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，隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，推動鋼鐵材料向著更高性能的方向發(fā)展。同時，為了滿足不同的使用條件，對鋼鐵產(chǎn)品的規(guī)格和質(zhì)量的要求也越來越高。國內(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)接近國外先進水平，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。隨著計算機技術與有限元方法的發(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)化設計提供依據(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模擬
　　(1)對比了幾何模型分別為直角和圓角時溫度場模擬結(jié)果。當幾何模型為直角時，采用Savage熱流時結(jié)晶器出口角部溫度過低，采用平均和Flint熱流時角部溫度還為負值，不符合實際情況，在建模時幾何模型應為圓角。
　　(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模擬結(jié)果符合實際情況，所對應結(jié)晶器出口的寬面中心、窄面中心、角部（對角線）、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，軸承鋼矩形坯裂紋產(chǎn)生的原因主要是非穩(wěn)態(tài)澆鑄過程中結(jié)晶器卷渣引入的外來夾雜物造成的，爐外精煉中使用了高堿度和較高Al2O3含量的渣系，也會引入部分夾雜物。在控制非穩(wěn)態(tài)澆鑄的基礎上

5、，通過適當?shù)販p少渣系的堿度及調(diào)整吹氬的時間和流量;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，如果壓下量過大（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，當?shù)刃苄詰兇笥谂R界應變(0.4～1.5％)和等效應力超過臨界斷裂應力(3.9～7.2MPa)，內(nèi)部便會出現(xiàn)裂紋。當單輥壓下量從3mm降低到2mm時，等效應變和應力分別降低21.7％和18.8％

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

7、長，縮孔越來越小，越來越難壓縮。
　　(2)采用9、11、13道次對Φ20mm中心縮孔軋制對比發(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，都達到了80％以上。
　　(3)采用9道次壓下規(guī)程時，當縮孔位于距離窄面1/4寬面1/2時，縮孔最高點的變形較小，最低點的變形較大，就導致縮孔變形為上半部分稍大，下半部分稍小，左右對稱的類橢圓，總