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宽厚板坯表面微裂纹成因及控制研究

宽厚板坯表面微裂纹成因及控制研究

作者：冯红伟东北大学

学位级别：硕士

宽厚板广泛应用于重型机械、大口径输送管线、大型造船业、桥梁、压力容器、海洋工程、建筑、模具等领域,要求其具有良好的表面质量。由于实际宽厚板生产过程中多添加微合金元素,宽厚板坯极易产生表面裂纹等质量缺陷,已成为高品质宽厚... 详细信息

宽厚板广泛应用于重型机械、大口径输送管线、大型造船业、桥梁、压力容器、海洋工程、建筑、模具等领域,要求其具有良好的表面质量。由于实际宽厚板生产过程中多添加微合金元素,宽厚板坯极易产生表面裂纹等质量缺陷,已成为高品质宽厚板生产的共性技术难题。宽厚板坯表面由氧化铁皮或保护渣覆盖,表面横裂、角裂、星裂、网状裂纹、边部微纵裂等缺陷在板坯检查时较难发现,但对轧后质量影响较大。本文结合某钢厂宽厚板坯表面质量攻关过程,以减少宽厚板坯表面微裂纹为目的,针对生产中出现的宽厚板坯表面微裂纹进行研究,运用晶界腐蚀、扫描电镜、能谱分析、红外线测温、生产过程数据对比等手段对微裂纹的形成机理进行了分析,并对结晶器振动、连铸过程中的应力分析、保护渣性能、开浇第一炉增氮控制等进行研究。结合现场的生产对比数据,通过一系列措施,铸坯表面微裂纹得到了有效控制,宽厚板轧后表面质量一次次品率控制在0.25%以下。主要研究内容和结果如下:（1）采用Gleeble-3800热/力模拟试验机模拟连铸过程,以断面收缩率为主要指标,结合断口 SEM形貌确定内部钢种K50DNNH2第Ⅲ脆性温度区在750～875℃,对确定铸坯质量的改善方向有重要指导意义。（2）根据实际情况对连铸过程中铸坯表面的受力状况进行研究,对结晶器内最大拉应力,弯曲、矫直过程以及扇形段对弧不良时铸坯表面受到的表面变形率等进行了计算分析,并回归出铸坯表面最大变形率与对弧偏差的关系。（3）对宽厚板坯各种表面微裂纹形成机理进行研究,表面微裂纹与冷却、铸机设备状况、成品氮含量、低熔点元素渗透、摩擦力等有关。（4）对宽厚板坯表面微裂纹的控制措施进行研究,根据对钢中加Ti、提高保护渣膜热阻、减小振痕深度、开浇第一炉连铸增氮控制、机构氩封流量控制等方面的研究及实践情况,提出相应的控制措施。（5）通过在线设备精度管理、过程操作及参数优化、钢水成分设计优化、保护渣理化性能优化、成品氮含量控制等措施,宽厚板坯表面微裂纹得到有效控制。

关键词：宽厚板坯连铸表面微裂纹工艺优化氮含量

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宽厚板坯连铸结晶器锥度研究

宽厚板坯连铸结晶器锥度研究

作者：申文军内蒙古科技大学

学位级别：硕士

随着连铸技术的不断进步，当今对宽厚板连铸坯的质量要求也越来越高，而在提高铸坯质量的各种努力中，作为铸坯初生坯壳产生地方的结晶器，自然受到了人们越来越多的关注，而结晶器的锥度又在其中扮演了一个非常关键的角色。本文结合国... 详细信息

