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本文针对某钢铁厂连铸生产65Mn钢和Q345C钢时出现的内外部质量问题,采用有限元分析软件ABAQUS,建立1250mm×230mm板坯连铸过程及轻压下的凝固传热和轻压下热-力耦合模型,确定了相应的热边界条件、位移边界条件、高温热/力学性能参数等,考虑了高温热/力学性能参数的非线性变化,通过数值模拟计算,结合前期工作对55C钢的研究结果,对比并找出了碳成分对不同拉速、冷却强度等工艺参数以及不同压下方案下板坯连铸过程及轻压下温度场及应力场的影响规律,并在此基础上进行了二冷配水优化和轻压下优化。主要研究结果如下:
(1)碳成分对不同拉速下铸坯温度及应力的影响规律:随着碳成分的增加,拉速增加所引起的铸坯各对应特征点温差及应力差均逐渐减小。且拉速的增加,所引起65Mn钢铸坯凝固终点的后移量较Q345C钢大。
(2)碳成分对不同二冷水量下铸坯温度及应力的影响规律:随着碳成分的增加,V区-Ⅸ区二冷水量减少所引起的铸坯各对应特征点温差及应力差均逐渐减小。且二冷水量的减少,所引起65Mn钢铸坯凝固终点的后移量较Q345C钢大。
碳成分对最优二冷水量的影响规律:随着碳成分的增加,最优二冷水量的整体变化趋势是先增大后减小,但高碳钢的最优二冷水量整体要比低碳钢大。
(3)不同工艺参数下轻压下段铸坯应力与临界应力的关系:各碳成分下,随着拉速增加或二冷水量减少,在压下段铸坯特征点应力值均小于且逐渐远离铸坯的临界应力值。即适当增加拉速配合最优二冷水量,可进一步减少轻压下段发生铸坯裂纹的可能性。
(4)不同初始压下量对铸坯轻压下段应力的影响规律:其他条件一定,随着初始压下量的减小,铸坯同一位置的各个特征点处的应力有所减小。相比于原压下方案,初始压下量减小15%时,65Mn铸坯轻压下段出口处的最大应力下降了22.8%,Q345C铸坯轻压下段的应力最大下降了4.5%。
(1)碳成分对不同拉速下铸坯温度及应力的影响规律:随着碳成分的增加,拉速增加所引起的铸坯各对应特征点温差及应力差均逐渐减小。且拉速的增加,所引起65Mn钢铸坯凝固终点的后移量较Q345C钢大。
(2)碳成分对不同二冷水量下铸坯温度及应力的影响规律:随着碳成分的增加,V区-Ⅸ区二冷水量减少所引起的铸坯各对应特征点温差及应力差均逐渐减小。且二冷水量的减少,所引起65Mn钢铸坯凝固终点的后移量较Q345C钢大。
碳成分对最优二冷水量的影响规律:随着碳成分的增加,最优二冷水量的整体变化趋势是先增大后减小,但高碳钢的最优二冷水量整体要比低碳钢大。
(3)不同工艺参数下轻压下段铸坯应力与临界应力的关系:各碳成分下,随着拉速增加或二冷水量减少,在压下段铸坯特征点应力值均小于且逐渐远离铸坯的临界应力值。即适当增加拉速配合最优二冷水量,可进一步减少轻压下段发生铸坯裂纹的可能性。
(4)不同初始压下量对铸坯轻压下段应力的影响规律:其他条件一定,随着初始压下量的减小,铸坯同一位置的各个特征点处的应力有所减小。相比于原压下方案,初始压下量减小15%时,65Mn铸坯轻压下段出口处的最大应力下降了22.8%,Q345C铸坯轻压下段的应力最大下降了4.5%。