0702-054 Pierer - MCC CD-Laboratory for Continuous Casting

0702-054 Pierer
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A contribution to hot tearing in the continuous
casting process
R. Pierer, C. Bernhard (University of Leoben)
C. Chimani (Siemens-VAI, Linz)
The main objective of the project is the development
of hot tearing criteria for the continuous casting
process. Many hot tearing criteria of different
materials and based on different approaches can be
found in the literature. The present paper briefly
summarizes the outcome of the relevant literature
considering not only the phenomenon with respect to
continuous casting of steel, but also hot tearing in the
field of aluminium alloys. Four different hot tearing
criteria based on different approaches are described
in detail. Furthermore, results of the hot tearing
susceptibility determined from a rigorous laboratory
experiment are presented. These results served as a
benchmark for a comparison of the different models
and their relevance for the continuous casting process.
The results of the measured HCS in the carbon range
between 0.05 wt % and 0.30 wt % C are as expected.
The steels with a carbon content of 0.50 wt % and
0.70 wt % show a decreasing tendency to
susceptibility to hot tearing. This behavior is in
contrast with the general findings from literature,
which assume an increasing hot tearing formation
with increasing carbon content. Although the applied
models are very different, their results show a similar
characteristic. Basically, the four criteria describe the
hot tearing susceptibility up to a carbon content of
0.30 wt %. However, the decreasing hot tearing
susceptibility above 0.30 wt %C can not be
reproduced by the criteria. Therefore, the results must
be improved, especially for the high C high Mn steels.
Apparently, all criteria describe relevant parameters,
but only the critical stress and strain criteria fulfil the
demands defining a deformation limit. The latter are
more easily implemented into common mechanical
strand models. Finally, assuming the critical strain
criterion as a basic model, the present paper points
out the necessary extensions to improve the quality of
the hot tearing criterion and the significance for the
continuous casting process. The theory of an
accumulated strain was illustrated with respect to the
continuous casting process. In addition, the necessity
of applying the principle of the accumulated strain to
the SSCT test was demonstrated when determining
critical values of hot tearing. Moreover, results for
critical strain determined using the SSCT test were
illustrated. These results represent a very important
basis in order to improve the quality of the strainbased hot tearing criterion.
Subject of a presentation at the 2006 ATS International Steelmaking
Conference (Paris, December 14-15, 2006)
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■ INTRODUCTION
In the literature many terms regarding the phenomenon of crack
formation at temperatures close to the solidus temperature such
as hot tearing, hot cracking, hot shortness or solidification cracking can be found. Regardless of the name, hot tears are separations which might form during casting, welding or hot forming
when the temperatures of sub-areas of the material are between
solidus (TS) and liquidus (TL) and are subject to simultaneously
acting tensile stresses (1).
The problem of hot tearing during continuous casting (CC) of
steels has featured in the literature for several decades. Numerous
studies can be referred to that focus on influencing parameters,
such as chemical composition, cooling rate or strain rate. An
overview of the relevant literature was published by
Schwerdtfeger (2). The development of a hot tearing criterion in
order to predict at least the tendency of hot tearing along the solidifying strand is still of great interest due to the continual trend
towards enhanced casting productivity and increasing quality
demands, as well as the development of new steel grades.
However, the hot tearing susceptibility gives no indication of
whether a hot tear will form or not. The aim of a sophisticated
hot tearing criterion, applied on a continuous casting machine, is
therefore the quantification of limits in order to prevent hot tearing.
The present paper focuses on hot tearing criteria from literature;
a review of related aspects on hot tearing is first presented. Then,
four different criteria based on different approaches are described
in detail and results of a laboratory testing method serve as a
benchmark for a comparison of the models and their significance for the continuous casting process. Lastly, under the assumption of a critical strain criterion as a basic model some extensions
will be pointed out in order to improve the universal validity of
the criterion. In doing so, the theory of an accumulated strain is
illustrated as well as the determination of critical values in terms
of the strain using a laboratory experiment.
