特殊钢大方坯连铸轻压下工艺模型研究与应用.docx

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1、特殊钢大方坯连铸轻压下工艺模型研究与应用中心偏析、疏松和缩孔是连铸坯特别是高碳特殊钢连铸坯常见的内部质量缺陷。这类缺陷对铸坯热加工性能和后续轧材服役性能均具有不良的影响。控制这类缺陷的常用技术通常有低过热度浇注、末端强冷、电磁搅拌和轻压下等。其中,凝固末端轻压下适应性强、是综合控制铸坯内部质量的重要手段。其通过补偿凝固末端液芯的体积收缩,抑制枝晶间浓化钢水流动,从而有可能很好地同时控制铸坯的缩孔、疏松和偏析。本文对特殊钢大方坯连铸轻压下工艺模型开展了深入的研究,并考虑了压下辊辊形的影响,以期更好地改善轻压下技术的应用效果

2、、提升特殊钢铸坯的产品质量。掌握大方坯凝固过程液芯形貌和固相率分布是合理确定轻压下工艺、提高其冶金效果的重要依据。基于大方坯凝固过程的传热和凝固模型,对大方坯凝固过程中心固相率和液芯形貌进行了定量计算。分析了拉速、钢种、过热度、比水量和铸坯断面尺寸对液芯形貌和中心固相率分布变化的影响。研究结果表明,随着拉速、钢种的碳和合金含量、过热度和断面尺寸的增加,以及二冷比水量的减小,铸坯液芯长度均会不同程度地增加,中心固相率的变化也相应减缓。对于同一钢种和给定断面,拉速对液芯和中心固相率的影响最大,而过热度的影响最小。基于铸坯凝固

3、过程拉坯方向上的质量守恒,提出了大方坯轻压下工艺下的液芯压下量计算模型。该模型既可以计算出合理的液芯压下总量,也可以计算出每个辊的液芯压下量,并揭示了各个压下辊的液芯压下量沿拉坯方向应该先小后大。分析了钢种、拉速、过热度、比水量和铸坯断面尺寸对所需液芯压下总量的影响。其中,铸坯厚度的影响程度最大,过热度影响最小。一定压下区间内,凡是增加铸坯液芯厚度的因素均会增大所需的液芯压下量。利用平辊压下效率模型,分析了钢种、拉速、过热度、比水量和断面尺寸等工艺参数的影响。基于热-力耦合模型,提出了适用于平辊和凸辊轻压下的压下效率统一

4、模型。分析了凸辊凸台形状、坯辊接触比以及其他工艺参数对凸辊压下效率的影响。结果表明,钢种的碳和合金含量越高,拉速、过热度和断面尺寸越大,比水量越小,则压下效率越大;铸坯当地液芯厚度越大、压下效率也越大。在相同条件下,凸辊的压下效率大于平辊,且接触比越大,压下效率越大。但当接触比大于等于7时,压下效率不再有明显变化。对平辊和凸辊压下过程圧下力和铸坯中的应力应变进行了分析。结果表明,在相同条件下,凸辊圧下力小于平辊,对应铸坯中产生的拉应力和拉应变范围则大于平辊;且接触比越大,圧下力越小、拉应力和拉应变范围越大。在相同条件下,

5、铸坯中心固相率越大,平辊和凸辊所需的圧下力均越大。基于液芯压下量模型和压下效率模型提出了大方坯轻压下工艺的压下量模型。该模型既适用于平辊也适用于凸辊。分析了连铸工艺参数对铸坯所需压下量的影响。结果表明,钢种的碳和合金含量越高,过热度越高,拉速和断面尺寸越大,比水量越小,则压下量越大。在相同条件下,凸辊压下量小于平辊,且接触比越大,压下量越小。但当接触比大于等于7时,接触比对压下量的影响很小。将所提出的压下量模型应用于大方坯连铸轻压下实践,取得了良好的冶金效果。铸坯的中心偏析、疏松、缩孔和V型偏析等低倍和轧材质量均有显著的

6、改善。其中,碳偏析指数波动降低,轴承钢大棒轧材探伤合格率由85.4%提高到98.8%,帘线钢盘条组织匀细、稳定性好且索氏体、珠光体和铁素体组织的组成符合钢帘线的生产要求,没有出现因中心偏析而转变的马氏体、贝氏体等脆性组织。