《連鑄動態輕壓下過程鑄坯凝固與變形機理的研究》是依託北京科技大學，由包燕平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：連鑄動態輕壓下過程鑄坯凝固與變形機理的研究
- 外文名：Study on solidification and deformation mechanism of continuous casting slab in dynamic soft reduction process
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：包燕平
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本申請針對連鑄動態輕壓下過程的鑄坯傳熱、凝固與變形機理進行系統研究。首先對鋼的高溫物理特性、高溫力學性能進行實驗研究，建立連鑄動態輕壓下工藝的三維熱-黏彈塑性熱力耦合分析有限元模型，對連鑄坯在整個二冷區的凝固、矯直、動態輕壓下過程進行計算機模擬，實現連鑄動態輕壓下過程的熱-力學機理性分析。其次建立連鑄坯巨觀溫度場與微觀偏析耦合計算模型與基於鑄坯凝固熱收縮的液芯壓下量計算模型，為確定合理的輕壓下位置與壓下量等參數進行理論分析。本課題組設計了帶有輕壓下與冷卻功能的凝固裝置，鋼液在真空感應爐熔煉後，進行鑄坯凝固過程的動態輕壓下試驗。分析壓下位置、壓下方式、壓下率、總壓下量、壓下速率等對鑄坯斷面的結晶過程及樹枝晶與等軸晶帶的分布規律，研究鑄坯內部中心偏析與疏鬆產生的部位與原因，為連鑄動態輕壓下工藝提供理論依據。本項目對改善連鑄坯內部質量、推動連鑄高效化進程、提高現代連鑄技術整體水平都具有指導意義。
結題摘要
隨著連鑄輕壓下技術在生產中的套用，鑄坯熱狀態的精確跟蹤和壓下位置、壓下量與壓下量分配等關鍵輕壓下工藝參數的合理性越來越受到重視。在高溫狀態下，特別是在連鑄過程中的固-液兩相區，形變與應力之間的關係，生產鑄坯在輕壓下過程的流變學本構關係研究還不是很清楚，研究較少，理論研究滯後於生產套用。 本研究根據鋼的高溫物理特性，建立表征鑄坯在輕壓下過程中流變學關係的本構方程，通過熱模擬實驗、熱膨脹分析實驗和現場射釘試驗建立和最佳化本構方程參數；將建立的流變學關係本構方程套用於有限元模擬計算；通過自行發明的專利技術建立輕壓下高溫物理模擬裝置，在實驗室實現輕壓下機理的高溫模擬研究，通過實驗研究，分析鑄坯在輕壓下過程中的凝固組織變化機理。 通過建立粘彈塑性五元件數學模型本構方程，測量相關參數，可以較為科學地表征鑄坯輕壓下應力應變流變學關係；將流變學本構關係，套用於有限元模擬計算，實現鑄坯三維熱-粘彈塑性模擬，並實現熱力耦合計算，較為精確的表征了連鑄輕壓下過程的鑄坯形變；研究鋼種軸承鋼凝固過程中碳元素的中心偏析較為嚴重，在碳與磷元素互動作用下，出現磷元素的中心偏析；通過壓下實驗，發現當中心固相率在0.3-0.7實施壓下時，鑄錠凝固組織中心部位出現一次枝晶破碎組織，對中心巨觀偏析具有改善作用，從實驗上驗證了枝晶破碎理論的存在性；同時，實驗發現壓下後的鑄錠中心區域出現枝晶粘合組織，可以在一定程度上減輕了中心偏析程度；當中心固相率小於0.3或大於0.7時實施壓下，對鑄坯質量改善不明顯；當中心固相率大於0.8時實施壓下，鑄坯內部發現無法焊合的內裂紋。
