·1686 工程科学学报，第43卷，第12期 因此，对于U71Mn重轨钢在铸坯中心固相率为0.6 下.设计了5种试验方案，分别为方案一压下5mm、 时，压下量超过7mm铸坯会产生内部裂纹. 方案二压下7mm、方案三压下8mm、方案四压下 2.4压下模型验证 10mm和方案五压下12mm.通过五组压下试验 为了验证压下模型的准确性，对230mm×280mm 对铸坯进行取样，对所取试样沿拉坯方向取铸坯 断面重轨钢铸坯进行了压下试验，试验工艺参如 中心面的纵剖试样，试样尺寸为300mm×230mm× 下数：拉速为1mmin,比水量为0.3Lkg,过热 30mm,取样示意图如图11(a)所示，对所取试样进 度为31℃.在铸坯中心固相率0.6位置处进行压 行锯切、磨铣和酸侵等处理，观察铸坯内部质量 Casting (a) direction Center (b) (c) 280mm line 300mm 行30内m (d) (e) (f) 图11试样纵剖酸侵低倍照片.(a)取样示意图：(b)压下5mm:(c)压下7mm:(d)压下8mm:(e)压下10mm:(f)压下12mm Fig.11 Acid erosion pictures of the longitudinal section sample:(a)sampling diagram;(b)reduction of 5 mm;(c)reduction of 7 mm;(d)reduction of 8 mm;(e)reduction of 10 mm;(f)reduction of 12 mm 图11(b)~()为不同压下量下纵剖试样低倍照 铸坯的温度分布，分别为1459、1453、1446、1437 片.图11(b)为压下量为5mm时铸坯试样低倍照 和1426℃，中心两相区的厚度分别是104.4、97.2、 片，低倍照片中未出现裂纹，但是存在“V”型偏 87.4、82.2和73.0mm.因此，铸坯中心两相区的厚 析，说明压下5mm时不会出现内裂纹，但是并不 度随着固相率的增加而减少 能解决“V”偏析；图1l(c)为压下量7mm铸坯试 (2)压下模型压下区间计算结果表明，对中心 样低倍照片，低倍照片中也没有出现裂纹，同时 固相率为0.3,0.4,0.5,0.6和0.7位置处的铸坯压 “V”型偏析消失，说明压下量足够大，即避免了“V” 下7mm时，其凝固前沿等效塑性应变分别为0、 型偏析又防止内裂纹的出现；图II(d)、图Il(e)和 0、0.03%、0.16%和0.04%，均未超过临界应变.因 图11（⑤分别为压下量8、10和12mm铸坯试样低 此，对中心固相率0.3、0.4、0.5、0.6和0.7位置处 倍照片，可以看到低倍照片均出现了内裂纹，并且 的铸坯进行7mm压下，铸坯不会产生内裂纹 随着压下量的增大，内裂纹也越严重.因此，在铸 (3)压下模型压下量计算结果表明，在铸坯中 坯中心固相率为0.6时，单辊压下量超过7mm就 心固相率为0.6时，压下量为5、7、8、10和12mm, 会出现内裂纹，试验结果与模型计算结果基本一 铸坯凝固前沿等效塑性应变分别为0、0.16%、 致，模型计算结果可靠 0.65%、2.30%和3.85%.，随着压下量的增加，疑固 3结论 前沿的等效塑性应变逐渐增加.同时，压下量超 过7mm,凝固前沿的等效塑性应变超过临界应变 本文采用ABAOUS有限元软件对230mm× 因此，铸坯出现内裂纹.另外，压下试验验证了压 280mm断面重轨钢铸坯进行压下模型计算，同时 下模型的可靠性 经过工业试验的验证，得到以下几点结论： (1)对重轨钢铸坯进行凝固传热模型计算，计 参考文献 算了铸坯中心固相率为0.3、0.4、0.5、0.6和0.7时 [1]Cen Y D,Chen L,Dong R,et al.Effect of self-tempering on因此，对于 U71Mn 重轨钢在铸坯中心固相率为 0.6 时，压下量超过 7 mm 铸坯会产生内部裂纹. 2.4    压下模型验证 为了验证压下模型的准确性，对 230 mm×280 mm 断面重轨钢铸坯进行了压下试验，试验工艺参如 下数：拉速为 1 m·min−1，比水量为 0.3 L·kg−1，过热 度为 31 ℃. 