■ BACKGROUND
By now many hot tearing criteria, especially for aluminium
alloys, can be found in the literature. From a scientific point of
view, hot tearing in steel and aluminium alloys is the same phenomenon. Therefore it is also reasonable to take into account hot
tearing models that were primarily developed for aluminium
alloys. A comprehensive study with respect to hot tearing criteria
for aluminium alloys was published by Eskin et al (3). In this
work the hot tearing models are classified into stress-based,
strain-based and strain rate-based criteria. Models that cannot be
allocated to this classification are termed as criteria based on
La Revue de Métallurgie-CIT
Février 2007
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Contribution à la fragilité à chaud en coulée
continue
R. Pierer, C. Bernhard (University of Leoben)
C. Chimani (Siemens-VAI, Linz)
Le problème de fissuration à chaud lors du processus de
coulée continue des aciers a fait l’objet de recherches
intenses depuis des décennies. La littérature fait état de
plusieurs études traitant principalement des paramètres
déterminants, tels la composition chimique, la vitesse de
refroidissement ou le taux d’allongement. Le développement d’un critère de criquabilité permettant au moins de
prévoir la tendance à la fissuration à chaud tout au long
de la brame en cours de solidification revêt un intérêt particulier compte tenu de la demande de productivité élevée
de la coulée continue avec une meilleure qualité, sans
oublier le développement de nouvelles nuances d’acier. La
définition de limites quantitatives permettant d’éviter la
fissuration à chaud serait donc un critère essentiel pour la
coulée continue.
Cette publication analyse les critères de criquabilité
décrits dans la littérature. A cet effet, les différents aspects
de la fissuration à chaud sont l’objet d’une présentation,
suivie d’une description détaillée de quatre critères basés
sur des approches différentes. Cette description est complétée par les résultats d’essais expérimentaux pour permettre l’évaluation des modèles et de leur pertinence pour
le processus de coulée continue. Enfin, en prenant un
modèle de base fondé sur le critère de déformation critique, quelques extensions seront détaillées pour ainsi
accentuer la validité universelle de ce critère. La théorie
de déformation accumulée est présentée ainsi que la détermination de valeurs critiques en termes de déformation à
l’aide d’un dispositif expérimental de laboratoire.
Les résultats de cet travail peuvent être résumés comme
suit: la sensibilité à la fissuration à chaud mesurée dans la
gamme de carbone entre 0.05% et 0.30% C est conforme
à la prévision. Les aciers à teneur en carbone de 0.50% et
0.70% montrent une tendance décroissante à la sensibilité
à la fissuration à chaud. Ce comportement contraste avec
les résultats généralement présentés dans la littérature qui
concluent à une propension accrue à la fissuration à chaud
avec l’augmentation de la teneur en carbone.
La Revue de Métallurgie-CIT
Février 2007
Quoique les modèles appliqués soient différents, leurs
résultats établissent une tendance similaire. Les quatre critères décrivent en principe la sensibilité à la fissuration à
chaud jusqu'à une teneur en carbone de 0.30%. Toutefois,
la sensibilité décroissante à la fissuration à chaud au-delà
de 0.30% C ne peut pas être reproduite par ces critères.
C’est ainsi que les résultats ont pu être améliorés, surtout
pour les aciers à teneur élevée en C et en Mn. Un facteur
clé concernant l’amélioration de la cohérence des critères
de fissuration à chaud pourrait être leur combinaison.
Apparemment, tous les critères décrivent les paramètres
correspondants, mais seuls les critères de tension et de
déformation critiques remplissent les exigences qui définissent la limite de déformation, le critère de déformation
critique pouvant être plus facilement introduit dans des
modèles mécaniques classiques de la brame de coulée
continue.
En introduisant le critère de déformation critique dans le
modèle de base, cette publication révèle les développements nécessaires pour améliorer la qualité du critère de
fissuration à chaud et son importance pour le processus de
coulée continue. La théorie de la déformation accumulée
est illustrée dans le contexte de la coulée continue. La
nécessité d’appliquer le principe de la déformation accumulée au test SSCT a aussi été démontrée en déterminant
les valeurs critiques de la fissuration à chaud. En outre, les
résultats de la déformation critique obenus à l’aide du
dispositif SSCT sont illustrés et comparés aux résultats
calculés de cette déformation critique. Il est montré que les
résultats déterminés de manière expérimentale diffèrent
sensiblement des résultats calculés, soulignant ainsi la
nécessité d’autres travaux de recherche sur la fissuration à
chaud.
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