当前位置: 首页 > 专利查询>东北大学专利>正文

连铸坯表面裂纹扩展临界应变测定及其裂纹扩展预测方法技术

技术编号:24328868 阅读:237 留言:0更新日期:2020-05-29 18:56
一种连铸坯表面裂纹扩展临界应变测定及其裂纹扩展预测方法,属于连铸技术领域。该方法建立三维热/力耦合模型,模拟在连铸过程中,连铸坯传热、变形情况,得到浇铸全流程连铸坯表面应变连续演变云图,得到测试温度范围,在测试温度范围,通过预制裂纹试样的高温拉伸实验,得到应力‑应变曲线,通过在不同应变量下裂纹显微组织观察,能够准确测定连铸坯表面裂纹扩展临界应变,并基于临界应变对连铸坯表面裂纹扩展进行预测,对生产提出减少表面裂纹扩展的实施对策,进而控制裂纹缺陷,提高铸坯质量。

Critical strain measurement and prediction of surface crack growth of continuous casting slab

【技术实现步骤摘要】
连铸坯表面裂纹扩展临界应变测定及其裂纹扩展预测方法
本专利技术涉及一种连铸
,具体涉及一种连铸坯表面裂纹扩展临界应变测定及其裂纹扩展预测方法。
技术介绍
连铸坯凝固过程中极易发生裂纹缺陷,是连铸坯三大质量问题之一。连铸坯裂纹类型迥异、成因复杂,但大多是由于浇铸过程中连铸坯某一位置处的热应力、机械应力等内外力超过了该位置处铸坯自身热塑性极限所导致的。因此,研究连铸坯裂纹萌生、扩展规律,需先依据实际铸坯的成分、组织、温度确定裂纹萌生和裂纹扩展的临界准则;再通过计算或模拟得到铸坯的变形状态;最后通过对比分析预测裂纹萌生、扩展的风险性。一般认为,连铸坯表面裂纹主要在结晶器内萌生,在后继矫直、压下等过程中扩展。铸坯在结晶器阶段:一方面初凝坯壳在钢水静压力和渣道压力作用下发生变形,从而形成表面振痕,在结晶器振动与铸坯初凝过程中,机械应力与热应力最为集中;另一方面,由于铸坯收缩导致初凝坯壳角部与结晶器内部间形成气隙热阻,传热速率大幅下降,奥氏体晶粒粗大,在奥氏体晶界上先共析铁素体膜充分生长、微合金碳氮化物充分析出,大大弱化了晶界强度;在上述两方面的综合作用下,铸坯表面,特别是振痕谷底处,极易形成微裂纹。在后继顶弯、矫直、压下过程中,铸坯表面受到的机械应力与热应力将导致微裂纹进一步扩展,尤其是在矫直与压下过程中,铸坯沿拉坯方向变形显著,其恰好垂直于振痕方向,因此若振痕谷底处受到的拉应力超过临界扩展应力,将沿微裂纹进一步撕裂,形成真正的裂纹缺陷。大量学者就裂纹临界准则进行了研究,其中,部分学者以应力作为裂纹产生的判断依据,但由于大多数仪器在应力测量方面量程大、精度较低,因此,结果不精确;而大多数学者则以应变作为评价标准,其一方面应变真实反映铸坯的变形情况,另一方面仪器对应变的测量也相对较准确。裂纹临界准则的确定方法也不尽相同,如带液芯钢锭顶弯实验法、原位熔融弯曲实验法、浸入式激冷-撕裂实验法和高温拉伸法等。其中,高温拉伸实验法实验流程较为简单,采用热模拟实验机进行实验精度较高、误差较小,采用拉伸法确定临界应变的研究也比其他方法更为普遍。Young等(参考文献:WonYM,YeoTJ,SeolDJ,etal.Anewcriterionforinternalcrackformationincontinuouslycaststeels[J].MetallurgicalandMaterialsTransactionsB,2000,31(4):779-794)通过Gleeble热模拟实验机进行实验,确定了裂纹形成的临界应变;Yamanaka等(参考文献:YamanakaA,NakajimaK,OkamuraK.Criticalstrainforinternalcrackformationincontinuouscasting[J].Ironmaking&Steelmaking,1995,22(6):508-512.)通过单向拉伸带液芯圆柱形试样确定了中间裂纹形成的临界应变;Chong等(参考文献:YuCH,SuzukiM,ShibataH,etal.Simulationofcrackformationonsolidifyingsteelshellincontinuouscastingmold[J].ISIJInternational,1996,36(Sl):159-162.)通过拉伸和顶弯10mm×20mm×100~140mm的长方体试样,确定了裂纹形成的临界应变;Sony等(参考文献:PunnoseS,MukhopadhyayA,SarkarR,etal.Determinationofcriticalstrainforrapidcrackgrowthduringtensiledeformationinaluminidecoatednear-αtitaniumalloyusinginfraredthermography[J].MaterialsScienceandEngineering:A,2013,576:217-221.)