[发明专利]连铸压下过程连铸坯高温两相区本构模型及其建立方法

说明书

一种连铸压下过程连铸坯高温两相区本构模型及其建立方法，属于连铸技术领域。该连铸压下过程连铸坯高温两相区本构模型，如下：上式中，(1‑βf_L)^K是液相调节因子，β是几何参数；f_L是液相率，K是与液相相关的材料常数；A是结构因子；α是应力参数水平；σ是应力，Mpa；n是材料应力指数；是应变速率，s^‑1；Q是变形激活能，J·mol^‑1；R是理想气体常数，取值为8.314J·mol^‑1·K^‑1；T为绝对温度，K。该模型能够准确预测连铸压下过程连铸坯两相区压下的流变应力，从而制定准确有效的压下工艺，抑制溶质元素富集的钢液向中心汇聚，对连铸坯偏析行为的改善具有显著的促进效果。

技术领域

本发明属于连铸技术领域，具体涉及一种连铸压下过程连铸坯高温两相区本构模型及其建立方法。

背景技术

连铸坯在凝固过程中碳、锰等溶质元素易在铸坯中心汇聚，最终形成严重的中心宏观偏析缺陷。因此在连铸过程中实行压下工艺，抑制溶质元素富集的钢液向中心汇聚，对连铸坯偏析行为的改善具有显著的促进效果。实际连铸生产过程中，往往采用有限元模拟来预测连铸过程中连铸坯的偏析特征，并通过模拟与现场试验结果制定相应的连铸工艺。而连铸坯两相区流变应力的精准预测是制定准确有效的压下工艺的重要基础，其两相区本构关系的精确度直接影响到有限元模拟的准确性。

本构关系的研究大多数都是以大量实验数据为基础，在材料加工领域，前人对本构模型的研究已投入大量的工作，但是至今仍未建立一个适用于所有材料、满足于所有加工条件、包含明确物理意义通用的本构模型，对于不同材料、不同的加工条件，其适用的本构模型各种各样，但是仍然有一些模型适用加工条件范围广、应用于有限元模型时编程简单易收敛。目前，针对固相区的本构模型研究较为成熟，已建立大量适用于多种变形条件和不同材料不同形式的本构模型。而两相区的本构模型大多都是针对低熔点的铝镁合金，由于其熔点低、固液两相区跨度大，便于开展实验，其本构关系易于建立。对于熔点较高，两相区跨度较窄，比如钢铁合金，两相区连铸坯压下热变形行为下流变应力预测难以预测。针对以上难题，本发明提出一种连铸压下过程连铸坯高温两相区本构模型及其建立方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种连铸压下过程连铸坯高温两相区本构模型及其建立方法，该方法尤其适用于熔点高、固液两相区跨度窄的合金，比如钢铁合金，该模型能够准确预测连铸压下过程连铸坯两相区压下的流变应力，从而制定准确有效的压下工艺，抑制溶质元素富集的钢液向中心汇聚，同时采用本方法建立的两相区模型，同时，采用本方法建立的两相区模型，实现了铸坯中心偏析的有效控制。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种连铸压下过程连铸坯高温两相区本构模型，如下：

上式中，(1-βf_L)^K是液相调节因子，β是几何参数；f_L是液相率，K是与液相相关的材料常数；A是结构因子；α是应力参数水平；σ是应力，Mpa；n是材料应力指数；是应变速率，s^-1；Q是变形激活能，J·mol^-1；R是理想气体常数，取值为8.314J·mol^-1·K^-1；T为绝对温度，K。

一种连铸压下过程连铸坯高温两相区本构模型的建立方法，包括以下步骤：

步骤1：建立真应力-应变曲线

确定不同热压缩变形条件下的真应力-应变曲线，具体为：

(1)根据热压缩变形条件中的不同压缩温度和不同应变速率，选取数个连铸坯试样，先将所有连铸坯试样以5～10℃/s的速率升温到1300～1350℃，保温5～20s，得到快速升温后的连铸坯试样；