在铸坯中心固相率 0.6 位置处进行压 下. 设计了 5 种试验方案，分别为方案一压下 5 mm、 方案二压下 7 mm、方案三压下 8 mm、方案四压下 10 mm 和方案五压下 12 mm. 通过五组压下试验 对铸坯进行取样，对所取试样沿拉坯方向取铸坯 中心面的纵剖试样，试样尺寸为 300 mm×230 mm× 30 mm，取样示意图如图 11(a) 所示，对所取试样进 行锯切、磨铣和酸侵等处理，观察铸坯内部质量. Center line Casting direction 230 mm 300 mm 280 mm 30 mm (a) (b) (c) (d) (e) (f) 图 11 试样纵剖酸侵低倍照片. （a）取样示意图；（b）压下 5 mm；（c）压下 7 mm；（d）压下 8 mm；（e）压下 10 mm；（f）压下 12 mm Fig.11 Acid erosion pictures of the longitudinal section sample: (a) sampling diagram; (b) reduction of 5 mm; (c) reduction of 7 mm; (d) reduction of 8 mm; (e) reduction of 10 mm; (f) reduction of 12 mm 图 11(b)～(f) 为不同压下量下纵剖试样低倍照 片. 图 11(b) 为压下量为 5 mm 时铸坯试样低倍照 片，低倍照片中未出现裂纹，但是存在“V”型偏 析，说明压下 5 mm 时不会出现内裂纹，但是并不 能解决“V”偏析；图 11(c) 为压下量 7 mm 铸坯试 样低倍照片，低倍照片中也没有出现裂纹，同时 “V”型偏析消失，说明压下量足够大，即避免了“V” 型偏析又防止内裂纹的出现；图 11(d)、图 11(e) 和 图 11(f) 分别为压下量 8、10 和 12 mm 铸坯试样低 倍照片，可以看到低倍照片均出现了内裂纹，并且 随着压下量的增大，内裂纹也越严重. 因此，在铸 坯中心固相率为 0.6 时，单辊压下量超过 7 mm 就 会出现内裂纹，试验结果与模型计算结果基本一 致，模型计算结果可靠. 3    结论 本文采用 ABAQUS 有限元软件对 230 mm× 280 mm 断面重轨钢铸坯进行压下模型计算，同时 经过工业试验的验证，得到以下几点结论： (1) 对重轨钢铸坯进行凝固传热模型计算，计 算了铸坯中心固相率为 0.3、0.4、0.5、0.6 和 0.7 时 铸坯的温度分布，分别为 1459、1453、1446、1437 和 1426 ℃，中心两相区的厚度分别是 104.4、97.2、 87.4、82.2 和 73.0 mm. 因此，铸坯中心两相区的厚 度随着固相率的增加而减少. (2) 压下模型压下区间计算结果表明，对中心 固相率为 0.3，0.4，0.5，0.6 和 0.7 位置处的铸坯压 下 7 mm 时，其凝固前沿等效塑性应变分别为 0、 0、0.03%、0.16% 和 0.04%，均未超过临界应变. 因 此，对中心固相率 0.3、0.4、0.5、0.6 和 0.7 位置处 的铸坯进行 7 mm 压下，铸坯不会产生内裂纹. (3) 压下模型压下量计算结果表明，在铸坯中 心固相率为 0.6 时，压下量为 5、7、8、10 和 12 mm， 铸坯凝固前沿等效塑性应变分别 为 0、 0.16%、 0.65%、2.30% 和 3.85%. 随着压下量的增加，凝固 前沿的等效塑性应变逐渐增加. 同时，压下量超 过 7 mm，凝固前沿的等效塑性应变超过临界应变. 因此，铸坯出现内裂纹. 另外，压下试验验证了压 下模型的可靠性. 参    考    文    献 [1] Cen Y D, Chen L, Dong R, et al. Effect of self-tempering on · 1686 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期