摘要：文中测量了SWRH82B钢高温力学性能参数，找出了SWRH82B钢的脆性温度区间，确定了二次冷却目标表面温度曲线；然后根据铸机参数和热物性参数，利用编制的仿真软件仿真计算出具体铸机的二冷水量，开发了方坯连铸SWRH82B钢的二冷制度，并取得了比较好的效果。

关键词：方坯连铸；二次冷却；力学性能参数；脆性温度区间；水量

      SWRH82B是硬线用钢，目前国内只有武汉钢铁(集团)公司、鞍山钢铁(集团)公司几家钢厂能够用大方坯连铸机生产该钢种，生产该钢种对连铸二冷制度要求很高，因为二冷强度及各段水量的分配对铸坯质量影响很大，除了对铸坯裂纹有很大的影响，还对铸坯的偏析、疏松和缩孔有一定的影响。作者根据多年的工作经验，测试了该钢种的高温力学性能，结合仿真软件，开发出了具体的小方坯连铸机的二冷制度，应用到实际生产中，取得了良好的效果。

1试样加工及其测试方案

为了考察所测试的连铸坯在高温下的力学性利用Gleeble-1500D型热模拟实验机对SWRH82B钢的连铸坯样品进行高温机械性能试。实验时将铸坯加工成Φ10mm×120mm圆棒试样，如图1所示。试样两端加工成M10普通螺丝状，其试样的化学成份(质量分数)：C为0．81％，Mn为0．77％，Si为0．30％，P为0．01 5%，S为0．01 1％。

    实验步骤：将试样夹持在真空度为1．33×10^-5MPa的真空室的夹头上，通过大电流以15℃／s的速度加热试样，从室温加热至所测试温度以上50℃时，保温5min。然后开始降温过程至所测温度值，在所测试的温度下保温5min，待试样内外温度均匀后，进行热拉伸实验。

  连铸坯高温力学性能测试实验中，选用的应变率为：1×10^-3s^-1。

2结果与讨论

  根据所测的数据绘图见图2。

    SWRH82B钢高温力学性能测试结果分析：

    (1)所测试的数据与温度的关系最大，与取样的部位及方向关系不大。在同一温度下测量不同的试样时，其实验数据存在一定的偏差，如果相差不大，则取平均值。

    (2)从图2可以看出，试验温度显著影响材料的高温力学性能。SWRH82B钢在600～1 300℃中只出现了2个脆性区(没有出现第2脆性区)。在600～775℃时出现了1个低温脆性区(第3脆性区)，这一脆性区的断面收缩率较低，其最低值在60％左右。在775～1 200℃中，铸坯的断面收缩率较高，基本都在90％以上。当温度在1 200℃熔点(Tm)范同内时，SWRH82B钢连铸坯的塑性迅速下降，出现了高温脆性区(第1脆性区)。同时从图中也可看出随温度上升，钢的高温强度逐渐降低。

  (3)对SWRH82B钢的连铸过程，如上所述，第3延性区的这一范围大致在700～775℃左右。在连铸二冷仿真和连铸生产对二次冷却的表面温度的控制中，只从断面收缩率1个指标考虑，铸坯二冷目标表面温度和矫直区域的表面温度应该高于775℃以上，为保险起见，其表面温度最好在800℃以下。

3二冷制度制定及仿真结果

3．1  铸机参数

    研究对象是小方坯连铸机，其主要参数见表1。

3．2  二冷制度的确定

    目前国外用小方坯生产SWRH82B一般采用强冷，尽可能地增加等轴晶的比例，阻碍枝晶的生长，但控制难度大，国内生产该钢种多采用弱冷，本次研究中采用了弱冷。

    应用所建立的方坯连铸二冷仿真通用软件，根据中冶赛迪股份有限公司提供的铸机结构条件，在不同的拉速下对SWRH82B钢150mm×1 50mm断面的连铸凝固过程进行了仿真和优化计算，获得了SWRH82B钢的连铸二冷制度(不同托速下二冷各段的喷淋冷却水量)数据。

