鋼的高溫力學(xué)性能在連鑄生產(chǎn)中的應用

連鑄過(guò)程是一個(gè)不均勻的冷卻過(guò)程,其不均勻體現在自結晶器至二次冷卻的全過(guò)程,具體表現在:

(1)在結晶器彎月面處冷卻形成的初始坯殼因凝固收縮而脫離結晶器壁,隨后鋼液的靜壓力又將之壓向結晶器,使兩者之間成為一個(gè)接觸—脫離—接觸的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。在坯殼表面形成的保護渣膜厚度也是不均勻的,導致結晶器內坯殼所受冷卻的不均勻和生長(cháng)的不均勻,是導致板坯表面裂紋和皮下裂紋產(chǎn)生的主要原因。在結晶器中所做的多方面努力如液面控制,改善保護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(wú)法根本消除。

(2)在二次冷卻區帶液芯的鑄坯接受?chē)婌F冷卻,導致冷卻和通過(guò)空氣進(jìn)行輻射傳熱,噴嘴的噴霧冷卻和導輥的冷卻均為不均勻冷卻,如果冷卻不均勻性嚴重,會(huì )導致已有表現細小裂紋的擴展,板坯鼓肚,并造成多種內裂紋。冷卻不適當還會(huì )導致液芯延長(cháng)、鑄坯表面溫度不適當,在板坯矯直時(shí)表面溫度處于高溫脆性區,容易產(chǎn)生表現橫裂紋,在初始凝固冷卻不均勻的振痕波谷位置尤為嚴重。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(wèn)題尤其要引起關(guān)注。

利用鋼的高溫特性,可以對連鑄過(guò)程中以下方面提供指導:

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

(2)在連鑄二次冷卻區,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(huì )產(chǎn)生一定的熱應力,同時(shí)鋼水靜壓力造成鑄坯鼓肚,導輥不對中造成鑄坯產(chǎn)生額外應力,通過(guò)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,在鑄機機械和冷卻制度的設計上應遵循的原則和應該采取的措施。

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

在X1,X2,X3三種鋼的生產(chǎn)過(guò)程中均采用了較強的冷卻制度,保證其矯直區鑄坯表面溫度在930℃以上,同時(shí)在結晶器操作中采用了適當的中碳鋼保護渣,并加強了結晶器液面的控制,獲得了良好的鑄坯質(zhì)量。