鋼的高溫力學(xué)性能在連鑄生產(chǎn)中的應(yīng)用

連鑄過程是一個不均勻的冷卻過程,其不均勻體現(xiàn)在自結(jié)晶器至二次冷卻的全過程,具體表現(xiàn)在:

(1)在結(jié)晶器彎月面處冷卻形成的初始坯殼因凝固收縮而脫離結(jié)晶器壁,隨后鋼液的靜壓力又將之壓向結(jié)晶器,使兩者之間成為一個接觸—脫離—接觸的動態(tài)變化過程。在坯殼表面形成的保護(hù)渣膜厚度也是不均勻的,導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)坯殼所受冷卻的不均勻和生長的不均勻,是導(dǎo)致板坯表面裂紋和皮下裂紋產(chǎn)生的主要原因。在結(jié)晶器中所做的多方面努力如液面控制,改善保護(hù)渣特性等措施只能在一定程度上減輕這種冷卻的不均勻性,無法根本消除。

(2)在二次冷卻區(qū)帶液芯的鑄坯接受噴霧冷卻,導(dǎo)致冷卻和通過空氣進(jìn)行輻射傳熱,噴嘴的噴霧冷卻和導(dǎo)輥的冷卻均為不均勻冷卻,如果冷卻不均勻性嚴(yán)重,會導(dǎo)致已有表現(xiàn)細(xì)小裂紋的擴(kuò)展,板坯鼓肚,并造成多種內(nèi)裂紋。冷卻不適當(dāng)還會導(dǎo)致液芯延長、鑄坯表面溫度不適當(dāng),在板坯矯直時表面溫度處于高溫脆性區(qū),容易產(chǎn)生表現(xiàn)橫裂紋,在初始凝固冷卻不均勻的振痕波谷位置尤為嚴(yán)重。對于一些含有碳氮化物形成元素Al、Nb、V、Ti、Cr、Mo的微合金鋼,這一問題尤其要引起關(guān)注。

利用鋼的高溫特性,可以對連鑄過程中以下方面提供指導(dǎo):

(1)結(jié)晶器中初生坯殼的凝固冷卻和應(yīng)力應(yīng)變位于高溫脆性區(qū),利用數(shù)值計算,可以得出結(jié)晶器中鋼液及坯殼中的溫度場,速度場及應(yīng)力場,從而分析得出影響鑄坯應(yīng)力的主要因素,應(yīng)用鋼的高溫特性試驗,可以測量得出高溫下產(chǎn)生裂紋的臨界應(yīng)變及應(yīng)力,由此對鑄坯應(yīng)力的主要影響因素進(jìn)行調(diào)整、控制。

(2)在連鑄二次冷卻區(qū),由于間斷的噴霧冷卻作用,使鑄坯表面溫度呈周期性變化,會產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力,同時鋼水靜壓力造成鑄坯鼓肚,導(dǎo)輥不對中造成鑄坯產(chǎn)生額外應(yīng)力,通過高溫特性測試,可以研究循環(huán)加熱與冷卻對鋼的高溫特性的影響,據(jù)此提出為避免產(chǎn)生裂紋,保持鑄坯表面溫度高于脆性溫度區(qū),在鑄機(jī)機(jī)械和冷卻制度的設(shè)計上應(yīng)遵循的原則和應(yīng)該采取的措施。

(3)根據(jù)鋼的高溫力學(xué)特性測試結(jié)果,鑄坯矯直溫度應(yīng)避開低溫脆性區(qū),該溫度范圍與鋼的化學(xué)成分密切相關(guān)。通過鋼的高溫力學(xué)性能的測試,可以準(zhǔn)確地確定該溫度范圍,為制定二次冷卻制度提供依據(jù)。

在X1,X2,X3三種鋼的生產(chǎn)過程中均采用了較強(qiáng)的冷卻制度,保證其矯直區(qū)鑄坯表面溫度在930℃以上,同時在結(jié)晶器操作中采用了適當(dāng)?shù)闹刑间摫Ｗo(hù)渣,并加強(qiáng)了結(jié)晶器液面的控制,獲得了良好的鑄坯質(zhì)量。