马忠伟等：中厚板边部折叠模拟实验及机理研究 ·1631· 均匀双鼓回、金属夹杂物作用因、微裂纹氧化扩展切 高温脆性区断裂网，表面或皮下纵裂纹遗传扩展回，这 些折叠缺陷机理研究都直接或间接与铸坯边部缺陷相 关，而少有考虑轧制中侧边折叠翻转对表层缺陷的作 用.本文先基于对现场板材边部折叠曲线的宏观和微 观组织结构检测，分析得到折叠缺陷形成机制，随后借 助有限元仿真模拟，对中厚板轧制边部折叠的形成机 制进行研究，最后通过有实验室实验验证中厚板边部 折叠形成过程及其影响因素. 1实验材料与方法 图1热轧试验机 Fig.1 Hot rolling machine 实验材料选用典型的Q345B微合金化钢，成分如 表1所示.在国内某钢厂获得了工业实际生产时有边 2结果与讨论 部折叠缺陷的中厚板.为对缺陷区进行细致分析，先 对缺陷区酸洗进行宏观观察，随后再对中厚板边部缺 2.1工业生产中厚板边部折叠形貌及分析 陷区取样，经研磨、抛光和腐蚀后观察了金相组织，最 Q345B微合金化钢在实际生产中进行的轧制工艺 后对缺陷部位成分进行能谱分析. 为1道纵轧4道横轧宽展至精轧结束.图2是边部折 叠的宏观形貌.可以看出：边部折叠缺陷（图中黑色线 表1实验坯钢种成分 Table 1 Chemical composition of the slab 条所示位置)在距板材边部（板材两侧均会出现）距离 C Si Mn P S Ni Ti Al Als 约20~80mm的位置出现，边部折叠缺陷区部分深度 0.190.271.320.220.00350.01180.00390.0210.014 最小值在0.2mm左右，而缺陷最大深度达到2~3 mm;缺陷整体基本与边部平行，但在一定长度后连续 实验室模拟实际工业生产热轧过程时，轧机为 性被打断，又再次形成新的边部折叠缺陷. 中750mm×550mm高刚度二辊热轧机组，如图1所示. 为了更细致地了解边部折叠区处形貌，对图2(b) 该轧机刚度高，压下量大，可控轧制功能强，还具有组 中所出现折叠缺陷及包围它的密集灰黑色点进行分 合式控制冷却功能：此外还可对开轧温度、终轧温度、 析，对缺陷区多处金相组织进行观察，典型结果如图3 冷却速度等工艺参数进行控制，可较好地模拟工业实 所示，图中红框所示区域即对应于图2(b)中黑色线条 际轧制过程.实验室模拟实际工业生产热轧过程时所 的缺陷区.图3(a)表明，热轧结束后的中厚板，经空 用坯料，取自现场无缺陷铸坯，以保证实验室轧制材料 冷形成晶粒尺寸约18μm的铁素体和珠光体共同构成 初始状态与工业生产中坯料的材质一致，坯料保留一 的平衡组织，除去折叠区外的基体组织中，珠光体基本 边为原始边，其余边为切割边.坯料尺寸分为两种： 均匀分布.图3(b)中所示的缺陷内黑色区是裂纹，裂 200mm厚度，长宽均为200mm:250mm厚度，长宽均 纹处于基体相连附近上存有暗灰色物质，无法用金相 为300mm.在轧制实验过程中没有采用水冷，轧制后 辨别，因此对该区进行能谱检测，结果如图4所示 采用空冷.轧制实验结束后，对获得的坯料缺陷形貌 通过场发射扫描电镜实现对缺陷区形貌进一步的 进行了宏观检测. 放大分析及成分的检测，结果如图4所示.由图4十 (b) (a) 图2中厚板上表面边部折叠缺路.(a)连续型：(b)非连续型 Fig.2 Folding defects at the plate edge:(a)continuous type:(b)non-continuous type马忠伟等: 中厚板边部折叠模拟实验及机理研究 均匀双鼓［5］、金属夹杂物作用［6］、微裂纹氧化扩展［7］、 高温脆性区断裂［8］、表面或皮下纵裂纹遗传扩展［9］，这 些折叠缺陷机理研究都直接或间接与铸坯边部缺陷相 关，而少有考虑轧制中侧边折叠翻转对表层缺陷的作 用． 