高温凝固相转变规律及其在板坯连铸中的应用

摘要

控制铸坯在凝固时裂纹的产生是当前提高铸坯质量很重要的一个方面,国内外专家通过不同的切入点对此进行了研究。在工艺上,通过采取改变冷却参数和化学成分等角度进行控制。理论研究主要从包括包晶反应在内相关引起体积收缩的相转变角度去进行分析。受限于实验方法和实验仪器的不足,不能对凝固相转变规律进行定量的研究,在分析凝固过程由于铸坯体积收缩和气隙产生导致裂纹产生等现象时缺乏理论依据、研究方法和手段,且在凝固过程数值模拟时缺乏必要的高温物理性参数。
　　本文基于对以上问题的分析开展了以下三个方面的工作。设计并制造用于研究高温凝固相转变规律测定的实验装置,开发高温凝固相转变规律测定方法并对此方法进行验证;用该方法和装置测定出DP590低碳钢和304奥氏体不锈钢在低冷速下的凝固相转变规律;通过装置对Q345D高温参数进行测定,代入Q345D板坯连铸过程数学模型中对其温度场进行数值模拟分析。
　　本文中所设计的高温凝固相转变规律测定实验装置,实现了对高温凝固过程加热、冷却等工艺的控制、实时检测、记录。结合装置本论文提出了高温凝固相转变规律测定实验方法,通过对DP590钢进行近平衡实验并使用液氮酒精进行淬火,有效地保留了高温时各相的状态,并分析得到了δ铁素体含量,与理论计算值对比,误差在2％以内,验证了钢凝固相转变规律曲线(SPT)建立技术方案的可行性。
　　采用凝固相转变装置和方法对304奥氏体不锈钢和DP590低碳钢凝固过程研究发现,随着冷速的变化,转变模式、转变产物均发生改变。通过定量分析得到了304奥氏体不锈钢和DP590低碳钢的SPT曲线,从曲线可以看出,不同冷速下,液固相线和各相变起始点和结束点不同,冷却到不同温度时液固相的比例也不同,且当冷速变化较大时, SPT曲线具有向下和向左移动的趋势。
　　采用经验证的试验方法和装置测定出Q345D的高温参数,并应用于武钢厚板坯连铸过程温度场数值模拟。结果显示,拉速和二冷区配水对连铸坯凝固过程有重要的影响。在满足安全坯壳厚度条件的情况下,适当提高拉速有利于高温铸坯的生产。适当的增加二冷区长度,可以促进连铸坯凝固,并能减小出结晶器由于温度回升产生的热应力等缺陷。

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引言

1 文献综述

1.1 凝固技术概述

1.2 凝固的基础理论知识

1.3 凝固铸坯裂纹

1.4 包晶反应的研究进展

1.5 高温凝固相转变规律研究进展

1.6 课题的背景、目的及意义

2 钢铁材料高温凝固相转变及实验装置研究

2.1 高温凝固相转变实验装置

2.2 凝固相转变规律的实验研究

2.3 凝固相变的分析推测

2.4 高温凝固相组织保留方法的确定

2.5 本章小结

3 DP590低碳钢凝固相转变规律研究

3.1 理论分析研究

3.2 实验材料与实验设备

3.3 实验方案

3.4 高温相转变过程组织观察、结果分析及验证

3.5 本章小结

4 304奥氏体不锈钢凝固相转变规律研究

4.1 实验材料和实验设备

4.2 凝固理论分析

4.3 实验方案

4.4 高温相转变过程组织观察、结果分析及验证

4.5 本章小结

5 研究成果应用及验证

5.1 Q345D凝固过程组织转变研究

5.2 Q345D板坯连铸过程模拟与工业验证

5.3 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