通过拉伸实验确定了钛合金裂纹扩展的临界应变;Enos等(参考文献:EnosD,ScullyJ.Acritical-straincriterionforhydrogenembrittlementofcold-drawn,ultrafinepearliticsteel[J].MetallurgicalandMaterialsTransactionsA,2002,33(4):1151-1166.)通过拉伸圆柱形试样确定了裂纹形成的临界准则;Toru(参考文献:KatoT,ItoY,KawamotoM,etal.Preventionofslabsurfacetransversecrackingbymicrostructurecontrol[J].ISIJInternational,2003,43(11):1742-1750.)通过高温拉伸实验测定钢的热塑性进而评价裂纹产生的风险。可以看出,上述研究方法大多通过对铸坯样进行高温拉伸,测定断裂时的临界应变,均无法准确测定既有微裂纹裂纹的进一步扩展临界应变。鉴于此,本专利技术提出了一种测定连铸坯表面裂纹扩展的临界应变的方法,并基于得到的临界应变连铸坯表面裂纹扩展进行预测,从而指导生产。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题,本专利技术提供一种连铸坯表面裂纹扩展临界应变测定及其裂纹扩展预测方法,该方法通过预制裂纹试样的高温拉伸实验确定角部裂纹扩展的临界应变,能够准确测定连铸坯表面裂纹扩展临界应变,并基于临界应变对连铸坯表面裂纹扩展进行预测,对生产提出减少表面裂纹扩展的实施对策,进而控制裂纹缺陷,提高铸坯质量。为了实现上述目的,本专利技术的技术方案如下:本专利技术的一种连铸坯表面裂纹扩展临界应变测定的方法,包括以下步骤:步骤1:制备拉伸试样根据待测定的连铸坯成分,将连铸坯制成拉伸试样;步骤2:确定连铸过程中表面温度变化范围与应力应变变化范围建立三维热/力耦合模型,模拟在连铸过程中,连铸坯传热、变形情况,得到浇铸全流程连铸坯表面应变连续演变云图,确定应变集中位置,从而得到应变集中处的局部应变云图与局部温度云图,确定应变集中处对应的测试温度范围,并在该测试温度范围内选择多个温度作为测试温度;步骤3:测试不同温度下表面裂纹扩展的临界应变(1)根据步骤2确定的测试温度,对将步骤1制成的拉伸试样,在测试温度下,进行动态热力学模拟试验,得到不同测试温度下拉断试样的应力-应变曲线;根据不同测试温度下拉断试样的应力-应变曲线,确定各个测试温度的应力峰值所对应的应变,并将其确定为初步裂纹扩展临界应变;(2)在步骤2确定的测试温度下,对拉伸试样进行不同应变量的动态热力学模拟试验,得到拉伸后的试样;将拉伸后的试样的裂纹扩展情况进行显微组织观察,根据裂纹是否扩展及扩展裂纹深度,确定此温度条件下连铸坯表面裂纹扩展的临界应变;从而得到测试温度范围内对应的连铸坯表面裂纹扩展的临界应变。所述的步骤1中,拉伸试样的结构包括第一端部、本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种连铸坯表面裂纹扩展临界应变测定的方法,其特征在于,包括以下步骤:/n步骤1:制备拉伸试样/n根据待测定的连铸坯成分,将连铸坯制成拉伸试样;/n步骤2:确定连铸过程中表面温度变化范围与应力应变变化范围/n建立三维热/力耦合模型,模拟在连铸过程中,连铸坯传热、变形情况,得到浇铸全流程连铸坯表面应变连续演变云图,确定应变集中位置,从而得到应变集中处的局部应变云图与局部温度云图,确定应变集中处对应的测试温度范围,并在该测试温度范围内选择多个温度作为测试温度;/n步骤3:测试不同温度下表面裂纹扩展的临界应变/n(1)根据步骤2确定的测试温度,对将步骤1制成的拉伸试样,在测试温度下,进行动态热力学模拟试验,得到不同测试温度下拉断试样的应力-应变曲线;根据不同测试温度下拉断试样的应力-应变曲线,确定各个测试温度的应力峰值所对应的应变,并将其确定为初步裂纹扩展临界应变;/n(2)在步骤2确定的测试温度下,对拉伸试样进行不同应变量的动态热力学模拟试验,得到拉伸后的试样;将拉伸后的试样的裂纹扩展情况进行显微组织观察,根据裂纹是否扩展及扩展裂纹深度,确定此温度条件下连铸坯表面裂纹扩展的临界应变;从而得到测试温度范围内对应的连铸坯表面裂纹扩展的临界应变。/n...

