一种直弧型连铸机的蠕变弯曲蠕变矫直方法
【专利摘要】本发明公开了一种直弧型连铸机的蠕变弯曲蠕变矫直方法，其内容为：确定连铸坯材料在弯曲段至矫直段温度范围的屈服强度σs，选取连铸坯材料进行高温蠕变拉伸试验的恒应力σ，使σ<σs，确定连铸坯材料在某一温度和低于屈服应力σs情况下的最小蠕变应变速率；根据连铸坯厚度D和许用应变，根据直弧型连铸机机型的铸机高度、冶金长度和拉坯速度工艺参数，使弯曲段曲率变化率高于矫直段曲率变化率，缩短基本圆弧段弧长，增加连铸坯蠕变时间，使连铸坯在弯曲和矫直过程中有充足的时间进行蠕变变形；选取合适的机型曲线，使连铸坯在弯曲段和矫直段的应变速率低于试验确定的最小蠕变应变速率，以低于屈服应力的状态发生蠕变变形，最终实现连铸坯的蠕变弯曲和蠕变矫直。
【专利说明】
一种直弧型连铸机的蠕变弯曲蠕变矫直方法
技术领域
[0001] 本发明属于连续铸钢领域，特别涉及一种直弧型连铸机的蠕变弯曲蠕变矫直方 法。
【背景技术】
[0002] 连铸坯弯曲矫直技术是钢铁连铸生产中的关键技术。直弧型连铸机的弯曲矫直过 程是指连铸坯在外力矩作用下从竖直发生弯曲，然后具有一定曲率半径的连铸坯再通过矫 直力矩变成水平的过程。伴随着当今高效连铸技术的发展，连铸坯的弯曲矫直方法也从单 点弯曲、单点矫直逐步发展到多点弯曲、多点矫直、渐进弯曲、渐进矫直、连续弯曲和连续矫 直等。连铸坯的弯曲矫直技术对于避免产生裂纹，提高铸坯质量和生产效率至关重要。
[0003] 目前国内直弧型连铸机使用十分普遍，大多采用多点弯曲多点矫直技术，近些年 一些新建的连铸机普遍采用了连续弯曲连续矫直技术，无论哪种矫直技术都被认为连铸坯 的弯曲矫直变形必须达到塑性屈服条件，即弯曲矫直力矩大于塑性弯矩，弯曲矫直应力大 于屈服应力，但是弯曲矫直过程的塑性变形有可能导致铸坯出现裂纹等质量缺陷。直弧型 连铸机在设计弯曲段时，多以矫直段为基础，把弯曲作为矫直的逆向情况考虑，弯曲段和矫 直段采用的变形原理相同，但是由于连铸坯在弯曲段的温度明显高于矫直段的温度，现有 的设计方法并没有充分发挥材料的蠕变性能。另外，直弧型连铸机大多都有非常长的圆弧 段，该段圆弧段并不会使连铸坯发生变形，弯曲段和矫直段弧长相对较短，导致连铸坯在变 形区应变速率大，增大裂纹出现的概率。
[0004] 因此，提出一种针对直弧型连铸机的蠕变弯曲蠕变矫直方法，依靠连铸坯材料的 高温蠕变变形，合理的分布并且延长弯曲段弧长和矫直段弧长，使连铸坯在整个机型辊道 中增加蠕变变形时间，在弯曲段和矫直段区间充分发生蠕变变形而不发生塑性变形，可以 降低弯曲矫直力矩和弯曲矫直应力，从而降低裂纹出现的风险，提高铸坯的质量。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种直弧型连铸机的蠕变弯曲蠕变矫直方法，其要解决的技术问题 是:依据连铸坯材料高温蠕变特性，使连铸坯在弯曲段变形快，在矫直段变形慢，合理的分 布和延长弯曲段弧长和矫直段弧长，缩短基本圆弧段弧长，使铸坯在弯曲矫直变形时应力 均小于屈服强度，不发生塑性变形，依靠蠕变变形进行蠕变弯曲和蠕变矫直，可以避免裂纹 的产生，提高铸坯的质量。
[0006] 为解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种直弧型连铸机的蠕变弯 曲蠕变矫直方法，该方法内容包括如下步骤：
