板坯连铸的高温性能研究及组织模拟

论文摘要

连铸技术是钢铁生产中的重要技术,研究连铸坯的高温性能对指导生产具有十分重要的意义。在连铸坯的生产中,钢种的高温性能是判断铸坯是否产生裂纹的重要指标,也是对连铸过程进行数值仿真的重要参数,对改善其凝固冷却速度,制定二冷动态轻压下的相关参数具有重要价值。本论文的主要任务是对板坯连铸机生产的低合金钢A和耐候钢B连铸坯进行热物理性能测试和高温力学性能测试,并将所得的钢种物性参数应用到连铸坯温度场仿真和组织模拟模型中,并结合实际工艺进行了分析。在Gleeble-1500D热模拟机上进行从600℃到1300℃的高温拉伸实验,获得了两个钢种的力学性能参数。以断面收缩率为主要指标找出了这两种钢的高温脆性温度区,低合金钢A二次脆性区出现在725～900℃左右,耐候钢B二次脆性区出现在775～950℃左右,确定了低合金钢A和耐候钢B连铸坯在二冷区及矫直点处的温度尽可能分别控制在950℃以上和1000℃以上。采用热膨胀仪DIL402和综合热分析仪STA449对两个钢种进行热膨胀性能测试和差热分析试验,获得了两个钢种不同温度下的热膨胀性能、潜热、固相线和液相线等热物理性能参数,为研究连铸过程的铸坯的凝固特性提供了宝贵的资料和依据。运用实验得到的钢种物性参数和连铸板坯表面温度测试的结果,确定出合适的边界条件,应用到板坯连铸二次冷却计算机仿真软件中,对钢厂板坯连铸机的二冷制度进行了优化,根据优化后的实际生产结果,证明所得钢种物性参数对二冷制度的优化有十分重要的作用。同时钢种物性参数和铸坯表面温度测试结果也是连铸坯组织模拟的重要基础数据。本文将元胞自动机（CA）和有限差分法（FD）结合起来,建立了连铸坯凝固时内部等轴晶和柱状晶的随机形核和生长模型,元胞自动机模拟凝固组织,有限差分法计算温度分布和溶质扩散。通过该模型对三种不同工况下连铸坯凝固组织的模拟,再现了连铸坯内部组织的演变规律,对晶粒的随机形核、晶粒的择优生长、竞争生长以及晶粒的随机取向有比较好的体现。分析了不同工艺因素对等轴晶和柱状晶竞争生长的影响,模拟结果与工艺实践和理论分析一致。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 连铸坯高温性能研究概况
• 1.2.1 连铸坯高温性能测试的意义
• 1.2.2 连铸坯高温物理性能研究概况
• 1.2.3 连铸坯高温力学性能研究概况
• 1.3 连铸坯组织模拟研究概况
• 1.3.1 连铸坯组织模拟的意义
• 1.3.2 连铸坯组织模拟研究概况
• 1.4 课题研究的主要内容
• 2 连铸坯的高温性能研究
• 2.1 钢种高温性能研究的目的意义
• 2.2 取样及试验方案
• 2.2.1 连铸坯高温力学性能的试验方法
• 2.2.2 连铸坯热膨胀性能的测试方法
• 2.2.3 连铸坯其他热物理性能测试方法
• 2.3 连铸坯热机械性能的测试结果与分析
• 2.3.1 低合金钢A 连铸坯热机械性能的测试结果
• 2.3.2 耐候钢B 连铸坯热机械性能的测试结果
• 2.4 连铸坯热膨胀性能的测试结果与分析
• 2.4.1 低合金钢A 连铸坯热膨胀性能的测试结果
• 2.4.2 耐候钢B 连铸坯热膨胀性能的测试结果
• 2.5 连铸坯其他物理性能测试结果与分析
• 2.5.1 钢的部分热物理性能的计算确定方法
• 2.5.2 低合金钢A 连铸坯其他物理性能的测试结果
• 2.5.3 耐候钢B 连铸坯其他物理性能的测试结果
• 2.6 本章小结
• 3 连铸坯凝固过程二维传热模型建立及应用
• 3.1 板坯连铸机主要设备概况
• 3.2 板坯凝固过程二维传热数学模型
• 3.2.1 传热微分方程及其求解
• 3.2.2 传热边界条件
• 3.2.3 钢种物性参数的确定
• 3.3 板坯连铸二冷仿真软件边界条件的确定及应用
• 3.3.1 板坯连铸二冷仿真所用软件概述
• 3.3.2 板坯连铸铸坯表面温度的测试
• 3.3.3 结晶器传热边界条件的修正
• 3.3.4 二冷区传热边界条件的修正
• 3.3.5 应用效果
• 3.4 本章小结
• 4 连铸坯宏微观耦合组织模拟
• 4.1 连铸坯的高温凝固行为
• 4.2 凝固组织形成的物理数学模型
• 4.2.1 晶粒形核数学模型
• 4.2.2 晶粒生长数学模型
• 4.2.3 凝固过程的传质
• 4.3 连铸坯宏微观耦合CA 模拟技术
• 4.3.1 宏微观耦合模型
• 4.3.2 微观计算模型
• 4.3.3 连铸坯组织模拟方法
• 4.3.4 模拟结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录