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含铌钢异型坯连铸二冷制度的研究

王志成  
【摘要】:H型钢是一种经济横截面型材,因与普通工字钢相比具有截面模数大、重量轻、节省金属等诸多优点,而广泛应用于机械制造、高层建筑、桥梁、海洋钻井平台、大型船舶等工程建设。在钢中加入适量的Nb能提高奥氏体再结晶温度,从而细化晶粒,大幅度提高钢的性能。但随着铌含量的增加,钢的高温塑性变差。且含铌钢异型坯因其横截面复杂,生产过程中比常规铸坯更容易产生裂纹缺陷。然而可以通过优化铸坯的冷却条件来调整铸坯的冷却速度和改善横断面的冷却均匀性,从而改善铸坯冷却状态,减少铸坯质量缺陷。因此,本文以国内某钢厂尺寸为450mm×350mm×90mm的连铸异型坯为研究对象,研究异型坯连铸的二冷制度对铸坯质量的影响规律。主要的研究内容和结果如下:(1)建立了二维异型坯连铸凝固传热数学模型和二冷水迭代计算模型。根据钢种的高温力学性能、冶金准则的要求,确定连铸二次冷却的目标温度曲线,以目标温度曲线为连铸凝固传热模型的二次冷却区的边界条件:利用二冷水迭代计算模型,计算出二冷各区换热系数经验公式h=1.57W0.55(1-0.0075Tw)/α中各区的α值,得到模型中内外弧二冷1至5区α值分别为:3.2912、2.8656、1.8139、2.8373和3.9475,窄面二冷1至5区α值分别为:3.1127、2.5004、2.0954、1.1421和1.5462。根据换热系数与水流密度的经验关系式,模拟计算了三个典型含铌钢种连铸二冷配水的水表。(2)建立了二维异型坯连铸坯壳的热/力耦合模型,并结合Q345B异型坯连铸的二冷配水,在拉速为1.0m·min-1,过热度为40℃条件下,研究了连铸异型坯的温度场、坯壳厚度分布、热应变分布规律。利用二次冷却冶金准则评判异形坯温度分布状况,得到二冷1至5区腹板表面中心点温度回升速率为99.3℃/m、18.4℃/m、17.1℃/m、11.5℃/m和4.0℃/m,均小于100℃/m,符合二次冷却准则。采用异型坯表面温度标准差,考查了连铸异型坯表面横向温度分布的均匀性。得到结晶器出口处、二冷1至5区出口处和空冷区出口处温度标准差分别为:105.81℃、81.12℃、104.07℃、142.11℃、141.22℃、136.38℃和79.97℃。结晶器出口处腹板中心线上坯壳厚度为15mm。当异型坯界面移至距弯月面3.88m时,腹板中心完全凝固。在整个拉坯过程中,翼缘角部的热应变最大。(3)采用单一变量法研究分析了拉速、过热度等工艺参数对异型坯温度场、坯壳厚度分布及热应变分布的影响规律。结果表明:拉速从08m·min-1增加到1.2m·min-1,每升高0.2m.min-1,矫直前腹板中心温度升高25℃左右,腹板中心完全凝固位置后移0.80m左右。腹板表面中心热应变随着拉速的增大而减小,拉速为0.8m·min-1、1.0m·m in-1和1.2m·m in-1时矫直前腹板表面中心的热应变分别为-0.0122、-0.0110和-0.0101。(4)距弯月面相同位置处,过热度越高,腹板表面中心温度升高、坯壳厚度减小、腹板表面中心热应变减小。矫直前,过热度从20℃增加到40℃,过热度每升高10-C,腹板表面中心温度升高约5℃,腹板中心完全凝固位置后移约0.09m。与拉速对异型坯热力学行为的影响相比,过热度的影响不显著。


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