【技术特征摘要】
1.一种连铸坯表面裂纹扩展临界应变测定的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:制备拉伸试样
根据待测定的连铸坯成分,将连铸坯制成拉伸试样;
步骤2:确定连铸过程中表面温度变化范围与应力应变变化范围
建立三维热/力耦合模型,模拟在连铸过程中,连铸坯传热、变形情况,得到浇铸全流程连铸坯表面应变连续演变云图,确定应变集中位置,从而得到应变集中处的局部应变云图与局部温度云图,确定应变集中处对应的测试温度范围,并在该测试温度范围内选择多个温度作为测试温度;
步骤3:测试不同温度下表面裂纹扩展的临界应变
(1)根据步骤2确定的测试温度,对将步骤1制成的拉伸试样,在测试温度下,进行动态热力学模拟试验,得到不同测试温度下拉断试样的应力-应变曲线;根据不同测试温度下拉断试样的应力-应变曲线,确定各个测试温度的应力峰值所对应的应变,并将其确定为初步裂纹扩展临界应变;
(2)在步骤2确定的测试温度下,对拉伸试样进行不同应变量的动态热力学模拟试验,得到拉伸后的试样;将拉伸后的试样的裂纹扩展情况进行显微组织观察,根据裂纹是否扩展及扩展裂纹深度,确定此温度条件下连铸坯表面裂纹扩展的临界应变;从而得到测试温度范围内对应的连铸坯表面裂纹扩展的临界应变。


2.根据权利要求1所述的连铸坯表面裂纹扩展临界应变测定的方法,其特征在于,所述的步骤1中,拉伸试样的结构包括第一端部、第二端部、中间部和第一连接部和第二连接部,第一端部和第二端部设置在拉伸试样两端,第一端部通过第一连接部和中间部的一端连接,中间部的另一端通过第二连接部和设置在另一端的第二端部连接;所述的中间部设置有凹口,凹口位于中间部相对的两侧,凹口的角度为1-50°,深度为为1mm。


3.根据权利要求2所述的连铸坯表面裂纹扩展临界应变测定的方法,其特征在于,所述的拉伸试样长度为...

【专利技术属性】
技术研发人员:祭程朱苗勇李国梁
申请(专利权)人:东北大学
类型:发明
国别省市:辽宁;21

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1