连铸坯裂纹影响因素分析

宏微观断裂的相互作用
原子间的运动（纳观）造成细观各类损伤，在外部边界条件的作用 下，细观损伤扩展连接，从而形成裂纹。
微观： 10-10m~10-4m 宏观： ≥10-3m
细观： 10-7≤l≤10-5mBaidu Nhomakorabea纳观： 10-9m
材料裂纹扩展研究
②内聚力模型
内聚能=J积分
裂纹扩展的数值分析方法
扩展有限元法在常规有限元位移模式中加入能够反 映裂纹面不连续性的跳跃函数，避免了常规有限元 计算断裂问题时对裂纹尖端重新加密网格，在处理 断裂等不连续问题时具有独特优势。 使用水平集法对不连续面进行几何描述，实现对裂 纹的动态追踪。 模拟过程在ABAQUS软件中进行。
铸坯裂纹产生原因


外因：外力导致坯壳变形超过了钢的极限强度和应变； 内因：钢固有的凝固行为以及对裂纹的敏感性。
裂纹形成的微观分析
不同影响因素下，裂纹扩展原理是类似的，都是基于宏观断裂力学： ① σ≥σC； ② COD≥CODC ③ G≥GIC。
宏观断裂力学无法对裂尖存在大塑性变形的断裂过程进行合理解释。
③磷含量对钢裂纹敏感性的影响
磷是强烈降低固相线温度的元素,它的存在会降低钢的高温塑性, 且其偏析和夹杂物又提供裂纹源。随着含磷量的增加,钢中产生裂纹 的机率增大。据统计分析,当钢中[P]<0.015%时,磷对钢的裂纹敏感性 影响不大。
④其他元素的影响
裂纹与钢中气体含量有关,如氢气破坏钢的连续性、 氧气生成氧 化物夹杂,破坏了钢的连续性,造成裂纹。氮气与铝化合生成AlN夹杂 物于晶界析出,加速了铁素体网状形成而导致钢的裂纹。 钢中夹杂物因破坏了金属的连续性,在激冷层薄弱处承受不住收 缩应力、热应力、组织应力的作用,形成裂纹,故钢中的夹杂物也是形 成铸坯裂纹的重要原因。
研究方向
在连铸生产实践中,几乎不可能完全杜绝 铸坯裂纹的产生。 裂纹的产生必定伴随着局部应力或应变 过大的现象。消除铸坯裂纹的过程就是寻找 产生过大应力或应变的原因,进而从设备、工 艺等角度提出消除过大应力或应变措施的过 程。对该钢种低延展性存在的温度范围的掌 握将有利于裂纹的消除。

谢谢
异型连铸坯表面裂纹扩展微细观机理研究
学 号： 姓 名：
2014102126
于兴旺 指导教师：陈伟 教授 学科名称：冶金工程 研究方向：凝固理论与连
铸坯质量控制
裂纹对连铸坯质量的影响

在连铸的生产实践中，裂纹是铸坯的一种主要缺陷，铸 坯的各类缺陷中有50%为裂纹。铸坯中裂纹的存在，轻者需 要精整，重者导致漏钢和废品，影响正常生产，增加生产成 本。此外裂纹还会使铸坯热送技术和连铸连轧技术受到影响。 因此，防止铸坯裂纹的产生，对稳定连铸生产、提高产品质 量具有重要意义。
②硫锰含量对钢裂纹敏感性的影响
S↑→裂纹敏感度↑。 Fe+S→FeS，熔点低，分布在 晶界，引起晶间脆性。 Mn↑→裂纹敏感度↓。 Mn+S→MnS，熔点高，且有 一定的塑性变形能力，呈棒状 分布在奥氏体基体中，不产生 裂纹。
由统计得出:Mn/S为13～14时裂纹最少，也有人指出 其比值大于20时裂纹大大减少。锰硫比增加使得钢在高温 下延伸率增加而不影响强度，并且沿晶界分布的FeS被高 熔点的MnS取代。资料证明C=0.17~0.21%的钢,Mn/S<20, 高温断裂时的延伸率是在凝固收缩率范围内,易产生裂纹, 而Mn/S>20断裂延伸率超过收缩率二倍多,裂纹减少。钢中 S<0.02%,保持Mn/S>20,可明显减少裂纹。
①碳含量对钢裂纹敏感性的影响 碳含量对△T的影响大,故对 裂纹的发生率有很大的影响。 C=0.18~0.20%是裂纹敏感区。 C=0.20%左右低碳钢凝固时, 在初生的凝层中,晶体已联接,但晶 体之间仍有液相存在,发生包晶反 应时, 相变应力导致裂纹产生。 C=0.18%的低碳钢收缩值最 大,而此时钢的延展性低,因而对裂 纹敏感性大。

从98年马钢自瑞士引进国内第一条产线，异形坯连 铸在我国已经历了十多年的发展，经过众多科研及 生产工作者的努力，铸坯质量有了很大提升，但还 是存在着很多质量问题。
异型坯表面缺陷

据统计，各种缺陷中50%为铸坯裂纹。铸坯出现裂纹，重者 会导致拉漏，轻者要进行精整。影响了连铸机生产率，又影 响了产品质量，增加了成本。
细观损伤力学能够描述材料损失过程，它认为材料宏观断裂的基础是四类细 观损伤基元： ①孔洞损伤：主要类型有尺寸相似的弥散分布孔洞；尺度不同的孔洞群；剪 切带中嵌含孔洞；局部化剪切所连接的孔洞群。 ②微裂纹损伤：弥散的分布在混凝土，岩石，陶瓷等材料。尚未应用于弹塑 性分析。 ③界面损伤：由界面处微粒子引起的应力集中形成的孔洞引起。 ④局部化带状损伤：剪切带是典型的应变局部化，同时也是研究最多的一种 形变诱导损伤形式，钢铁材料在动载荷下是这种应变局部化。