本文先基于对现场板材边部折叠曲线的宏观和微 观组织结构检测，分析得到折叠缺陷形成机制，随后借 助有限元仿真模拟，对中厚板轧制边部折叠的形成机 制进行研究，最后通过有实验室实验验证中厚板边部 折叠形成过程及其影响因素． 1 实验材料与方法 实验材料选用典型的 Q345B 微合金化钢，成分如 表 1 所示． 在国内某钢厂获得了工业实际生产时有边 部折叠缺陷的中厚板． 为对缺陷区进行细致分析，先 对缺陷区酸洗进行宏观观察，随后再对中厚板边部缺 陷区取样，经研磨、抛光和腐蚀后观察了金相组织，最 后对缺陷部位成分进行能谱分析． 表 1 实验坯钢种成分 Table 1 Chemical composition of the slab C Si Mn P S Ni Ti Al Als 0. 19 0. 27 1. 32 0. 22 0. 0035 0. 0118 0. 0039 0. 021 0. 014 图 2 中厚板上表面边部折叠缺陷． ( a) 连续型; ( b) 非连续型 Fig． 2 Folding defects at the plate edge: ( a) continuous type; ( b) non-continuous type 实验室模拟实际工业生产热轧过程时，轧机为 750 mm × 550 mm 高刚度二辊热轧机组，如图 1 所示． 该轧机刚度高，压下量大，可控轧制功能强，还具有组 合式控制冷却功能; 此外还可对开轧温度、终轧温度、 冷却速度等工艺参数进行控制，可较好地模拟工业实 际轧制过程． 实验室模拟实际工业生产热轧过程时所 用坯料，取自现场无缺陷铸坯，以保证实验室轧制材料 初始状态与工业生产中坯料的材质一致，坯料保留一 边为原始边，其余边为切割边． 坯料尺寸分为两种: 200 mm 厚度，长宽均为 200 mm; 250 mm 厚度，长宽均 为 300 mm． 在轧制实验过程中没有采用水冷，轧制后 采用空冷． 轧制实验结束后，对获得的坯料缺陷形貌 进行了宏观检测． 图 1 热轧试验机 Fig． 1 Hot rolling machine 2 结果与讨论 2. 1 工业生产中厚板边部折叠形貌及分析 Q345B 微合金化钢在实际生产中进行的轧制工艺 为 1 道纵轧 4 道横轧宽展至精轧结束． 图 2 是边部折 叠的宏观形貌． 可以看出: 边部折叠缺陷( 图中黑色线 条所示位置) 在距板材边部( 板材两侧均会出现) 距离 约 20 ～ 80 mm 的位置出现，边部折叠缺陷区部分深度 最小值在 0. 2 mm 左右，而缺陷最大深度达到 2 ～ 3 mm; 缺陷整体基本与边部平行，但在一定长度后连续 性被打断，又再次形成新的边部折叠缺陷． 为了更细致地了解边部折叠区处形貌，对图 2( b) 中所出现折叠缺陷及包围它的密集灰黑色点进行分 析，对缺陷区多处金相组织进行观察，典型结果如图 3 所示，图中红框所示区域即对应于图 2( b) 中黑色线条 的缺陷区． 图 3( a) 表明，热轧结束后的中厚板，经空 冷形成晶粒尺寸约 18 μm 的铁素体和珠光体共同构成 的平衡组织，除去折叠区外的基体组织中，珠光体基本 均匀分布． 图 3( b) 中所示的缺陷内黑色区是裂纹，裂 纹处于基体相连附近上存有暗灰色物质，无法用金相 辨别，因此对该区进行能谱检测，结果如图 4 所示． 通过场发射扫描电镜实现对缺陷区形貌进一步的 放大分析及成分的检测，结果如图 4 所示． 由图 4 十 · 1361 ·