[发明专利]一种连铸坯角部裂纹扩展临界应变的测定方法

说明书

一种连铸坯角部裂纹扩展临界应变的测定方法，属于连铸技术领域。该方法为：先在连铸坯上取样，设置合理的缺口深度、角度以预制裂纹。之后对连铸过程中铸坯的角部温度场进行模拟，判断裂纹敏感区，确定加热制度、变形速度。最后结合裂纹敏感区的实际应变速率进行原位拉伸试验，动态观察和分析材料微观变形形貌及断裂机制，并实时记录拉伸时的金相组织变化情况。结合出现裂纹扩展现象时的拉伸长度与试验中所得到的应力‑应变曲线来确定角部裂纹扩展的临界应变。该方法提供了连铸坯角部裂纹扩展临界应变的测定方法，更具普适性，其不受成分的限制，试验过程简洁，试验结果准确。

技术领域

本发明涉及一种连铸技术领域，具体涉及一种连铸坯角部裂纹扩展临界应变的测定方法。

背景技术

裂纹是连铸坯主要质量问题之一，在各类缺陷中裂纹约占50％。在连铸过程中，钢中Nb、V、Ti等微合金元素与C、N形成细小弥散的碳化物、氮化物和碳氮化物，并在奥氏体晶界或者晶界的薄膜状铁素体析出，使钢的高温热塑性变差，连铸坯表面易产生裂纹，尤其是横裂纹和角部横裂纹的发生率明显高于普通钢铸坯。连铸过程中，铸坯角部受二维冷却的作用降温速度较快，当铸坯到达铸机的弯曲矫直段时，角部温度恰好处于第三脆性温度区间波谷附近，此时塑性极差，容易引发裂纹从铸坯角部产生。而连铸过程中铸坯形成裂纹的根本原因就是在外力、热应力等的作用下，铸坯变形超过了材料破坏极限，即变形时的应变超过了铸坯的临界应变，导致裂纹缺陷的形成和扩展。所以通过试验确定铸坯的临界应变，从而确定角部裂纹扩展的临界准则以指导工艺实践，控制工业生产中的拉伸应变位于临界应变以下。

目前，裂纹临界准则的确定也有多种方法，Miyazaki等和Yasunaka等采用带液芯钢锭顶弯实验确定中间裂纹和表面裂纹的临界应变值；Tooru等采用原位熔融弯曲实验测量了中间裂纹萌生的临界应变值；也有学者采用浸入式激冷-撕裂实验确定裂纹形成的临界值；但考虑到试验结果的准确性，实验成本以及操作复杂性，大部分学者还是选择简单的高温拉伸法来测定裂纹产生的临界值。但其中很少发现针对于角部裂纹扩展临界应变值的测定方法。

专利201210046904.9“一种铸坯内裂缺陷的在线预报方法”其在现有的L2级计算机中或相同控制等级上，设置一模型计算机，通过实时、在线模拟计算铸坯的冷却凝固过程，获得铸坯内部的受力应变信息，再根据应变的变化趋势实时地对铸坯的内裂缺陷进行预报；然后把生产过程中的铸坯质量信息及时传递到切割L1计算机，可广泛用于板坯连铸生产过程中铸坯之切割过程的优化/控制领域。在外力的作用下，连铸板坯会产生一定的应变，若累积应变超过了临界应变，就会出现内部裂纹。此方法可以把铸坯信息传递给切割机，但是连铸坯应变参数，具体实际临界应变值的测量方法，裂纹检测手段尚未介绍。

专利202010088411.6“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”建立了三维热/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温度场热模拟图，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。但其在热拉伸试验测得应力-应变曲线之后还需对拉断试件重新进行金相组织观察，增加了工作量。且连铸坯角部的边界换热条件复杂，并没有对其温度场变化进行单独分析，对于表面裂纹临界应变测定的方法并不适用于角部裂纹。