!%$!第!"卷!第!期!#$$"年!月立F平轧制过程轧件角部裂纹的扩展与愈合!刘相华!喻海良!李长生东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室!沈阳!!"""$草场芳昭日本住友金属公司中心研究所!日本兵库("""#)!摘要!!采用显式动力学有限元方法和几何模型更新技术!对立’平交替轧制过程中轧件角部裂纹的扩展与愈合进行了数值模拟6研究了平辊身立辊和带孔型立辊两种条件下!轧件角部表面横向裂纹的形状变化"裂纹内侧面接触压力变化"裂纹表面节点的位置变化6模拟结果表明#采用平辊身立辊轧制时!轧件角部裂纹愈合较好!而采用带孔型立辊时!轧件角部裂纹在平轧后!可能再一次被拉开6模拟结果与实验结果趋势一致!研究结果对预报热轧过程中板坯的边部裂纹出现"提高产品的边部质量有参考价值6关键词!!板坯轧制!角部裂纹!扩展与愈合!有限元分析!!立’平轧制常用在热轧板带钢的粗轧阶段进行调!有限元模拟宽或控宽!在此过程中有一些钢种"如硅钢%不锈!钢汽车板等由于连铸坯质量和变形条件等原因%$!!#!!计算条件在板坯的角部有时会出现横向裂纹这种裂纹如不6对立’平交替轧制过程进行了模拟计算!其轧制能在立平交替轧制中愈合!将在后续的轧制道次中个道次分别为表示立轧’(!G!’R!’G%’R%’G*’R*"G逐步扩大!严重影响产品质量和成材率通过数值6道次!R表示水平轧制道次$立辊直径为)#",,!水模拟方法分析这类裂纹扩展与愈合现象!将对揭示平辊直径为!!&",,!立辊分别采用平立辊"方案!$%裂纹的变化规律%控制产品质量提供指导作用6孔型立辊6孔型立辊尺寸如图!所示!;".$分别为Q1@.等&!’曾利用刚塑性方法对平’立轧制问题&",,"方案%$和#",,"方案*$6第一道次轧制前轧进行了分析(J-B.0等&%’利用增量的粘塑性模型求件断面尺寸为!%"",,‘%&",,6轧件材料主要化学解了立辊轧制时轧件的狗骨"018’E159$变形6赵宪成分为#H’"6!#"以质量分数3)c表示!下同6$(明等&*’分析了立辊形状对粗轧板坯侧弯的影响!刘其高温下的屈服应力与变形量慧等&$’利用显式动力学有限元方法分析了立辊形状?.’"6*%(Q5’"6#%!+%*&&’变形速率%变形温度有关!采用变形抗力公式对板坯断面形状的影响![.158等分析了立’平轧+<如下制过程的非稳态变形6但目前未见到对板坯在平’立轧制中角部裂纹的数值模拟研究报道本文利用6*$(:+,+-<649L<"!$Y?’JVAK通用有限元软件!对多道次立’平轧制过程中轧件角部表面裂纹变形行为进行了数值模拟!将角部+,型裂纹视为两个相互独立面!同并与实验结果进行了比较6G时假设裂纹内部接触瞬间未能焊合!随着轧件角部!%""&’"&’"#收稿!%""&’"(’!*收修改稿!"国家重点基金研究发展规划"批准号#T%""""(;%"#’$$资助!/.4P3!,-./659469046:5第卷第期年月!!"!!!#$$"!!%&更新!修改材料属性#边界条件及载荷!然后进行道次和道次的模拟计算几何模型G%!R%G*!R*6更新方法的要点是$利用前一道次解析得到最终的轧件构形作为下一道次的初始构形实现建立一G7G"!个初始几何模型!求解多道次轧制问题6图!!孔型立辊尺寸拉力的增加!可能再次被拉开6其最外端开口宽度为%,,!顶面和侧面深度均为%",,!如图%所示6轧制过程中!立辊压下量各道次为&",,!水平辊压下量为!",,6摩擦对金属的流动有重要影响!本模拟计算中摩擦系数取为"6*6图$!带有角部裂纹板坯的网格划分"!结果分析"#!!裂纹的变形在多道次立’平轧制过程中!轧件角部裂纹变化情况如表!所示6!!%!*分别代表模拟的*种方案6从表!图中可以看出!在立辊轧制过程中!采用平立辊和孔型立辊都有利于轧件角部裂纹的愈合6但是!经过平轧后!轧件角部裂纹的变化情况随立辊形状而不同6方案!为采用平立辊进行立轧时裂纹形状的变图"!!J"型裂纹初始尺寸化情况!经过多次轧制后轧件角部裂纹能很好地愈合但是经过立轧后轧件角部顶面裂纹有较小!#"!模型建立6!!由于板坯轧制过程的对称性!采用!"$区域进行的张开!而侧面裂纹完全愈合%经过平轧后!轧件计算模拟6忽略轧辊弹性变形!设置为刚性辊6同时角部裂纹侧面可能被微拉开!而裂纹顶面完全愈轧件变形主要集中在边部!所以将边部和裂纹附近的合6单元进行细化6整个轧制模型均采用#节点(面体单方案%!*为采用孔型立辊进行立轧时裂纹形元在轧件高度对称面上轧件宽度对称面上状的变化情况从中可以看出经过立轧后轧辊