带钢边部折叠缺陷形成机理及连铸坯倒角的影响规律研究

摘要

边部折叠为发生在热轧带钢表面、靠近轧材边部的直线状缺陷，是热轧材最常见的边部缺陷之一，且缺乏有效控制措施，该缺陷不仅造成严重的表面质量问题，而且增加了因裁边而造成的资源浪费。 以超低碳热轧带钢为研究对象，本文通过热模拟方法研究了边部折叠缺陷形成的影响因素，并揭示了缺陷演化过程。为分析缺陷的形成，在研究轧材高温力学性能的基础上建立了有限元模型，获得了边部折叠缺陷的形成机制，提出了采用铸坯形状设计的方法来抑制缺陷，通过工业试验研究了倒角铸坯在热变形过程中的形状和温度变化特点，并在边部折叠缺陷控制方面取得了良好效果，为进一步的装备开发和工艺优化提供了理论依据和技术支持。主要结果如下: (1)采用在实验轧机上模拟热轧过程和中间坯下线的方式来研究边部折叠缺陷的演化过程，发现该缺陷起源于轧材侧面的凹陷，随后凹陷被压缩并随着翻平展宽过程流转到轧材表面，最后形成了平行于边部的折叠缺陷。铸坯原始铸态组织和角面部缺陷并非折叠缺陷形成的必要条件。 (2)以IF钢为对象，通过物理测试和数值模拟相结合的方法研究了超低碳钢缺陷形成机理，结果表明，在奥氏体向铁素体转变的两相区间，IF钢的流变应力随温度下降而下降，与单一奥氏体或铁素体相的变化趋势相反;精轧时角部以下的亚表面区域温度在两相区温度区间内变化，造成亚表面展宽较小而产生相对的凹陷;侧面凹陷在随后的轧制过程中闭合，并随轧材翻平展宽而翻转到表面形成边部折叠缺陷。 (3)在理论研究基础上，提出了采用不同类型倒角坯控制边部折叠缺陷的方法，并在2250mm热轧线上对其技术效果进行了验证，工业试验研究表明，粗轧中铸坯定宽侧压量低于50mm时，倒角形状可保持到粗轧结束，这不仅提高了精轧过程铸坯角部温度，而且改善了温度分布和材料力学性能的均匀性，降低了角部拉应变，控制了侧面折叠凹陷的发生，因此可从根本上消除表面边部折叠缺陷。规模化工业试验表明，倒角铸坯使IF钢边部折叠缺陷发生率从75％降低到2％，低碳钢边部折叠缺陷发生率从90％降低到10％。 (4)以微合金化钢为对象，研究了倒角铸坯对热轧带钢边部折叠缺陷的影响，结果表明，倒角坯轧制过程中其侧面与角部的温度分布更均匀，材料性能的均匀性更好;经过五道次粗轧后，角部附近应变均匀性得到提高，抑制了侧面凹陷形成的可能性;定宽侧压量低于50mm的粗轧过程中，铸坯倒角形状可以遗传到粗轧二机架第二道次轧制后，且整个变形过程角部温度及其均匀性高于直角轧材;采用倒角坯轧制使微合金化带钢边部折叠缺陷发生率从29％降低到8％，采用双倒角铸坯轧制，其缺陷发生率可得到进一步降低。

目录

声明

摘要

1．1研究背景

1．2边部折叠缺陷特征

1．2．1折叠缺陷外观形态

1．2．2折叠缺陷断面形态

1．2．3折叠缺陷的危害

1．3缺陷形成原因研究

1．3．1铸坯缺陷遗传

1．3．2非稳态热变形

1．4热变形过程数值模拟研究

1．4．1热轧模型

1．4．2数值计算方法

1．4．3铸坯裂纹热变形行为

1．5研究内容和思路

1．5．1研究目的和主要内容

1．5．2技术路线

第2章边部折叠缺陷演化热模拟研究

2．1实验方法

2．1．1实验设备

2．1．2实验坯料

2．1．3研究内容

2．2超低碳带钢边部折叠缺陷成形过程

2．2．1轧制实验规程

2．2．2铸坯热变形过程

2．2．3缺陷形成道次和影响因素分析

2．2．4超低碳钢折叠缺陷分析

2．3本章小结

第3章带钢热变形过程有限元模型及应用

3．1热轧过程控制方程

3．2弹塑性材料物性模型

3．3接触问题

3．4边界条件

3．4．1摩擦系数

3．4．2辐射换热系数

3．5动态显式有限元法

3．6多道次热轧建模及结果验证

3．6．1多道次热轧过程分析流程

3．6．2带钢粗轧数值模型的建立

3．6．3轧制过程中轧材变形分析

3．7本章小结

第4章超低碳带钢边部折叠缺陷形成机理

4．1IF钢高温力学特性

4．1．1流变应力模型

4．1．2变形温度对流变应力的影响

4．1．3变形速率对流变应力的影响

4．2边部折叠缺陷形成机制

4．2．1折叠缺陷形成模型

4．2．2折叠缺陷成形过程

4．2．3边部折叠缺陷演化过程

4．3本章小结

第5章铸坯倒角对超低碳带钢缺陷的影响与控制

5．1倒角铸坯对粗轧变形的影响

5．1．1温度影响分析

5．1．2变形影响分析

5．2工业轧制中倒角坯热变形特点

5．2．1热轧机组

5．2．2温度变化特点

5．2．3边部变形特点

5．3倒角中间坯对精轧热变形的影响

5．3．1倒角中间坯对温度的影响

5．3．2倒角中间坯对变形的影响

5．4倒角坯的工业应用效果

5．5本章小结

第6章 铸坯倒角对微合金化带钢缺陷的影响与控制

6．1倒角铸坯对边部折叠缺陷的影响

6．1．1倒角铸坯对缺陷影响的数值分析

6．1．2倒角铸坯对缺陷影响的热模拟研究

6．1．3倒角铸坯对缺陷影响的工业实验研究

6．2双倒角铸坯对边部折叠缺陷的影响

6．2．1双倒角铸坯对缺陷影响的数值分析

6．2．2双倒角铸坯对缺陷影响的热模拟研究

6．3本章小结

第7章结论

参考文献

博士期间主要的成果

致谢