微合金化Q390钢连铸工艺数值模拟及板坯表面裂纹控制研究

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微合金钢具有良好的力学性能和加工焊接性,在汽车、桥梁和建筑方面得到了广泛的应用,采用宽厚板连铸技术为宽厚板轧机提供优质微合金钢宽厚板坯,是降低金属消耗、缩短生产周期、降低成本及提高市场竞争力的先进工艺,具有重大的经济意义。微合金钢连铸宽厚板坯易于发生表面及皮下裂纹,造成铸坯清理率高,这既降低了金属收得率,又阻碍了铸坯热装热送工艺的实施,严重影响钢厂的整体效益。本文对国内某钢厂生产的Q390钢连铸宽厚板存在严重的表面裂纹问题进行了调研和分析,通过采用Ti微合金化技术和连铸工艺数值模拟研究,有效降低了Q390钢连铸宽厚板坯皮下裂纹发生率。主要研究结果如下:(1)对Q390钢连铸坯表面裂纹进行特征统计、检测、分析及相应连铸工艺参数下的结晶器流场的数值模拟分析。结果表明,Q390钢铸坯裂纹数量多,产生位置比较规律,裂纹较浅,含K、Na、Si、Ca等元素,推断Q390钢铸坯表面裂纹产生的内因是铸坯的热塑性差,外因是结晶器内部卷渣。(2)采用Ti微合金化技术改进Q390钢的微合金成分,将Ti含量从0.01 wt.%提高至0.02 wt.%,分析了两种成分下Q390钢的高温塑性。研究表明,经过成分优化后,Q390的第III脆性温区的塑性得到了明显的改善,该温区下,韧性提高了12%~15%,并且脆性温区变窄,脆性温区由650℃~970℃缩短为650℃~900℃,有效降低了钢的裂纹敏感性,铸坯表面质量改善明显。钢厂的微合金化Q390钢连铸宽厚板坯裂纹产生率从42%降低到17%。(3)对不同连铸工艺参数及水口形状下的结晶器内部钢液流场、温度场进行数值模拟,研究了不同水口插入深度、拉坯速度、结晶器冷却强度、钢水过热度及水口形状对结晶器内钢液流场、温度场的影响。钢厂根据本文的分析结果,将拉速从0.68 m/min提高到0.75 m/min,过热度从30℃降至20℃,其余参数不变,进行生产,微合金化Q390钢连铸宽厚板坯的表面裂纹进一步改善,裂纹产生率从17%降低至9%。
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