粘塑性变形条件下连铸管坯心部质量的控制工艺研究

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连铸管坯是无缝钢管成形加工的主要坯料形式,对钢管质量具有重要影响。在管坯穿轧过程中,连铸管坯存在的偏析、疏松等中心缺陷,易于导致管材内部产生内折,降低无缝钢管的内壁质量。连铸坯凝固末端的粘塑性变形,通过挤压排出富集溶质的钢液,焊合缩孔和疏松,能够有效的改善铸坯芯部质量,是当前提高连铸坯综合质量的有效手段。然而连铸管坯受形状断面影响,在管坯凝固末端的粘塑性变形方面研究较少。本文以某钢厂Φ500连铸机为研究对象,通过ABAQUS建立连铸管坯凝固末端压下装置的三维模型,对连铸过程凝固末端位置、液芯变形过程中的流变行为以及管坯缺陷的愈合程度进行了研究。本文的主要结果如下:(1)根据某钢厂Φ500连铸机的现场工艺参数,采用Procast软件建立了连铸管坯凝固传热模型,研究了连铸管坯的凝固过程,并将模拟结果与现场检测结果进行对比分析,验证了模型的准确度。通过数值模拟获得了连铸管坯的凝固末端的准确位置,并模拟了比水量、拉速和过热度对连铸管坯凝固末端位置的影响。模拟结果表明,连铸机拉速有一定的限制,当拉速超过0.43m/min时,连铸管坯的凝固末端会出现在连铸机的拉矫段,导致连铸管坯易于出现裂纹。(2)通过高温热模拟压缩实验,获得了材料在高温下的应力应变曲线,建立了材料的高温粘塑性本构方程,为连铸坯凝固末端压下模型的建立提供了依据。采用公式计算出钢液在1400℃时的弹性模量为8.608GPa。钢液温度为1450℃及以上时,弹性模量为5.768GPa。钢液温度在1400℃时,屈服应力为0.976MPa。钢液温度在1450℃时,屈服应力为0.962MPa。(3)对连铸管坯液芯压下量进行了推导计算,获得了Φ500连铸管坯的液芯压下量82.52mm2,进而计算出压下装置的表面总压下量为30mm,各道次延伸率分别为λ1=1.0545,λ2=1.0422 和λ3=1.0298,孔型的内切网直径分别是 488.76mm、478.70mm 及472.67mm。(4)采用建立的连铸管坯凝固末端三维压下热力耦合模型,模拟了连铸管坯凝固末端压下工艺的加工过程,对压下过程中的应力场、应变场、管坯变形的均匀程度、金属的流动行为进行了研究,获得了管坯液芯处的最大压下效率为33%,最小压下效率为16.7%。
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