随着钢铁工业的不断发展,薄板坯连铸直接轧制技术已被广泛用于生产扁平材产品。塔塔钢铁位于荷兰艾默伊登的工厂在2000年引入了DSP(Direct Sheet Plant)生产线。为了扩大DSP生产线的产品种类,提升现有薄板坯连铸产品的质量,借助计算机模拟仿真来制定、优化薄板坯连铸生产工艺是一种广泛认可的、行之有效的方法。由此,挪威能源技术研究所(IFE),塔塔钢铁欧洲研究中心(TaTa)和北京科技大学(USTB)共同合作开发了薄板坯连铸过程的有限元模型——SteelSim。目前,SteelSim已经能够完成薄板坯连铸过程的多场耦合模拟。然而,该模型还不够完善,需要对模型的计算结果进行仔细分析,找出模型存在的不足。其次,在有限元建模过程中,计算结果的准确性依赖于输入参数的可靠性。本构参数就是其中最重要的输入参数之一,这些参数需要在实验条件下进行测量。在薄板坯连铸质量控制方面,面临的一个主要问题就是防止热裂纹的形成,尤其是防止包晶凝固过程中热裂纹的形成。然而,目前几乎所有的主流热裂模型基本都是两相模型,不能反映包晶凝固的特征。基于上述现状,本项研究以钢的薄板坯连铸为背景,主要开展了三部分的工作:①薄板坯连铸过程的多场有限元耦合模拟。②过包晶钢AHSS(0.22C-1Si-2.1Mn)的高温力学性能研究。③AHSS钢的包晶凝固特性研究及热裂敏感性评估。在薄板坯连铸过程的有限元建模方面,用SteelSim模型的计算结果对比分析了低碳铝镇静钢(LCAK)和无取向硅钢(NGO)在薄板坯连铸过程中的温度场分布、应力场分布以及铸坯的变形情况。重点关注了两种铸坯在液心压下部分的变形情况。计算结果表明:两个钢种均发生了鼓肚,但鼓肚量存在差异。与LCAK相比,NGO有较大的窄面鼓肚量。此外,NGO在液心压下的初期出现了不均匀的应力分布,导致铸坯出现了宽展。而LCAK的应力分布则较为均匀,宽展量可忽略不计。在过包晶钢AHSS(0.22C-1Si-2.1Mn)的高温力学性能研究方面,根据薄板坯连铸的特点,设计了高温拉伸实验的实验方案,实验方案用拉伸试样的断口分析进行了验证。根据设计的实验方案,测试了试样在1173 K-1573 K(900℃-1300℃)和应变速率为10-3 s-1-1 s-1条件下的力学性能。拉伸测试的结果被用于计算材料的本构参数,激活能图和热加工图。结果表明:原始的阿伦尼乌斯型本构模型便可较为准确的描述AHSS钢的本构行为。在一定的应变速率下,激活能的最大值出现在1373 K(1100 ℃),极有可能获得无缺陷的微观组织。在一定的温度条件下,激活能的最小值出现在应变速率为10-2 s-1时,此时微观组织和力学性能会有较大的波动。结合热加工图的计算结果和拉伸试样截面的组织分析,表明:微孔的形成是目前热变形过程主要的不稳定因素。在AHSS钢的包晶凝固特性研究及热裂敏感性评估的研究方面,用高温共聚焦显微镜(CSLM)对AHSS钢的凝固过程进行了原位观察。通过对凝固过程的分析,发现溶质浓度的变化和液相的不均匀分布是枝晶间包晶反应特性存在差异的主要原因。结合整个实验过程,发现:在实验可视范围内,该钢种的凝固序列发生了变化,呈现亚包晶钢的凝固过程。根据包晶凝固的特点,对Feurer判据进行了改进。通过对原位观察实验结果的分析和杠杆原理计算,用改进后的Feurer判据计算了过包晶AHSS钢在实验凝固过程和平衡凝固过程中的热裂敏感性。结果表明:实验凝固过程的裂纹敏感性比平衡凝固过程要大的多。计算结果同时也反映出目前主流的热裂判据在评估钢在包晶凝固过程中的裂纹敏感性时存在的诸多不足。以上研究的综合应用,为DSP薄板坯连铸过程的工艺优化和质量控制奠定了研究基础,也必将在之后的研究中发挥其重要作用。