【摘要】：IF鋼連鑄坯表層潔凈度是影響制造成本和產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。針對(duì)IF鋼連鑄坯表層夾雜物數(shù)量及尺寸控制,綜合采用了金相實(shí)驗(yàn)、熱力學(xué)分析、數(shù)值模擬、物理模擬、真空熔煉等手段,研究了IF鋼連鑄坯夾雜物的演變行為與分布特征;分析了結(jié)晶器內(nèi)傳熱與初始凝固過(guò)程中鉤狀坯殼的形成機(jī)理;揭示了鉤狀坯殼對(duì)夾雜物的捕集規(guī)律;探索了Mg處理對(duì)IF鋼夾雜物微細(xì)化的作用效果。利用自動(dòng)掃描電鏡分析了IF鋼生產(chǎn)過(guò)程中夾雜物的演變行為和在連鑄坯表層的分布規(guī)律。RH精煉合金化以后,部分Al2O3類夾雜物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)锳l2O3-Ti Ox類夾雜物,含Mg夾雜物比例逐漸增加,大尺寸夾雜物以Al2O3類為主。連鑄坯表層3 mm以內(nèi)夾雜物數(shù)量明顯偏大,寬面中心和角部表層夾雜物數(shù)量略高于其他位置。利用金相顯微鏡研究了鉤狀坯殼的形貌以及不同區(qū)域的夾雜物分布規(guī)律。在復(fù)雜環(huán)境的作用下鉤狀坯殼中心線的曲率有所波動(dòng),總體走勢(shì)與Bikerman方程描述的彎月面接近。鉤狀坯殼深度1.2 mm~2.9 mm,隨著拉速和澆注溫度的增加,其深度逐漸減小。鉤狀坯殼中心線下側(cè)和鋼液溢流區(qū)內(nèi)夾雜物尺寸較大、數(shù)量較多;鉤狀坯殼中心線上側(cè)和無(wú)凝固鉤坯殼的區(qū)域,僅有少量尺寸小于100μm的夾雜物。基于連鑄坯與結(jié)晶器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和傳熱特征,采用節(jié)點(diǎn)溫度繼承(3D·NTI)和傳熱反問(wèn)題(IHCP)方法,建立了三維結(jié)晶器穩(wěn)態(tài)傳熱模型和連鑄坯瞬態(tài)傳熱模型,實(shí)現(xiàn)了結(jié)晶器銅壁和連鑄坯的溫度場(chǎng)同步分析。以結(jié)晶器銅壁溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),研究了結(jié)晶器內(nèi)坯殼表面的熱流分布規(guī)律。在彎月面附近,寬面中心熱流最高,導(dǎo)致鉤狀坯殼生長(zhǎng)迅速,夾雜物被捕集概率增大。根據(jù)彎月面凝固-溢流原理,建立了二維縱向切片傳熱數(shù)值模型。以3D·NTIIHCP模型確定的熱流分布為邊界條件,系統(tǒng)分析了初始凝固過(guò)程中鉤狀坯殼的形成與演變過(guò)程。澆注溫度從1550?C升高至1565?C時(shí),拉速?gòu)?.1 m·min-1提高到1.7m·min-1時(shí),鉤狀坯殼深度由3.5 mm減少為1.8 mm和2.2 mm,模型分析結(jié)果與鉤狀坯殼深度實(shí)測(cè)結(jié)果最大值基本吻合。提高拉速使鉤狀坯殼“埋沒(méi)點(diǎn)”下降、鉤狀坯殼殘存區(qū)域擴(kuò)大;澆注溫度上升,“埋沒(méi)點(diǎn)”位置升高,鉤狀坯殼殘存區(qū)域縮小。依據(jù)鉤狀坯殼形貌的數(shù)值模擬結(jié)果,結(jié)合PIV激光粒子測(cè)速技術(shù),建立了連鑄坯表層凝固前沿捕集夾雜物的物理模型。鋼液內(nèi)上浮的夾雜物最容易被初生鉤狀坯殼下側(cè)捕集。而彎月面附近聚集的夾雜物,容易被溢流的鋼液帶入鉤狀坯殼上側(cè)根部,其捕集量為鉤狀坯殼下側(cè)的70%。拉速?gòu)?.1 m·min-1提高到1.7 m·min-1時(shí),鉤狀坯殼對(duì)夾雜物的捕集量下降了54.7%。建立鉤狀坯殼附近鋼液中夾雜物的受力分析模型。