随着连铸技术的不断进步，当今对宽厚板连铸坯的质量要求也越来越高，而在提高铸坯质量的各种努力中，作为铸坯初生坯壳产生地方的结晶器，自然受到了人们越来越多的关注，而结晶器的锥度又在其中扮演了一个非常关键的角色。本文结合国内某钢厂宽厚板坯连铸机的设备及工艺参数，建立了宽厚板坯连铸过程的二维非稳态传热及铸坯收缩的数学模型。利用大型有限元商业软件ANSYS，对铸坯在结晶器内的凝固过程进行数值模拟计算。计算了不同拉速、过热度和铸坯厚度下，铸坯在结晶器内凝固过程中的温度分布、坯壳生长、应力、应变及收缩的情况，在此基础上设计了不同工艺参数下的结晶器最佳锥度。通过与现场数据的对比，计算结果比较准确，表明本文建立的计算模型具备一定的实用价值。计算结果表明：拉速对铸坯在结晶器内的温度变化影响较大。拉速提高，铸坯在出结晶器时温度升高，坯壳减薄，收缩减小。并且拉速对铸坯应力、应变影响也较大。过热度及板坯厚度变化对铸坯在结晶器内的温度变化影响不大，过热度从20℃升高到30℃时，铸坯出结晶器时的温度会有一定程度的升高，坯壳减薄，对铸坯应力、应变及收缩影响也较小，且对应力的影响大于应变。板坯厚度从200mm增到300mm时，铸坯出结晶器时的温度变化不大，对铸坯应力、应变及收缩影响也较小。在铸坯凝固收缩的基础上，设计了合理的结晶器锥度。研究表明：总体来说，拉速对结晶器锥度的影响较大，较大的拉速，需要较小的锥度，较小的拉速，需要较大的锥度。结晶器上部需要较大的锥度，下部需要较小的锥度，且不同拉速下，结晶器上部弯月面附近锥度的变化幅度要大于结晶器下部锥度的变化幅度。过热度及板坯厚度变化对结晶器锥度影响较小。

关键词：宽厚板坯连铸结晶器锥度

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宽厚板坯连铸结晶器漏钢预报模型研究

宽厚板坯连铸结晶器漏钢预报模型研究

作者：陶乃标东北大学

学位级别：硕士

本文结合某钢厂4#宽厚板坯连铸机生产实践,以降低漏钢误报率为目的,对结晶器黏结漏钢形成的机理、漏钢过程铜板温度与结晶器摩擦力变化模式进行了深入研究。通过优化单偶时序—组偶空间网络模型、引入有机结合模糊聚类方法与自适应遗传... 详细信息

本文结合某钢厂4#宽厚板坯连铸机生产实践,以降低漏钢误报率为目的,对结晶器黏结漏钢形成的机理、漏钢过程铜板温度与结晶器摩擦力变化模式进行了深入研究。通过优化单偶时序—组偶空间网络模型、引入有机结合模糊聚类方法与自适应遗传算法的模糊聚类自适应遗传算法(FCM-AGA)以及建立摩擦力监控与漏钢概率调节网络等方法,建立了多耦合漏钢预报模型,有效降低了漏钢误报率。获得了如下结论：(1)建立了新的坯壳黏结热点传播模型,确定了某钢厂典型工艺条件下黏结热点纵向传播速度与拉速比β为0.7,上排与下排热电偶的单偶输出延时等待序列长度的取值区间分别为[7,9]、[6,8],实现了单偶时序—组偶空间网络模型的优化。(2)基于理论分析与现场观测摩擦力数据,得出黏结条件下结晶器摩擦力无固定的模式,呈无规则的变化。(3)有机结合模糊聚类方法与自适应遗传算法提出了FCM-AGA算法,可有效降低RBF神经元网络的均方误差,误差值达到8.5x10-5。(4)将摩擦力监控网络引入至单偶时序—组偶空间网络建立了模型Ⅱ,可一定程度上降低模型漏钢误报率。相比单纯单偶时序—组偶空间网络(模型Ⅰ),误报率下降3.21%。(5)将漏钢概率调节网络引入至模型Ⅱ建立多耦合漏钢预报模型(模型Ⅲ),结果显示,相比于模型Ⅰ、模型Ⅱ与4#机原有系统模型,误报率分别下降了15.87%、12.38%与15.59%。

关键词：连铸宽厚板坯黏结漏钢漏钢预报 FCM-AGA 摩擦力监控漏钢概率调节

碳含量及连铸工艺参数对宽厚板坯结晶器热流的影响

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特殊钢 2014年第4期35卷 37-40页

作者：王旭东尹少华孔令伟姚曼张晓兵陆洪周王雄倪涛大连理工大学材料科学与工程学院大连116024 江苏沙钢集团张家港215625

对钢厂0．07％～0．18％C钢220～320mm×1800～2700mm宽厚板的连铸过程进行了一年的在线检测与统计，研究了不同碳含量的钢种的拉速（0．65～1．2m／min），钢水过热度（13～35℃），结晶器进水温度（27～35℃）和结晶器液位（775—810m... 详细信息

对钢厂0．07％～0．18％C钢220～320mm×1800～2700mm宽厚板的连铸过程进行了一年的在线检测与统计，研究了不同碳含量的钢种的拉速（0．65～1．2m／min），钢水过热度（13～35℃），结晶器进水温度（27～35℃）和结晶器液位（775—810mm）等工艺参数对结晶器铜板热流的影响。结果表明，浇铸220mm板坯的结晶器热流随拉速增加而上升，但拉速〉1．05m／min时热流不再增大；对具有包晶反应的钢种，宽面与窄面热流随钢液过热度的增加而增大，但进水温度升高，热流降低；受包晶相变收缩的影响，浇铸0．13％C钢时结晶器热流最低。

