鋼的高溫力學性能在連鑄生產中的應用

連鑄過程是一個不均勻的冷卻過程,其不均勻體現在自結晶器至二次冷卻的全過程,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接觸—脫離—接觸的動態(tài)變化過程。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的不均勻,是導致板坯表面裂紋和皮下裂紋產生的主要原因。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,導致冷卻和通過空氣進行輻射傳熱,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。冷卻不適當還會導致液芯延長、鑄坯表面溫度不適當,在板坯矯直時表面溫度處于高溫脆性區(qū),容易產生表現橫裂紋,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,這一問題尤其要引起關注。

利用鋼的高溫特性,可以對連鑄過程中以下方面提供指導:

(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(qū),利用數值計算,可以得出結晶器中鋼液及坯殼中的溫度場,速度場及應力場,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行調整、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,會產生一定的熱應力,同時鋼水靜壓力造成鑄坯鼓肚,導輥不對中造成鑄坯產生額外應力,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,據此提出為避免產生裂紋,保持鑄坯表面溫度高于脆性溫度區(qū),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)根據鋼的高溫力學特性測試結果,鑄坯矯直溫度應避開低溫脆性區(qū),該溫度范圍與鋼的化學成分密切相關。通過鋼的高溫力學性能的測試,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,X3三種鋼的生產過程中均采用了較強的冷卻制度,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量。