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连铸坯在凝固过程中要承受到多种力的作用,如热应力、钢水静压力和矫直应力等。一旦这些应力的总和在连铸坯某一薄弱部位超过它所能承受的极限,便会造成开裂(内裂纹或表面裂纹),恶化铸坯的质量。因此,研究铸坯中的应力分布信息对于减少裂纹发生的几率,提高铸坯质量具有重要意义。 针对圆坯连铸出现较多的裂纹问题,本文以国内某圆坯连铸机为研究对象,运用弹塑性理论及有限单元法,建立了圆坯热弹塑性应力数学模型。并采用VisualBasic语言为编程工具,自行开发了圆坯连铸二冷应力仿真软件。该软件的特点是:模型简化少,计算边界条件更与实际连铸过程接近;适用于任何圆坯连铸机;界面友好,易于掌握。软件在模拟计算过程中,铸坯以二维切片形式沿拉坯方向运动,并可以实时显示铸坯断面典型位置的温度、应力、应变及裂纹形成指数等数值。软件具有强大的数据后处理功能,可以绘制任一断面数据结果的等值线图。 本研究根据现场生产情况,选择了极具代表性的管线钢L245B进行分析。首先对其进行高温性能测试,在高温性能测试中,重点测试了管线钢L245B(连铸坯)的液相线温度、固相线温度、热膨胀性能、弹性模量及抗拉强度等参数。这些参数可为研究连铸过程铸坯的传热及应力状态提供了宝贵的资料和基础数据。 为验证自行开发软件的可靠性,本研究同时利用大型非线性有限元商业软件MSC.Marc和圆坯二冷应力仿真软件在同样的边界条件下对圆坯的典型断面进行仿真计算,模拟圆坯连铸过程中,铸坯凝固时的热力行为。本文着重研究了热应力、钢水静压力及拉矫力等形成的综合应力在铸坯横断面上的分布情况,并进行了裂纹预测。仿真结果表明:两者得到的仿真结果的数值及其分布规律基本一致。说明,所建立的热弹塑性应力数学模型是正确的,自行开发的软件是可靠的。 本研究还跟踪调研了圆坯连铸生产中出现较多的裂纹质量问题。通过对比分析发现,实际圆坯连铸过程中出现的裂纹,无论是裂纹的类型还是裂纹出现的位置,都与仿真结果基本一致。此较好地说明了本研究所建立的应力模型是正确的,边界条件及材料特性的选取是符合实际的。自行开发的圆坯二冷应力仿真软件可为圆坯连铸提供重要的参考,其对于改善圆坯质量具有重要意义。