关键词： 0 07%~0 18%C钢宽厚板坯碳含量连铸工艺结晶器热流在线检测

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微合金钢宽厚板坯角部横裂纹及控制

微合金钢宽厚板坯角部横裂纹及控制

作者：付振坡西安建筑科技大学

学位级别：硕士

微合金钢是广泛用于各个工业部门的高性能钢材产品之一,是现代钢铁工业中的主力产品。但是在微合金钢连铸坯生产过程中角部横裂纹一直是各大钢厂普遍存在的问题。分析研究角部横裂纹形成机理,并提出消除角部横裂纹的措施,对提高产品质量... 详细信息

微合金钢是广泛用于各个工业部门的高性能钢材产品之一,是现代钢铁工业中的主力产品。但是在微合金钢连铸坯生产过程中角部横裂纹一直是各大钢厂普遍存在的问题。分析研究角部横裂纹形成机理,并提出消除角部横裂纹的措施,对提高产品质量,提升企业效益有重大意义。本文以国内某钢铁企业生产的微合金钢宽厚板连铸坯为研究对象,对有角部横裂纹的连铸坯进行现场取样,研究角部横裂纹形成机理并针对形成机理,提出消除连铸坯角部横的措施。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、以及能谱仪(EDS)等对角部横裂纹的形貌特征、微观组织及析出物的分布进行分析和研究。得出微合金钢宽厚板连铸坯角部横裂纹产生的原因为:连铸坯在二冷区缓慢的冷却速率,使连铸坯在奥氏体向铁素体转化过程中产生枝晶状铁素体和膜状先共析铁素体,以及在奥氏体晶界上产生大量链状析出物。铁素体相相对较软且膜状先共析铁素体的强度只有奥氏体强度的四分之一,而在弯曲矫直时连铸坯角部温度不可避免的落在奥氏体铁素体两相共存温度区;因此在受到弯曲矫直应力时应力主要集中在强度较小的枝晶状铁素体和膜状先共析铁素体上,当应力大于铁素体所能承受的极限应力时就会产生微孔;同时在应力作用下奥氏体晶界上的析出物会与晶界脱离形成微孔,这些微孔不断聚合最终形成裂纹并不断延伸。针对微合金钢宽厚板连铸坯角部横裂纹的形成原因,提出通过控制连铸坯表面微观组织来预防角部横裂纹的产生,并根据连铸坯表面微观组织控制(SSC)的工艺路线为指导思想,对SSC工艺进行研究并结合国内某钢厂实际生产的微合金钢成分,得出最佳的工艺参数。通过Gleeble-3800热模拟机模拟连铸坯二冷过程,基于SSC冷却工艺思想使试样分别在不同的冷却速率、冷却温度、回温速率、回温温度条件下进行热拉伸实验,当回温温度到达指定温度后,以0.4℃/s的冷却速率冷却至连铸坯热延展性最低温度点,随后以ε′=1×10-4s-1的应变速率进行拉伸,拉断后使试样以0.4℃/s的冷却速率冷却至室温测量断口尺寸计算断面收缩率,对试样的断口进行宏观和微观分析,借助金相显微镜(OM)观察微观组织,进行微观分析。最终得出连铸坯最佳二冷工艺参数:冷却速率为10℃/s;冷却温度为650℃;回温速率为3℃/s;回温温度为930℃。在最佳二冷工艺参数下试样断面收缩率在70000℃之间整体大于60%,并且微观组织细小均匀,没有枝晶状铁素体、膜状先共析铁素体以及奥氏体晶界上的第二相粒子析出物的存在。说明连铸坯在最佳冷却工艺参数下弯曲矫直时不会产生角部横裂纹。

