一种降低重轨钢中A类夹杂物评级的连铸坯凝固组织控制方法技术

本发明专利技术涉及一种降低重轨钢中A类夹杂物评级的连铸坯凝固组织控制方法，该方法通过确定重轨钢钢轨中A类夹杂物尺寸，结合铸坯压缩比确定重轨钢连铸坯中MnS夹杂物尺寸限制条件，并以此作为连铸坯MnS夹杂物控制的基础条件，结合重轨钢钢中成分和工艺条件，计算不同重轨钢中S含量的连铸坯凝固组织(一次枝晶间距λ1)，确定连铸坯中MnS尺寸与钢中S含量和一次枝晶间距之间的定量关系；在此基础上，结合重轨钢连铸坯中MnS夹杂物尺寸限制条件，定量确定重轨钢中不同S含量条件下，所需控制的连铸坯凝固组织，从而达到满足重轨钢A类夹杂物控制要求。本发明专利技术首次提出通过控制凝固组织的一次枝晶间距达到有效控制硫化锰夹杂物尺寸的目的。

A method for controlling solidification structure of continuous casting billet for reducing class a inclusion in heavy rail steel

The invention relates to a method to control the solidification structure of continuous casting billet in heavy rail steel. The method determines the size limit of MnS inclusions in the continuous casting billet of heavy rail steel by determining the size of the inclusions in the rail steel and the compression ratio of the billet, and as the basis for the control of the MnS inclusions in the continuous casting billet. Based on the composition and technological conditions of heavy rail steel, the solidification structure of S content in different heavy rail steel (one dendrite spacing of 1) was calculated, and the quantitative relationship between MnS size and S content in steel and the primary dendrite spacing in continuous casting billet was determined. On this basis, the quantitative restriction of the size of MnS inclusions in the billet of heavy rail steel was quantified. To determine the solidification structure of continuous casting billets under different S content in heavy rail steel, so as to meet the control requirements of class a inclusion in heavy rail steel. The aim is to effectively control the size of manganese sulfide inclusions by controlling the primary dendrite spacing of solidification structures.

【技术实现步骤摘要】
一种降低重轨钢中A类夹杂物评级的连铸坯凝固组织控制方法
本专利技术属于钢铁冶金连铸
，具体涉及一种降低重轨钢中A类夹杂物评级的连铸坯凝固组织控制方法。
技术介绍
在连铸坯进行凝固的过程中，有些硫化锰(MnS)虽然析出尺寸并不大，但由于MnS属于塑性夹杂，在后期的轧制过程中极易变形，变形过程中尺寸明显变大，会对钢轨造成很大的危害。由于钢轨的超负荷工作，夹杂物的生成会使其在基体界面形成应力集中，由于长时间受力，进而产生裂纹。MnS夹杂物是在凝固末端析出，由于界面张力的原因，通常都是在晶界处富集，勾勒晶界形状的同时聚集的形状多为链状和长条状，这样会造成晶界滑移，从而生成钢材的裂纹。而在腐蚀环境下，根据电化学的原理，电极差的原因导致MnS夹杂和钢基体的界面处极易被腐蚀。在钢轨发生损坏，需要维护和维修时，往往会需要进行高温焊接，在这一过程中，热影响区的MnS夹杂物会随着温度的升高而固溶于奥氏体晶界中，当热影响区从最高温度冷却下来而收缩时，本来存在于原奥氏体晶界上的液体MnS薄膜有可能引起热撕裂。夹杂物会使钢基体发生疲劳破坏，引起裂纹的方式共有两种，其一是钢轨在重载条件下所受到的应力，钢轨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低重轨钢中A类夹杂物评级的连铸坯凝固组织控制方法，其特征在于，其该方法包括如下步骤：S1：明确连铸坯中MnS夹杂物尺寸限制条件根据重轨钢中A类夹杂物评级标准要求重轨钢中MnS夹杂物的尺寸，采用如公式(1)定量确定重轨钢连铸坯中MnS夹杂物尺寸限制：

【技术特征摘要】
1.一种降低重轨钢中A类夹杂物评级的连铸坯凝固组织控制方法，其特征在于，其该方法包括如下步骤：S1：明确连铸坯中MnS夹杂物尺寸限制条件根据重轨钢中A类夹杂物评级标准要求重轨钢中MnS夹杂物的尺寸，采用如公式(1)定量确定重轨钢连铸坯中MnS夹杂物尺寸限制：其中，所述ζ为压缩比，Lc为所述连铸坯中MnS夹杂物长度，Lr为钢轨中MnS夹杂物长度；要求重轨钢连铸坯中MnS夹杂物尺寸小于连铸坯中MnS夹杂物尺寸限制条件如公式(2)所示，即：r≤0.5Lc(2)其中，所述r为连铸坯中MnS夹杂物半径；S2：连铸坯固液两相区溶质偏析计算根据钢凝固过程中枝晶横截面一维溶质扩散控制方程(3)计算溶质浓度；其中，初始条件：当t＝0时，边界条件：当x＝0和x＝1/2λ1时，其中，所述λ1为一次枝晶间距，单位为m；所述Cl，i和Cs，i分别为元素i在钢液中的初始浓度、液相l和固相s中溶质浓度，单位为％；Ds,i(T)为溶质元素i在固相s中的扩散系数，单位为m2/s；t为时间，单位为s；分别为溶质元素i在s/l，δ/l，γ/l界面平衡分配系数；所述λ1为连铸坯凝固组织特征参数，其与钢连铸凝固过程固液界面推进速率V和温度梯度G满足公式(4)，λ1＝ζ·V-0.25G-0.5(4)；其中，ζ为常数，根据公式(5)计算获得，所述Tl为钢液相线温度，所述Ts为钢固相线温度，单位为K；Dl为溶质液相扩散系数，2.0×10-9m2/s；k为溶质平衡分配系数；Γ为Gibbs-Thomson系数，1.9×10-7K﹒m；S3：连铸坯中MnS夹杂物析出计算根据在任意时刻t，无论是否有MnS夹杂的析出，S夹杂的析出，控制单元体积内溶质元素Mn和S均满足质量守恒如公式(6)、(7)，可计算获得相中析出MnS所消耗的S含...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗森，陈天明，于宗溟，陈亮，王朝辉，李红光，朱苗勇，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21