[发明专利]一种基于钢种凝固特性与组织演变规律的微合金钢连铸冷却控制方法

摘要

本专利涉及一种基于钢种凝固特性与组织演变规律的微合金钢连铸冷却控制方法，其关键技术内容包括目标钢种凝固特性实验分析、连铸坯凝固组织数值模拟和连铸冷却过程水量调控等。首先实验确定目标钢种在不同冷速下热塑性和第三脆性温度区的变化规律，其次结合实验综合分析冷速对奥氏体/铁素体转变以及微合金元素第二相粒子析出规律的影响，最后提出微合金钢方坯连铸冷却精益控制策略“低过热度浇注+二冷三区弱冷+二冷四区强冷”，并制定相应调控方案，即“过热度23℃（原值37℃），二冷三区水量2.6L/min（原值51.5L/min），二冷四区水量165.6 L/min（原值18.4 L/min）”，构建了基于微合金钢特性的连铸二次冷却调控新机制，优化铸坯凝固组织结构并提高其表层微观组织强度。

主权项

1.一种基于钢种凝固特性与组织演变规律的微合金钢连铸坯冷却控制方法，其特征在于，针对目标钢种的凝固特性和组织演变规律，综合考虑连铸坯宏观组织和微观组织，通过控制连铸坯凝固冷却过程来提高连铸坯中心等轴晶率并提高铸坯表层组织强度，最终减轻溶质中心偏析程度并降低铸坯表面矫直裂纹的发生率；根据上述思路，运用Gleeble高温热模拟实验获得不同冷却速率条件下的断面收缩率随温度变化曲线，以断面收缩率60％为界定标准，确定第三脆性温度区间的范围，以此为依据确定二冷四区铸坯表面冷却速率和矫直点处的连铸坯目标表面温度；同时，运用元胞自动机‑有限元法对连铸坯凝固组织形成过程进行分析，确定正常工况下的目标钢种连铸坯柱状晶‑等轴晶转变点位置(CET点)，在CET点之前，通过降低过热度和降低二冷三段水量，提高连铸坯等轴晶晶率，在CET点之后，对连铸二冷区进行强冷，促进铸坯表层组织中第二相粒子V(C,N)的均匀析出及铁素体的均匀分布，以此来提高铸坯表层组织强度，同时避开凝固冷却过程的第三脆性区下限；最终，以提高连铸坯中心等轴晶率和表层微观组织强度为目的，特制定微合金钢连铸方坯冷却控制策略“低过热度浇注+二冷三区弱冷+二冷四区强冷”，基于此冷却控制策略，经过反复试算，得出YQ450NQR1钢连铸方坯冷却精益控制方案为“过热度23℃(原过热度37℃)，二冷三区水量2.6L/min(原二冷三区水量51.5L/min)，二冷四区水量165.6L/min(原二冷四区水量18.4L/min)”；采用此优化方案后，二冷四区连铸坯表面中心冷却速率从0.18℃/s提高至1.17℃/s，矫直点位置处的连铸坯宽面中心温度由902℃降至729℃，铸坯表层组织断面收缩率高于60％，结合钢的高温力学性能可知，能够避开凝固冷却过程的第三脆性区下限，有助于降低表面裂纹发生几率；连铸坯中心等轴晶率由27.1％提高至31.3％，有助于降低连铸坯中心偏析。