-宽厚板坯连铸结晶器内凝固坯壳裂纹敏感性研究

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1、003-宽厚板坯连铸结晶器内凝固坯壳裂纹敏感性研究宽厚板坯连铸结晶器内凝固坯壳裂纹敏感性研究*蔡兆镇,祭程,王卫领,朱苗勇(东北大学材料与冶金学院，沈阳110004)摘要基于坯壳凝固两相区溶质微观偏析模型和结晶器内坯壳凝固生长二维瞬态热/力耦合有限元模型，研究分析了宽厚板坯结晶器内坯壳凝固生长过程中渣道内气隙与保护渣的动态分布以及坯壳温度场、应力场变化规律。提出了描述坯壳凝固生长过程裂纹敏感性衡量指数—裂纹敏感指数(CSI)分析模型，探究了宽厚板坯连铸结晶器内坯壳生长过程裂纹敏感性变化规律。关键词宽厚板

2、坯，结晶器，裂纹敏感性，气隙InvestigationofSolidifiedShellCrackingSusceptibilityinWideandThickSlabContinuousCastingMoldCAIZhao-zhen,JICheng,WANGWei-ling,ZHUMiao-yongSchoolofMaterialsandMetallurgy,NortheasternUniversity,Shenyang110004ABSTRACT:Basedonthemicrosegregation

3、modelofsoluteelementsinmushyzoneandthetwodimensionalfiniteelementthermal-mechanicalcouplingmodelofshellinmoldduringitssolidification,thethermalandmechanicalbehaviors,whichincludingthedynamicaldistributionlawsofairgapandmoldfluxinmoldfluxchannel,shelltemp

4、eratureprofile,andstressdistributionofshellduringcontinuouscastinginwideandthickslabmoldwasanalyzed.ACSI(CrackingSusceptibilityIndex)analyticalmodel,whichmayrepresentthepossibilityofsolidificationcrackingoftheshellinmold,wasproposed.Andthen,thechangelaws

5、ofshellCSIinthewideandthickslabmoldduringitssolidificationundertheconditionsofatypicalcontinuouscastingprocessofasteelplantwasinvestigated.KEYWORDSWideandthickslab,Mold,Cracksusceptibility,Airgap频发的连铸坯裂纹缺陷已成为限制高品质连铸坯生产的关键环节。长期以来，为了揭示连铸坯裂纹生成规律，国内外冶金工作者分别从

6、裂纹产生的内因和外因角度对其进行了深入分析。大量研究已证实，钢中溶质元素在结晶器内初生坯壳晶界处发生偏析，使得坯壳凝固前沿晶界形成低熔点液相薄膜，从而大大减弱初生坯壳抵抗变形的能力，成为连铸坯产生裂纹的内在因素[1,2]。针对坯壳两相区内的力学行为已进行了大量研究工作[3-6]，通过优化钢成分设计，有效地抑制了连铸坯裂纹的产生。与此同时，为了优化连铸工艺，最大程度降低连铸坯裂纹发生率，基于数值模拟方法的连铸坯宏观传热与力学计算研究工作也广泛开展[7-10]，通过考察连铸坯凝固均匀性和力学状态实现对连铸工

7、艺调整，降低连铸坯裂纹发生率。然而，在实际连铸过程中，钢在结晶器内的凝固是一个伴随溶质再分配、钢液多相流动、坯壳宏观传热以及力学综合作用的复杂过程。目前在已开展的研究工作中，较少将坯壳微观凝固行为与其宏观热/力学行为综合进行研究，因而无法定量化描述连铸坯凝固过程的裂纹敏感性的变化规律。鉴于此，本文基于坯壳凝固前沿溶质微观偏析模型和结晶器内坯壳凝固生长的二维热/力耦合有限元模型，研究分析宽厚板坯结晶器内坯壳凝固过程宏观热/力学行为规律，并在此基础上结合坯壳两相区溶质微观偏析模型提出描述坯壳凝固生长过程裂纹

8、敏感性的衡量指数—CSI(CrackSusceptibilityIndex)，实现对宽厚板坯连铸结晶器内坯壳凝固过程裂纹敏感性变化规律进行定量化描述。1数学模型*国家杰出青年科学基金项目50925415和教育部基本科研业务费项目N100102001资助作者简介：蔡兆镇，男，1982年生，博士后1.1溶质微观偏析模型溶质元素晶界微观偏析与组织相变行为对连铸坯凝固特性及坯壳两相区内力学行为影响十分显著。为了准确描述与成分相关，且较真实反映结晶器