在凝固鉤中心線下側(cè)和溢流區(qū),尺寸0μm~300μm的夾雜物受到的合力方向指向凝固前沿,合力值隨著夾雜物尺寸的增加而增大;在沒(méi)有凝固鉤的坯殼附近,隨著夾雜物尺寸的增加,夾雜物傾向于沿凝固前沿平行運(yùn)動(dòng);在凝固鉤中心線上側(cè),尺寸大于30μm的夾雜物受到的合力方向背離凝固前沿,捕集夾雜物的能力最弱。開(kāi)展了Mg處理IF鋼的真空熔煉實(shí)驗(yàn),研究Mg對(duì)夾雜物尺寸的微細(xì)化控制效果。鋼中Mg含量增加到8 ppm和15 ppm,夾雜物尺寸顯著降低,特別是大尺寸夾雜物顯著減少。Mg處理IF鋼中夾雜物數(shù)量比未處理的上升了60.8%、84.7%。對(duì)Al-Mg-Ti-O系夾雜物的平衡熱力學(xué)和熔化熱力學(xué)進(jìn)行了計(jì)算,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。對(duì)工業(yè)生產(chǎn)IF鋼Mg處理時(shí)機(jī)的合理化進(jìn)行了探討。
【學(xué)位授予單位】：華北理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TF777
【圖文】：

圖 1 修磨后的 IF 鋼連鑄坯Fig1 Grinded IF steel Slab產(chǎn)生來(lái)源來(lái)分，典型的冷軋汽車(chē)板表面缺陷可以分為三大類[1]：第連鑄工藝過(guò)程，包括暗線/亮線（sliver）、夾雜（inclusions）、、結(jié)疤（scabs）、針孔（hole）、氣泡（blister）、色差暗帶（ 類源于熱軋工藝過(guò)程，主要是氧化鐵皮壓入鋼材基體導(dǎo)致的麻點(diǎn)d-in scale）。第 3 類來(lái)源于冷軋工藝過(guò)程，包括酸洗不足（under（over pickling）、輥印（roll mark）、刮傷劃痕（pinch mark）等明，IF 鋼出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的主要原因是冶煉和連鑄過(guò)程產(chǎn)生的第 1比較典型的是暗線/亮線、夾雜、分層/起皮。前人分析表明[2]，在量彌散分布的細(xì)小 Al2O3類夾雜物顆粒（顆粒直徑 5~10 μm 左右化物夾雜，或者包含結(jié)晶器保護(hù)渣成分的復(fù)合夾雜。連鑄坯的表面缺陷都具有遺傳性，會(huì)對(duì)后續(xù)的軋制和涂鍍等工序

23x23x2323且在 TiOx-Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)?Al2O3的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致鋼滴進(jìn)入夾雜物內(nèi)部，3包裹鋼滴的夾雜物。10 年，王敏[23]通過(guò)形核理論很好地解釋了IF鋼中Al2O3-TiN 的形成機(jī)理iFe 合金化后由于局部 ωTi·ωN濃度積有很大的過(guò)飽和度，滿足異質(zhì)形核以鋼液中 Al2O3為核心生成 Al2O3-TiN 復(fù)合夾雜，但此時(shí)的 TiN 并不穩(wěn)液中 ωTi濃度的均勻而發(fā)生分解，在凝固過(guò)程中由于溫度的降低和 ωTi固前沿 TiN 再次析出。 IF 鋼生產(chǎn)過(guò)程中，水口結(jié)瘤是一個(gè)較為困難的問(wèn)題，多年來(lái)對(duì)生產(chǎn)技很大的困擾。典型的浸入式水口結(jié)瘤形貌如圖 2 所示。由于氧化鋁的0℃，彌散的氧化鋁不但降低了鋼水的潔凈度，而且惡化了鋼液的流動(dòng)產(chǎn)中，水口結(jié)瘤物以氧化鋁最為常見(jiàn)。王剛[30]等對(duì)梅鋼浸入式水口結(jié)分析后發(fā)現(xiàn)：結(jié)瘤物中氧化鋁夾雜占總結(jié)瘤物的質(zhì)量比高達(dá) 51.81%，瘤、鑄坯質(zhì)量下降的主要原因。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2736043