将仿真获得的二冷制度的原始数据进行回归分析处理．得到了SWRH82B钢在二冷区各段水量与拉速的关系式，见式(1)。此关系式中，各段水量随托速的变化关系符合二次曲线的关系式。

    Q=a+bv+cv²   (1)

    式中，Q为二冷各段的水量，L／min；v为拉速，m／min；a、b、c为系数(常数)。

    对公式(1)进行计算，获得了不同拉速下二冷各段的喷淋水量，其值列于表2中。

3．3仿真计算结果

    用上述仿真优化得到的二冷制度进行计算，获得了SWRH82B钢方坯连铸凝固过程中的主要凝同与冷却参数，见表3。

    从表中可以看出，在正常的连铸拉速范围内，由于对高碳钢的连铸，铸坯在高温下容易产生裂纹，因此其最高拉速一般均比较低；这样，在出结晶器时坯壳的厚度一般均远大于10．0 mm，满足冶金准则的要求。

    不同拉速下在矫直区域(矫直区域开始处离结晶器钢液面的距离为12．008 m；矫直区域结束处离结晶器钢液面的距离为13．475 m)铸坯的表面温度均远大于900℃，在正常拉速范围内(2．2～1．6 m／min左右)一般处于970～1060℃左右。

    用所获得的SWRH82B钢的二冷制度进行仿真计算，得到了在正常拉速下表面中心温度在拉坯方向上的变化规律，见图3。由于外弧、内弧和侧面处铸坯表面温度相差不大，因此图中仅以内弧处铸坯表面中心温度为例绘制图形。

    二冷喷淋段中，铸坯表面化温度总的变化趋势是：随着拉坯距离(距结晶器钢液面的距离)逐渐增加，表面温度是逐渐升高的；每一段中的铸坯表面温度有一定的波动，但这种波动并不大；在足辊区，如上所述，由于出结晶器时铸坯的表面温度较低而引起此段铸坯的表面温度有明显上升。在二冷二段、二冷三、四段，由于冷却强度(弱冷)与铸坯表面的放热基本能够达到平衡，所以铸坯的表面温度波动较小或回升很小。并且由于二冷喷淋区的整个长度较长(6．0 m左右)，因而在喷水段结束后铸坯的表面温度回升的趋势很小(实际上在喷水结束后铸坯的表面温度只有很小的回升)，秀对保证铸坯的质量特别是防止凝固前沿中间环节裂纹的产生非常有好处；在整个二冷喷淋区，由于二冷制度得到了优化，铸坯的表面温度总的波动相对比较小，二冷区铸坯的表面温度基本处于780～1 050℃左右的范围。

4  实际应用

    实践证明，对所研究的方坯铸机，生产SWRH82B钢的铸坯没有任何裂纹现象，铸机的最高拉速为2．0 m／min。常用拉速是1．8 m／min。

    从现场的测温看，不同拉速下在矫直区域的范围内，铸坯拉速是2．0 m／min时，铸坯的表面中心温度在980～1025℃，在常用拉速下一般处于950～1 020℃左右；表面上的最低角部温度处于860～900℃左右。这些数据和仿真的结果很接近，显然，对SWRH82B钢，仿真获得的二冷制度能够保证矫直时的冶金准则要求。并且在这一拉速范围内，铸坯的其它冶金准则的满足情况良好。

5  结  论

    (1)测量了SWRH82B钢的高温力学性能，并找出其温度脆性区间，确定了二冷温度范围。

    (2)根据SWRH82B钢的高温力学性能测试结果，利用编制的二冷仿真软件确定铸机的二冷制度，在二冷区及矫直区很好地避开了低温脆性区(600～775℃)，避勉了裂纹的产生。

    (3)将所获得的二冷制度应用于生产中，获得了比较好的效果。并且仿真数据和实测数据很接近，进一步证明我们所做的工作的实用价值。

    (4)研究中，二冷对铸坯偏析、疏松和缩孔的影响程度考虑比较少，将这一影响因素考虑到二冷中，进一步提高SWRH82B钢的质量，有待进一步研究。