【摘 要】
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SCM435冷镦钢因其良好的力学性能,被广泛应用于汽车、船舶、工程机械、航空航天等诸多领域的螺栓、螺母等紧固件的制造。其铸坯母材一般由大方坯连铸生产。然而,在实际生产过程中该类钢大方坯频发角部横裂纹缺陷,严重影响轧材产品质量,给钢铁企业造成了重大的经济损失。频发的铸坯角部横裂纹缺陷是制约SCM435冷镦钢连铸大方坯高质、高效化生产的普遍性难题。本文以国内某钢厂SCM435冷镦钢大方坯连铸生产过程为
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SCM435冷镦钢因其良好的力学性能,被广泛应用于汽车、船舶、工程机械、航空航天等诸多领域的螺栓、螺母等紧固件的制造。其铸坯母材一般由大方坯连铸生产。然而,在实际生产过程中该类钢大方坯频发角部横裂纹缺陷,严重影响轧材产品质量,给钢铁企业造成了重大的经济损失。频发的铸坯角部横裂纹缺陷是制约SCM435冷镦钢连铸大方坯高质、高效化生产的普遍性难题。本文以国内某钢厂SCM435冷镦钢大方坯连铸生产过程为研究对象,采用金相检测等方法分析了铸坯角部横裂纹产生的原因,并测定了该钢种的静态CCT曲线。基于SCM435冷镦钢大方坯生产实际,建立了铸坯三维凝固传热模型,全面探究生产过程中铸坯温度场演变规律;在此基础上,结合钢的高温组织转变机制,提出了针对SCM435冷镦钢角部组织控制的控冷工艺。本文主要结论如下:（1）传统的铸坯生产工艺下,铸坯内、外弧侧角部奥氏体晶粒粗大且混晶现象明显,奥氏体晶粒直径最小为1.5 mm,最大约为8 mm,平均晶粒尺寸约为2.7 mm,晶粒异常粗大;此外奥氏体晶粒的晶界上生成平均厚度约为25μm的先共析铁素体膜,综合致使铸坯角部塑性低下,进而引发铸坯角部横裂纹缺陷。（2）测定了 SCM435冷镦钢静态CCT曲线,确定了该钢种的Ac3温度为804℃。冷速在0.25℃/s时,奥氏体相向铁素体开始转变温度Ar3约为780℃,而当冷速增大时,该转变温度逐渐降低,当冷速大于5℃/s时,Ar3温度约为460℃。（3）传统工艺下,连铸过程中铸坯表面温度分布不均匀,铸坯出结晶器时宽、窄面中心温度约为1130℃,角部受二维传热影响温度较低约为1020℃;矫直开始、矫直结束角部温度分别约为915℃、850℃;拉速每增加0.05 m/min,二冷结束温度约增加10℃,矫直结束温度约增加15℃;比水量每增加0.05 L/kg,二冷结束温度约降低14℃,矫直结束温度约降低4℃。（4）结合钢的高温组织转变机制提出了新的二冷区控冷工艺,使铸坯角部温度出结晶器后快速降到460℃以下,随后回温到约910℃,满足角部组织高温二次相变条件;铸坯角部沿厚度方向凝固收缩逐渐增大,强冷结束收缩量约为3 mm,之后的回温过程使角部收缩量降低,约为2.5 mm,矫直结束位置角部沿厚度方向位移达到最大约为3.97 mm;新工艺下,铸坯角部等效应力在显著增大,强冷结束位置新、旧工艺下的等效应力分别约为67.0 MPa、195.0 MPa。当铸坯出二冷区时,等效应力基本趋于相同。（5）经现场验证,新工艺角部奥氏体晶粒平均尺寸约为0.8 mm,与原工艺相比约细化70%;同时完全消除了先共析铁素体膜;铸坯角部细晶层平均厚度约为17 mm,显著提高了铸坯角部组织塑性,有效控制了 SCM435冷镦钢大方坯角部横裂纹的发生。
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