攀钢板坯角部横裂纹控制的研究

摘要

本文首先对攀钢热轧板表面缺陷及铸坯角部横裂纹在轧制过程中的演变行为进行分析和研究，结果表明铸坯上的角裂纹缺陷经轧制后与热轧板卷上的线纹具有较好的对应关系。针对微合金钢连铸生产过程中常出现的角部横裂纹问题，利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对铸坯角部横裂纹形貌特征、铸坯微观组织、第二相粒子析出行为进行分析和研究，认为产生角部横裂纹的原因为：连铸过程中MnS在较高的温度下沿奥氏体晶界析出，并在缓慢的冷却过程中粗化，促进V(C、N)析出物在低温下析出。(MnS+V(C、N))的复合析出物作为铁素体的有效形核质点，促进了沿奥氏体晶界膜状先共析铁素体的形成。受到矫直应力作用时，由于铁素体和奥氏体两相强度不同，两相受力不均匀，应力主要集中在较软的膜状铁素体相上，并在析出物周围形成微孔，微孔聚合，最终形成裂纹。
　　针对攀钢角部横裂纹问题，提出采用改变铸坯表层微观组织的方法来控制铸坯角部横裂纹的产生。首先利用重熔实验设备模拟现场冷却条件，实现了现场铸坯组织的再现，同时利用埋于铸坯角部和宽面皮下5mm内的热电偶精确采集了现场冷却条件下的铸坯冷却曲线，修正了二冷计算机仿真软件传热边界条件。在此基础上利用二冷计算机仿真软件对攀钢二冷制度进行优化，利用优化后的二冷制度进行重熔凝固实验，确定了实现攀钢铸坯表层组织控制工艺的二冷制度。
　　综合以上研究，得到实现铸坯表层微观组织控制的工艺如下：针对断面尺寸为200mm×1160 mm、1080 mm、1250 mm的铸坯，增加铸坯在二冷I区、II区冷却强度，使铸坯表层出结晶后以2.5℃/s的冷却速度快速冷却到720℃左右，促使铁素体在奥氏体晶界和晶内快速析出。同时由于V(C、N)在铁素体中的固溶度积较小，细小的V(C、N)将随铁素体的析出而大量析出。随后在二冷III区、Ⅳ区减少冷却水量，使铸坯表面温度回温到约860℃附近，先析出的铁素体又转变成奥氏体，而回热温度相对于碳氮化物的固溶温度较低，碳氮化钒、硫化锰等析出物不溶解而留于原位，在随后的缓冷却过程中，铁素体以这些细小、弥散的析出物为质点再次析出，细化铁素体晶粒，矫直时铸坯裂纹敏感性降低。
　　工业试验结果表明：铸坯表层微观组织控制工艺条件下生产的铸坯，其原奥氏体晶界无膜状先共析铁素体，析出物弥散分布于基体中，且室温组织细小、均匀，消除了铸坯角部横裂纹的产生。

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1 绪 论

1.1 板坯角部横裂纹及研究现状

1.2 角部横裂纹成因

1.3 角部横裂纹的控制

1.4 课题研究的目的、意义和内容

2 轧材缺陷形貌和微观组织分析

2.1 钢板缺陷形貌与分布

2.2 钢板微观组织分析

2.3 钢板表面缺陷与铸坯横裂纹的对应关系

2.4 小结

3 铸坯角部横裂纹成因分析

3.1 实验材料和方法

3.2 角部横裂纹特征

3.3 铸坯角部横裂纹成因分析

3.4 小结

4 钢中第二相析出原理

4.1 钢中硫化物及微合金碳氮化物析出热力学

4.2 钢中硫化物及微合金碳氮化物析出动力学

4.3 小结

5 攀钢板坯二冷喷嘴冷态性能测试及二冷凝固传热模型仿真

5.1 喷嘴性能测试

5.2 攀钢板坯连铸二冷凝固传热数学模型的建立

5.3 铸机的具体条件和模型边界条件的确定

5.4 二冷仿真软件计算结果

5.5 小结

6 重熔凝固冷却实验

6.1 实验依据

6.2 实验装置

6.3 模拟现场条件重熔实验

6.4 模拟铸坯表层组织控制工艺条件重熔实验

6.5 小结

7 现场二冷冷却工艺优化及结果分析

7.1 现场实验方案及内容

7.2 试验数据及取样观察结果

7.3 小结

8 结 论

致谢

参考文献