温度第43-45页
        3.3.2 角部横裂纹发生温度低于脱碳温度但高于α铁素体生成温度第45-47页
        3.3.3 角部横裂纹发生温度低于α铁素体生成温度第47-48页
        3.3.4 判定连铸坯角部横裂纹发生温度区间总结第48-49页
    3.4 试验钢种连铸坯角部横裂纹低倍组织分析第49-51页
    3.5 本章小结第51-52页
4 连铸坯高温热塑性研究第52-93页
    4.1 成分对钢种高温热塑性的影响第53-77页
        4.1.1 试验钢种高温热塑性研究第57-65页
        4.1.2 不同碳、钛含量条件下微合金钢的热塑性研究第65-69页
        4.1.3 钛元素对钢种高温热塑性的影响研究第69-77页
    4.2 冷却条件对钢种高温塑性的影响第77-92页
        4.2.1 试验成分及方法第79-80页
        4.2.2 热塑性曲线结果第80-81页
        4.2.3 应力应变曲线第81-83页
        4.2.4 扫描电镜观察及金相分析第83-92页
    4.3 本章小结第92-93页
5 连铸坯温度场数值模拟及二冷优化第93-116页
    5.1 凝固传热数学模型的建立及求解第93-97页
        5.1.1 有限差分求解第94-96页
        5.1.2 稳定性条件判定第96-97页
    5.2 凝固传热边界条件第97-99页
        5.2.1 结晶器边界条件第97页
        5.2.2 二冷边界条件第97-99页
    5.3 连铸过程相关工艺参数第99-100页
    5.4 二冷条件解析第100-102页
    5.5 钢种物性参数的选择第102-103页
    5.6 计算模型的校验第103-104页
    5.7 典型钢种连铸坯温度场的计算结果及优化第104-115页
        5.7.1 试验钢种a连铸坯温度场计算结果及讨论第104-108页
        5.7.2 试验钢种b连铸坯温度场计算及优化讨论第108-115页
    5.8 本章小结第115-116页
6 基于连铸坯角部横裂纹控制的二冷水调节工业试验第116-123页
    6.1 试验钢种a工业试验第116-118页
    6.2 试验钢种b工业试验第118-122页
        6.2.1 试验方案第118页
        6.2.2 试验过程控制情况第118-120页
        6.2.3 试验结果及分析第120-122页
    6.3 本章小结第122-123页
7 结论及展望第123-126页
    7.1 结论第123-124页
    7.2 创新点第124页
    7.3 展望第124-126页
参考文献第126-143页
作者简历及在学研究成果第143-147页
学位论文数据集第147页
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