关键词：微合金钢宽厚板坯角部横裂纹表面微观组织控制

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宽厚板坯连铸生产工艺调研

重钢技术 2005年第4期48卷 11-16页

作者：朱志红重钢股份公司钢研所

介绍了宽厚板坯连铸生产应具有的新技术和宽厚板坯连铸生产时易产生的质量缺陷及预防措施。

关键词：宽厚板坯连铸工艺

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宽厚板坯外弧角横裂控制实践

连铸 2013年第2期38卷 23-28,41页

作者：赵迪王新乔华伟张兵张少辉南阳汉冶特钢有限公司技术中心钢研所河南南阳474500

为了实现大单重钢板采取连铸坯生产,南阳汉冶特钢有限公司2011年5月份投建了国内最大断面的宽厚板坯连铸机(厚420mm×宽2700mm),由于投产后以稳产为主,未及时进行相关工艺参数调试,导致起初在生产300、350mm厚度的普碳系列钢、低合金(... 详细信息

为了实现大单重钢板采取连铸坯生产,南阳汉冶特钢有限公司2011年5月份投建了国内最大断面的宽厚板坯连铸机(厚420mm×宽2700mm),由于投产后以稳产为主,未及时进行相关工艺参数调试,导致起初在生产300、350mm厚度的普碳系列钢、低合金(包括含微合金化元素的低合金)系列钢连铸坯时外弧角横裂纹严重。后通过一系列措施调整后,有效解决了特厚板坯外弧角横裂纹,满足了大生产需要。

关键词：宽厚板坯外弧角横裂纹措施有效解决

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凝固末端重压下对宽厚板坯铸态组织的影响规律研究

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凝固末端重压下对宽厚板坯铸态组织的影响规律研究

作者：姚军路东北大学

学位级别：硕士

凝固末端重压下技术在宽厚板连铸坯的应用,不但可以消除铸坯中心偏析,还可以有效的改善中心疏松等问题。另外,由于重压下的大压下量为连铸坯提供了较大的形变量,使其表面及中心发生了不同程度的动态再结晶行为,其中表面铁素体粒晶明显细... 详细信息

凝固末端重压下技术在宽厚板连铸坯的应用,不但可以消除铸坯中心偏析,还可以有效的改善中心疏松等问题。另外,由于重压下的大压下量为连铸坯提供了较大的形变量,使其表面及中心发生了不同程度的动态再结晶行为,其中表面铁素体粒晶明显细化,中心铁素体晶粒发生了从多边形向板条状,最终向针状发展。铸坯表面晶粒度的细化,使晶界面积变大,为裂纹扩展提供较大阻力,从而大幅提升铸坯表面热塑性;铸坯中心针状铁素体显著提升了心部的强韧性,阻碍了中心裂纹的扩展,并对奥氏体晶界进行钉扎,阻碍了奥氏体晶粒在后继加热过程中的长大。这些组织的变化均为有益演变,研究凝固末端重压下对宽厚板坯铸态组织的演变规律有重要的意义,这是保障对后继加热、轧制过程的晶粒细化作用规律研究的关键所在。本文以国内某钢厂Q345C钢宽厚板坯为研究对象,实验分析了不同压下模式的宏观组织,不同压下量连铸坯不同位置微观组织,并统计奥氏体晶粒尺寸。针对重压下过程建立了三维热力耦合有限元模型,研究压下过程中铸坯不同位置的应变速率规律。在此基础上进行Gleeble热模拟重压下实验,研究压下条件对铸态组织的动态再结晶影响规律。得出的结论如下:(1)重压下改变了铸坯凝固过程中枝晶的正常生长。随压下量的增大,铸坯横断面不同位置的奥氏体晶粒尺寸均呈现出递减的趋势。无论何种压下模式,奥氏体晶粒尺寸从铸坯表面沿厚度方向到中心逐渐增大。(2)针对重压下过程建立了三维热力耦合有限元模型,研究重压下过程中连铸坯横断面不同位置的应变速率规律。从连铸坯的角部到中心,应变速率呈递增趋势,应变速率区间在10-3～10-1 s-1。(3)基于Gleeble热模拟重压下实验,结合工业生产条件,发现除铸坯角部内弧侧和外弧侧以外,其余位置均发生了不同程度的动态再结晶。(4)基于Gleeble热模拟重压下实验及试样组织分析,建立了动态再结晶临界应变模型,晶粒尺寸模型。

关键词：重压下宽厚板坯铸态组织动态再结晶

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宽厚板坯双炉加热生产工艺的优化

工业炉 2004年第6期26卷 26-28页

作者：高建舟单晓安阳钢铁股份有限公司安阳钢铁股份有限公司河南安阳455004

对宽厚板坯加热过程中,坯料出炉温度波动较大的现象,进行了较详细的分析,找到了解决这一问题的有效途径。通过优化加热炉生产工艺,提高了板坯加热质量,效果显著。

关键词：宽厚板坯加热生产方式优化