王博等：连铸板坯轻压下过程中间裂纹产生机理 ·353· 同相区 固液两相区 液相区 = C C 距俦坯表而的距离 图4扫描电镜下裂纹断口形貌 图5连铸坯凝固过程溶质元素分布示意图 Fig.4 SEM images of the fracture surface Fig.5 Schematic diagram of solute distribution during the continuous casting process 之间的温差增大，致使裂纹发生的几率增加 从图中可以看出，在裂纹处，C、P和S元素均存在一定 将加工好的试样置于扫描电镜下，对裂纹处进行 的富集，尤其P和S元素，偏析较为严重，而Mn元素 线扫描，分析裂纹处的的元素偏析情况，如图6所示 只有微弱的偏析存在 400m 400m 400μm 400um 图6中心裂纹处C(a)、P(b)、S(c)和Mn(d)线扫描图 Fig.6 EDS linear scanning images of C (a),P (b),S (c)and Mn (d)at internal cracks 2有限元模型 枝晶间的微观偏析只是引起铸坯开裂的内在原 因，仅仅降低了凝固前沿的抗拉强度，使铸坯开裂变得 相对容易一些，而凝固前沿承受的拉应力才是真正促 使铸坯开裂的原因.因此，接下来通过热力耦合模型 对不同轻压下参数条件下板坯承受的应力情况进行分 析，并与前人得出的临界应力值进行比较，从而弄清中 间裂纹的开裂机理 2.1模型描述 计算对象为Q345R,横截面为220mm×2080mm. 图7连铸板坯三维有限元模型 考虑到计算成本与对称性，取宽度的一半作为计算区 Fig.7 Schematic diagram of the finite element model 域.在Msc.Marc软件中建立的模型如图7所示.轻压 过程中，仅上辊进行压下，下辊保持不变，并且铸坯为 8,=e号+e写+e (1) 变形体，压下辊为刚体 式中，s,分解为弹性应变塑性应变e和热应变ε 2.1.1本构方程的选择 之和，i为应力作用面的法线方向，可为应力的方向.在 由于连铸条件的特殊性，连铸坯要经历700~ 分析中，对热弹塑性描述采用Mises屈服准则. 1550℃的高温，10-3~10-6s的低应变速率，<2.0% Wray和Suzuki@针对不同的钢种，对温度T和 的低应变，还有复杂的载荷条件等.因此，应力应变不 塑性应变速率。进行变化，测得了大量的应力数据， 仅与温度和应变速率相关，还与应力松弛等相关，于是 而Kozlowski等u对这些数据进行了回归，得到下述 可以考虑这些的热弹塑性本构方程被采用，如下式： 的关系式：王 博等: 连铸板坯轻压下过程中间裂纹产生机理 图 4 扫描电镜下裂纹断口形貌 Fig． 4 SEM images of the fracture surface 之间的温差增大，致使裂纹发生的几率增加［8］． 将加工好的试样置于扫描电镜下，对裂纹处进行 线扫描，分析裂纹处的的元素偏析情况，如图 6 所示． 图 5 连铸坯凝固过程溶质元素分布示意图 Fig． 5 Schematic diagram of solute distribution during the continuous casting process 从图中可以看出，在裂纹处，C、P 和 S 元素均存在一定 的富集，尤其 P 和 S 元素，偏析较为严重，而 Mn 元素 只有微弱的偏析存在． 图 6 中心裂纹处 C ( a) 、P ( b) 、S ( c) 和 Mn ( d) 线扫描图 Fig． 6 EDS linear scanning images of C ( a) ，P ( b) ，S ( c) and Mn ( d) at internal cracks 2 有限元模型 枝晶间的微观偏析只是引起铸坯开裂的内在原 因，仅仅降低了凝固前沿的抗拉强度，使铸坯开裂变得 相对容易一些，而凝固前沿承受的拉应力才是真正促 使铸坯开裂的原因． 因此，接下来通过热力耦合模型 对不同轻压下参数条件下板坯承受的应力情况进行分 析，并与前人得出的临界应力值进行比较，从而弄清中 间裂纹的开裂机理． 2. 1 模型描述 计算对象为 Q345Ｒ，横截面为 220 mm × 2080 mm． 考虑到计算成本与对称性，取宽度的一半作为计算区 域． 在 Msc． Marc 软件中建立的模型如图 7 所示． 轻压 过程中，仅上辊进行压下，下辊保持不变，并且铸坯为 变形体，压下辊为刚体． 2. 1. 1 本构方程的选择 由于连 铸 条 件 的 特 殊 性，连 铸 坯 要 经 历 700 ～ 1550 ℃的高温，10 － 3 ～ 10 － 6 s － 1 的低应变速率，＜ 2. 0% 的低应变，还有复杂的载荷条件等． 因此，应力应变不 仅与温度和应变速率相关，还与应力松弛等相关，于是 可以考虑这些的热弹塑性本构方程被采用，如下式: 图 7 连铸板坯三维有限元模型 Fig． 7 Schematic diagram of the finite element model εij = εe ij + εp ij + εT ij． ( 1) 式中，εij分解为弹性应变 εe ij 、塑性应变 εp ij和热应变 εT ij 之和，i 为应力作用面的法线方向，j 为应力的方向． 在 分析中，对热弹塑性描述采用 Mises 屈服准则． Wray ［9］和 Suzuki ［10］针对不同的钢种，对温度 T 和 塑性应变速率 ε · p 进行变化，测得了大量的应力数据， 而 Kozlowski 等［11］对这些数据进行了回归，得到下述 的关系式: ·353·