[0007] 1、确定连铸坯材料在弯曲段至矫直段温度范围的屈服强度〇s，选取连铸坯材料进 行高温蠕变拉伸试验的恒应力〇，使 〇〈〇8，然后确定连铸坯材料在某一温度和低于屈服应力 〇s情况下的最小蠕变应变速率< ; D
[0008] 2、根据连铸坯厚度D和许用应变，由公式A 确定连铸机的基本圆弧半径Ro， 根据直弧型连铸机机型的铸机高度、冶金长度和拉坯速度工艺参数设计合理的具有低曲率 变化率的弯曲段曲线和矫直段曲线，充分发挥连铸坯材料高温蠕变性能，合理分配弯曲段 和矫直段的曲率和弧长，使弯曲段曲率变化率高于矫直段曲率变化率，缩短基本圆弧段弧 长，增加连铸坯蠕变时间，使连铸坯在弯曲和矫直过程中有充足的时间进行蠕变变形；
[0009] 3、选取合适的机型曲线，使连铸坯在弯曲段和矫直段的应变速率低于试验确定的 最小蠕变应变速率4,此时连铸坯在弯曲矫直变形过程中所受应力低于屈服应力，以低于 屈服应力的状态发生蠕变变形，整个弯曲矫直过程不发生塑性变形，最终实现连铸坯的蠕 变弯曲和蠕变矫直。
[0010] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0011] (1)连铸坯在弯曲矫直变形过程中，依靠蠕变变形，并不发生塑性变形，弯曲矫直 应力始终低于屈服应力，降低了裂纹产生的可能性；
[0012 ] (2)延长了弯曲段弧长和矫直段弧长，大大缩短了基本圆弧段弧长，使连铸坯在整 个辊列中增加了蠕变变形时间，将弯曲段和矫直段辊列分别以不同的曲率变化率布置，充 分利用了材料的高温蠕变性能；
[0013] (3)直弧型连铸机蠕变弯曲蠕变矫直方法的弯曲段弧长和矫直段弧长使连铸坯应 变速率更低，有利于提高连铸坯质量，良好的适应连铸坯较高的拉坯速度。
【附图说明】
[0014] 图1是1200°C蠕变应变和蠕变应变速率图；
[0015] 图2是传统五点弯曲五点矫直技术机型曲线图；
[0016]图3是蠕变弯曲蠕变矫直技术机型曲线图；
[0017] 图4是应变速率与蠕变应变速率对比图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。所描述的实施例仅仅是 本发明的部分实施例。
[0019] 首先，连铸坯材料选用Q345C，由于连铸坯因弯曲矫直发生的裂纹都在内部，实际 生产中连铸坯在弯曲矫直过程中表面温度都在l〇〇〇°C以上，因此以选用1200 °C作为参考。 通过1200°C恒定应变速率0.01S<进行拉伸试验，测得该温度下的屈服强度为16.20MPa，然 后以恒定应力14MPa在1200 °C进行拉伸试验，测得该材料在1200 °C时的蠕变曲线和蠕变速 率曲线，图1所示是1200°C蠕变应变和蠕变应变速率图，从图1可以看出该材料在1200°C时 的最小蠕变速率为7.45 X 1〇?。
[0020] 图2所示是传统五点弯曲五点矫直技术机型曲线图，参考图2中R9300mm五点弯曲 五点矫直机型曲线的直弧型连铸机工艺尺寸，连铸还厚度230mm，拉速1.5m/min，连铸机高 度12305.55mm，冶金长度35.8m，垂直段弧长1465mm，弯曲段CD弧长1030mm，基本圆弧段BC弧 长13300mm，矫直段AB弧长1520mm。针对该连铸机连铸坯厚度230mm，根据许用应变1.5%到 2%，取1.5%，则基本圆弧半径R〇应大于7666mm，取基本圆弧半径R〇为8000mm。图3所示是蠕 变弯曲蠕变矫直技术机型曲线图，选用图3中曲率正弦变化的新机型曲线，其中弯曲段CD弧 长8000mm，基本圆弧段BC弧长1920.8mm，矫直段AB弧长10000mm，曲线相对于弧长的关系方 程式为：
