基于晶粒細(xì)化的微合金鋼連鑄坯角部橫裂紋控制技術(shù)研究.pdf

1、微合金鋼具有強(qiáng)度高、韌性好、耐腐蝕、焊接性能優(yōu)良等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于能源化工、交通運(yùn)輸、船舶海洋等領(lǐng)域，是國(guó)內(nèi)外各大鋼鐵企業(yè)的主力產(chǎn)品之一。然而，向鋼種加入微合金元素后，連鑄過(guò)程微合金鋼鑄坯表現(xiàn)出較高的裂紋敏感性，角部橫裂紋頻發(fā)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成企業(yè)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，現(xiàn)已成為制約微合金鋼高效、高質(zhì)化生產(chǎn)的共性技術(shù)難題。
　　本文從角部裂紋發(fā)生的內(nèi)在因素出發(fā)，采用金相檢測(cè)等方法，對(duì)微合金鋼連鑄坯角部組織微觀形貌進(jìn)行觀察，分析了微

2、合金鋼在澆鑄過(guò)程中鑄坯角部組織的生長(zhǎng)及演變行為，闡明了微合金鋼鑄坯角部裂紋產(chǎn)生機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，立足于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)，以國(guó)內(nèi)某廠直弧型板坯連鑄機(jī)為原型，建立了微合金鋼連鑄坯凝固傳熱模型，揭示了鑄流內(nèi)鑄坯凝固傳熱行為，考察了拉速、冷卻強(qiáng)度等工藝參數(shù)對(duì)鑄坯角部熱歷程的影響規(guī)律。最后，基于鋼高溫相變轉(zhuǎn)變機(jī)制，創(chuàng)新性提出了旨在實(shí)現(xiàn)鑄坯角部組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變與晶粒超細(xì)化控制的二冷噴淋結(jié)構(gòu)改造方案和新型控冷模式，對(duì)新型控冷模式下微合金鋼連鑄坯的凝固傳熱行為進(jìn)行

3、了模擬研究，提出了針對(duì)微合金鋼連鑄生產(chǎn)的鑄坯角部高溫區(qū)雙相變控冷工藝。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，新工藝可大幅細(xì)化鑄坯角部晶粒、實(shí)現(xiàn)組織轉(zhuǎn)變，有效控制微合金鋼連鑄坯角部裂紋產(chǎn)生。本文主要結(jié)論包括:
　　(1)傳統(tǒng)冷卻模式下微合金鋼連鑄坯表面冷卻強(qiáng)度極不均勻，鑄坯角部受二維冷卻作用降溫速度較快，當(dāng)鑄坯到達(dá)鑄機(jī)矯直段，角部溫度恰處于第三脆性溫度區(qū)間波谷附近，鑄坯角部塑性極差，強(qiáng)度隨之降低，當(dāng)矯直應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度極限時(shí)便會(huì)引發(fā)裂紋在微合金鋼鑄坯角部產(chǎn)

4、生;
　　(2)現(xiàn)行連鑄生產(chǎn)工藝條件下鑄坯角部由高溫逐漸被冷卻至常溫，在這個(gè)過(guò)程中角部長(zhǎng)時(shí)間處于Ac3溫度線(xiàn)以上，奧氏體晶粒在界面能作用下不斷長(zhǎng)大，形成粗大的奧氏體組織，削弱了晶粒間的協(xié)調(diào)能力，嚴(yán)重影響組織塑性。當(dāng)微合金鋼連鑄坯經(jīng)過(guò)矯直段時(shí)，內(nèi)弧角部承受巨大的拉應(yīng)力，此時(shí)，粗大的角部奧氏體組織無(wú)法及時(shí)在應(yīng)力的作用下發(fā)生一定程度的變形和滑移以適應(yīng)矯直力的作用，造成角部脆性斷裂，這是微合金鋼存在第三脆性區(qū)間的主要原因;
　　(3

5、)在顯微鏡下可以看出，裂紋多沿膜狀或網(wǎng)狀鐵素體組織延伸，這是因?yàn)榇执蟮膴W氏體組織更容易誘發(fā)膜狀鐵素體在奧氏體晶界上析出，新生成的鐵素體組織阻斷了奧氏體組織的連續(xù)性，降低了奧氏體晶粒間的結(jié)合力，使裂紋更容易沿奧氏體晶界形成;
　　(4)由微合金鋼連鑄坯二維凝固傳熱模型計(jì)算結(jié)果知，連鑄過(guò)程中微合金鋼連鑄坯表面溫度分布并不均勻，角部受二維傳熱，其溫度低于其他位置;拉速對(duì)鑄坯表面溫度影響較大，拉速每提高0.1m/min結(jié)晶器下口處鑄坯角部

6、溫度提高約25℃，矯直段入口處角部溫度提高約45℃。另一方面坯殼厚度和液相穴深度受拉速影響較大，拉速每增加0.1m/min，液相穴深度增加約3m，因此連鑄過(guò)程中應(yīng)注意拉速與冷卻強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)，防止出現(xiàn)漏鋼事故;
　　(5)通過(guò)對(duì)板坯連鑄機(jī)窄面足輥鍛進(jìn)行改造，可有效增加鑄機(jī)對(duì)微合金鋼板坯窄面冷卻的能力。在設(shè)備改造的基礎(chǔ)上，提高結(jié)晶器足輥鍛至彎曲段中部水量，同時(shí)適當(dāng)減小彎曲段下部水量可以使鑄坯在出結(jié)晶器后角部溫度快速下降至Ar3線(xiàn)以下，強(qiáng)