无缝钢管经常被广泛应用于地质勘察、石油化工、锅炉、结构零部件等各个方面,因此,无缝钢管的质量也越来越多地受到人们的关注和重视,生产无缝钢管的连铸圆坯质量在很大程度上就是直接决定了无缝钢管的质量。本文针对某钢厂生产无缝钢管过程中出现的鼓包、分层等缺陷,通过金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等分析无缝钢管和连铸坯缺陷的宏观形貌、微观组织及成分组成;通过数值模拟探究了拉坯速度、浸入式水口的浸入深度以及浸入式水口的内径的变化对结晶器流场分布规律的影响,研究了过热度和拉坯速度对结晶器凝固的影响;通过物理模拟分析了拉坯速度、水口浸入深度以及水口内径对结晶器流场的影响。通过对无缝钢管缺陷的形貌、组织以及成分分析,明确了钢管缺陷的成因,推断出钢管中的鼓包缺陷可能是由于铸坯存在缩孔和疏松,分层缺陷是由于铸坯中有非金属夹杂物。通过对铸坯分析,发现铸坯中组织正常,为铁素体和珠光体,无异常现象,发现铸坯中有夹杂物和缩孔,夹杂物尺寸较小,大约在1μm左右,成分复杂,为Mg O、Al2O3、K2O和Na2O的复合夹杂物,来源于结晶器保护渣;缩孔比较多尺寸最大为100μm,缩孔附近的元素正常,缩孔里面的元素为C和O,是由于C和O元素的偏析导致出现缩孔。通过对结晶器进行数值模拟分析,发现钢液的流动在结晶器内形成上下两个回旋区,拉速每增加0.1m/min,冲击深度平均增加3mm,湍动能强度和范围增加;水口浸入深度每增加20mm,冲击深度增加19mm,湍流区下移;水口内径每增加5mm,钢液冲击深度减小7mm,湍流区随之上移,湍流强度减小;当拉坯速度、水口浸入深度以及水口内径不变时,过热度每升高5℃,结晶器出口处的坯壳厚度就减少0.2mm,结晶器出口的温度平均升高4℃,凝固终点向后移动0.1m;拉速每升高0.1m/min,结晶器出口处的坯壳厚度就减少0.5mm,结晶器出口的温度平均升高19℃,凝固终点向后移动0.85m。通过对结晶器进行物理模拟,发现拉速为2.1m/min、2.3m/min时结晶器内钢液流速较慢,流动死区多,拉速为2.5m/min和2.7m/min时钢液流速相对均匀;随浸入深度的增加,钢液自由液面的流速明显减小,涡流回旋区偏下,流动死区靠近结晶器内钢液的表面;随着水口内径的增大钢液的速度明显降低,流动死区增多,流速不到0.1m/min。这和数值模拟结晶器流场的基本规律是一致的,也进一步验证了数值模拟的正确性。通过检测分析、数值模拟以及物理模拟的手段,探究了无缝钢管鼓包、分层缺陷产生原因以及分析了不同工艺参数对结晶器流场及温度场的影响规律,对此钢厂无缝钢管缺陷的消除及结晶器的参数优化提供了理论指导,对减少管材缺陷率有着一定的帮助。