连铸异型坯表面裂纹微细观萌生及扩展机理研究

In the steel products, there are some kinds of special section steel. As an economic section material, H-beam has been used in many fields of national economy development. Beam blank is the idealist strand for H-beam production. In our country, beam blank is a very new strand, and there are only some production lines. However, there are more defects on /in beam blank and H-beam than other common strand, especially the surface cracks have become the key facts to restrict the production.. Aimed to find the key factors causing the surface cracks and to optimize the process parameters, this project will change the troditional and qualitative research methods, carry out a series of quantitative researches on the microscopic surface cracks inoculating and extending. Based on testing and analyzing the cracks, the inclusions and the flux, calculating the strand solidifying,strain/stress and the mould vabrating, this project will build up two mathematical model to study the microscopic surface cracks inoculating and extending, to analyze the formation mechanism , regularity and the influence factor of the microscopic surface cracks, to discuss the interaction between the macro and micro surface cracks, to draw the optimal design of the process parameters. . Studying the microscopic surface cracks on beam blank has great significance not only in the theory, but also in decreasing the cracks and the cost, increasing the quality and the production rate.

目前我国正处于开发生产新型坯型异型坯的新兴关键时期，市场空间很大，但异型坯产品质量尤其是表面裂纹问题却成为影响其质量的瓶颈因素。本项目针对异型坯生产过程中产生的表面裂纹问题，改变传统的宏观定性研究方法，开展连铸异型坯结晶器内表面裂纹微观和细观萌生和扩展机理的定量研究，主要包括以异型坯表面裂纹和夹杂物微细观结构分析、异型坯传热应力/应变行为研究和锥度优化、异型坯结晶器振动分析等研究内容为基础，开展表面裂纹扩展的微观机理研究和表面裂纹萌生的细观机理研究，从微细观角度挖掘表面裂纹萌生、形成和发展的机理、规律和影响因素，探讨微细观裂纹与宏观裂纹的作用机制，探讨异型坯表面裂纹控制的宏观工艺措施。深入开展异型坯微细观表面裂纹形成机理研究，不仅具有开创性的重要理论和学术研究价值，更可以为降低异型坯缺陷发生率，提高异型坯质量提供基础理论的可靠依据。

目前我国正处于开发生产新型坯型——异型坯的新兴关键时期，市场空间很大，但异型坯质量尤其是表面裂纹问题却成为影响其质量的瓶颈因素。本项目针对异型坯生产过程中产生的表面裂纹问题，改变传统的宏观定性研究方法，开展连铸异型坯结晶器内表面裂纹微观和细观萌生和扩展机理的定量研究，主要包括以异型坯表面裂纹和夹杂物微细观结构分析、异型坯传热应力/应变行为研究和锥度优化、异型坯结晶器振动分析等研究内容为基础，开展表面裂纹萌生扩展的宏观机理研究和细观机理研究，分析夹杂物和气孔以及宏观工艺参数对裂纹形成的影响。.主要研究结论有：1、基于应力遗传效应，开展了异型坯结晶器内气隙形成过程的模拟研究；基于气隙最小化原则对结晶器单锥度和多锥度进行了优化，翼缘端面、窄面、翼缘斜面最优单锥度分别为0.81%/m、0.38%/m、-1.44%/m。2、表面裂纹容易在距离弯月面以下180mm处的腹板位置及距离弯月面以下200mm处的R角位置萌生扩展；表面裂纹在R角处扩展量明显大于在腹板处扩展量，R角处更容易出现裂纹。3、晶界处裂纹扩展量明显高于晶体中的裂纹扩展量；在气孔端部与拉应力垂直方向上易产生应力集中；气孔率增加裂纹萌生扩展率相应增加；相同尺度下，气孔周围产生裂纹的概率要大于夹杂物。4、夹杂物粒径较大时，在硬质夹杂周围易产生应力集中现象；夹杂率越高越容易造成裂纹萌生和扩展；夹杂物粒径足够小时（小于1-2μm），对裂纹萌生和扩展基本无影响。5、相对于过热度，拉速的增加更容易引起结晶器内表面裂纹的萌生和扩展。6、通过深入开展异型坯表面裂纹萌生和扩展机理研究，宏观分析和微细观研究相结合，提出了改进工艺的方式和举措。 .项目从宏观分析研究出发，从微细观角度深入挖掘表面裂纹萌生、形成和发展的机理、规律和影响因素，微细观研究和宏观研究相结合，为降低异型坯表面缺陷发生率，提高异型坯质量提供基础理论和技术支撑，具有较高学术研究价值和生产实践意义。