大規(guī)格GCr15軸承鋼連鑄連軋質(zhì)量分析及有限元模擬.pdf

1、近年來(lái)，隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)鋼鐵材料向著更高性能的方向發(fā)展。同時(shí)，為了滿足不同的使用條件，對(duì)鋼鐵產(chǎn)品的規(guī)格和質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。國(guó)內(nèi)軸承鋼的生產(chǎn)已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展，氣體含量已經(jīng)接近國(guó)外先進(jìn)水平，但是大規(guī)格GCr15軸承鋼的產(chǎn)量較少，并且內(nèi)部質(zhì)量還存在著一定的不穩(wěn)定性，其中以中心裂紋、中心縮孔、中心疏松、偏析等缺陷最為常見(jiàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與有限元方法的發(fā)展，基于有限元理論的數(shù)值模擬方法為連鑄、軋制過(guò)程的研究提供了重要手段，從而為生

2、產(chǎn)工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，取得了的主要結(jié)果如下:
　　1.連鑄結(jié)晶器內(nèi)軸承鋼矩形坯的溫度場(chǎng)模擬
　　(1)對(duì)比了幾何模型分別為直角和圓角時(shí)溫度場(chǎng)模擬結(jié)果。當(dāng)幾何模型為直角時(shí)，采用Savage熱流時(shí)結(jié)晶器出口角部溫度過(guò)低，采用平均和Flint熱流時(shí)角部溫度還為負(fù)值，不符合實(shí)際情況，在建模時(shí)幾何模型應(yīng)為圓角。
　　(2)在不同的階段氣隙厚度不同，結(jié)晶器縱向上可劃分為緊密接觸區(qū)、氣隙初步形成區(qū)、氣隙穩(wěn)定存在區(qū)三個(gè)區(qū)，在不同的

3、區(qū)采取不同的修正系數(shù)。結(jié)晶器橫斷面氣隙的形成是不均勻的，熱流密度由中心向角部呈線性變化，這種情況下表面溫度曲線較為平滑，角部溫度下降減緩，在接近于角部區(qū)域的偏角區(qū)（距離角部25～65mm）成為熱節(jié)區(qū)，鑄坯凹陷、皮下裂紋等缺陷在此位置易發(fā)生。
　　(3)采用圓角幾何模型，Savage熱流邊界，修正橫向角部氣隙時(shí)模擬結(jié)果符合實(shí)際情況，所對(duì)應(yīng)結(jié)晶器出口的寬面中心、窄面中心、角部（對(duì)角線）、寬面熱節(jié)區(qū)、窄面熱節(jié)區(qū)的坯殼厚度分別為:21.9

4、mm、17.8mm、54.5mm、18.2mm、16.2mm。
　　(4)建立了表面溫度隨時(shí)間變化的結(jié)晶器內(nèi)連鑄坯三相（固相區(qū)、兩相區(qū)、液相區(qū)）凝固數(shù)學(xué)模型，與有限元模擬結(jié)果吻合較好。
　　2.軸承鋼連鑄矩形坯質(zhì)量分析
　　(1)未采用輕壓下時(shí)，軸承鋼矩形坯裂紋產(chǎn)生的原因主要是非穩(wěn)態(tài)澆鑄過(guò)程中結(jié)晶器卷渣引入的外來(lái)夾雜物造成的，爐外精煉中使用了高堿度和較高Al2O3含量的渣系，也會(huì)引入部分夾雜物。在控制非穩(wěn)態(tài)澆鑄的基礎(chǔ)上

5、，通過(guò)適當(dāng)?shù)販p少渣系的堿度及調(diào)整吹氬的時(shí)間和流量;采取流量控制裝置及電磁攪拌可以提高夾雜物的去除率。
　　(2)采用輕壓下時(shí)，如果壓下量過(guò)大（單輥壓下量3mm），加之連鑄坯中氣體含量控制的不理想，而在LIT～ZDT溫度區(qū)域裂紋敏感性較強(qiáng)，當(dāng)?shù)刃苄詰?yīng)變大于臨界應(yīng)變(0.4～1.5％)和等效應(yīng)力超過(guò)臨界斷裂應(yīng)力(3.9～7.2MPa)，內(nèi)部便會(huì)出現(xiàn)裂紋。當(dāng)單輥壓下量從3mm降低到2mm時(shí)，等效應(yīng)變和應(yīng)力分別降低21.7％和18.8％

6、，輕壓下過(guò)程中連鑄坯出現(xiàn)內(nèi)部裂紋的幾率降低。
　　(3)工業(yè)試驗(yàn)表明，在保證煉鋼質(zhì)量的基礎(chǔ)上，采用合適的連鑄工藝，使得各個(gè)參數(shù)相互配合，特別是調(diào)整動(dòng)態(tài)輕壓下，可以明顯改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，中心疏松級(jí)別和縮孔級(jí)別均較低。
　　3.初軋過(guò)程中縮孔的變形行為
　　(1)采用9道次壓下中心縮孔時(shí)，面積的變化率隨著縮孔直徑的增大而變大（縮孔直徑為40mm時(shí)壓縮率可以達(dá)到82％，直徑為10mm時(shí)壓縮率僅為71.4％），并且隨著時(shí)間的延

7、長(zhǎng)，縮孔越來(lái)越小，越來(lái)越難壓縮。
　　(2)采用9、11、13道次對(duì)Φ20mm中心縮孔軋制對(duì)比發(fā)現(xiàn)，9道次壓下規(guī)程Y向的壓縮量最大（壓縮率為41.4％），11道次壓下規(guī)程Z向的壓縮量最大（壓縮率為77.6％），面積的變化率差別不大，都達(dá)到了80％以上。
　　(3)采用9道次壓下規(guī)程時(shí)，當(dāng)縮孔位于距離窄面1/4寬面1/2時(shí)，縮孔最高點(diǎn)的變形較小，最低點(diǎn)的變形較大，就導(dǎo)致縮孔變形為上半部分稍大，下半部分稍小，左右對(duì)稱(chēng)的類(lèi)橢圓，總