[0021]
⑴
[0022]式中L为弯曲段或矫直段总弧长，根据转角与曲率的关系，得出曲线转角与弧长的 关系方程式为：
[0023]
(2)
[0024]矫直段AB在Χ0Υ坐标系下的曲线参数方程表达式为：
[0025](? L U \ V 、+
[0026] 弯曲段⑶在X' 0' Y'坐标系下的曲线参数方程表达式为：
[0027]
(4)
[0028] 其中s为曲线弧长，mm。
[0029] 通过斜率tana (s)可以计算得出弯曲段结束点的斜率为〇. 7393和矫直段开始点的 斜率为1.0210,由于两条曲线在设计时初始坐标系不同，通过坐标轴平移和旋转，统一坐标 系下弯曲段结束点的斜率为1.3526,弯曲段与矫直段无法光滑连接，中间选取过渡圆弧段， 半径Ro为8000mm，起始圆心角-0.7393rad，终止圆心角-0.9794rad，通过过渡圆弧段可将矫 直段曲线和弯曲段曲线光滑无突变的连接起来。
[0030] 针对图3中机型曲线对连铸坯的弯曲矫直应变进行计算，由于连铸坯在弯曲过程 中外弧侧受拉容易出现裂纹，取中性层偏向外弧侧连铸坯内部1200Γ位置计算应变;连铸 坯在矫直过程中内弧侧受拉容易出现裂纹，取中性层偏向内弧侧连铸坯内部1200°C位置计 算应变速率。在这一位置的应变速率与最低蠕变应变速率对比如图4中所示，从图4中可以 看出按照图3所示机型曲线布置的辊列使连铸坯应变速率更低，并且变化趋势符合正弦规 律。图4所示中新机型曲线的弯曲段应变速率最大值为7.3 X1(T5S4,矫直段应变速率最大 值为3.7 X 1(T5S'可以看出新机型曲线中连铸坯在弯曲段比矫直段变形快，这也符合材料 温度高蠕变快的规律，可以充分发挥连铸坯材料的高温蠕变性能，并且应变速率的最大值 均小于最小的蠕变应变速率，连铸坯在全程运行过程中实现了蠕变弯曲和蠕变矫直，证明 了该方法的可行性。
【主权项】
1. 一种直弧型连铸机的蠕变弯曲蠕变矫直方法，其特征在于：该方法内容包括如下步 骤： (1) 确定连铸坯材料在弯曲段至矫直段温度范围的屈服强度〇s，选取连铸坯材料进行高 温蠕变拉伸试验的恒应力σ，使〇〈 〇s，然后确定连铸坯材料在某一温度和低于屈服应力(V倩 况下的最小蠕变应变速率兔； (2) 根据连铸坯厚度D和许用应变，由公确定连铸机的基本圆弧半径R〇,根 据直弧型连铸机机型的铸机高度、冶金长度和拉坯速度工艺参数设计合理的具有低曲率变 化率的弯曲段曲线和矫直段曲线，充分发挥连铸坯材料高温蠕变性能，合理分配弯曲段和 矫直段的曲率和弧长，使弯曲段曲率变化率高于矫直段曲率变化率，缩短基本圆弧段弧长， 增加连铸坯蠕变时间，使连铸坯在弯曲和矫直过程中有充足的时间进行蠕变变形； (3) 选取合适的机型曲线，使连铸坯在弯曲段和矫直段的应变速率低于试验确定的最 小蠕变应变速率4，此时连铸坯在弯曲矫直变形过程中所受应力低于屈服应力，以低于屈 服应力的状态发生蠕变变形，整个弯曲矫直过程不发生塑性变形，最终实现连铸坯的蠕变 弯曲和蠕变矫直。
【文档编号】B22D11/128GK105945248SQ201610446471
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】张兴中, 郭龙, 张赫鑫
【申请人】燕山大学