马海涛等：压下对重轨钢大方坯内裂纹敏感性的影响 ,1685 1480 16 a Inner arc 03 1.4 (B) 14 -03 1460 12 1440 6 10 1420 ◆-=0.7 e 1400 0.6 1380 The critical strain 1360 0.2 The solidification front 1340 -120-80 -4004080120 -55 -50-45-40-35 -30-25 -20 Distance from the center of the bloom/mm Distance from the center of the bloom/mm 图9铸坯等效塑性应变.(a)不同固相率下等效塑性应变：(b)凝固前沿等效塑性应变 Fig.9 Equivalent plastic strain of the bloom at:(a)different solid fractions,(b)solidification front 位置处的铸坯压下7mm凝固前沿等效塑性应变， 2.3 压下量对压下裂纹敏感性的影响 其中竖直虚线代表不同固相率位置处铸坯的凝固 对铸坯不同中心固相率进行压下裂纹敏感性研 前沿，水平虚线代表临界应变.从图9b)可以看 究，其结果表明，对中心固相率为0.6位置处的铸坯 出，对中心固相率为0.3、0.4、0.5、0.6和0.7位置 进行压下，铸坯凝固前沿出现裂纹的风险较高.为进 处的铸坯分别进行压下，铸坯凝固前沿的等效塑 步优化工艺参数，对铸坯中心固相率为0.6位置处 性应变分别是0、0、0.03%、0.16%和0.04%.结果 的铸坏进行不同压下量的压下数值模拟计算，研究不 表明，凝固前沿的等效塑性应变随着中心固相率 同压下量对铸坯凝固前沿裂纹敏感性的影响， 的增加先增加然后逐渐减小，当铸坯中心固相率 图10给出了对中心固相率为0.6位置处的铸 比较低(0.3~0.6)时，铸坯表面温度高，坯壳抵抗 坯进行不同压下量时的等效塑性应变.从图10(a) 变形的能力差，压下使铸坯在上表面（内弧侧）至 可以看到随着压下量的增加，铸坯产生的等效塑 凝固前沿产生的等效塑性应变随固相率的增加而 性应变逐渐增加.从图10b)中可以看出铸坯压下 增加；当中心固相率较高(0.6~0.7)时，铸坯表面 5mm凝固前沿的等效塑性应变为0，也就是说，压 温度低，坯壳抵抗变形的能力强，压下使铸坯在凝 下5mm对凝固前沿等效塑性应变没有影响.当压 固前沿产生的等效塑性应变随固相率的增加而减 下量7、8、10和12mm时，其凝固前沿的等效塑 小因此，铸坯凝固前沿的等效塑性应变随着铸坯 性应变分别为0.16%、0.65%、2.30%、3.85%.随着 中心固相率的增加先增加后减小.通过模型计算 压下量的增加，凝固前沿的等效塑性应变逐渐增 结果表明，对中心固相率在0.3~07范围内的铸坯 加.所以，增加压下量凝固前沿产生裂纹的风险大 压下7mm,凝固前沿的最大等效塑性应变为0.16%， 大提高.压下量为7mm时凝固前沿的等效塑性应 均未超过临界应变(0.4%).所以，在中心固相率 变为0.16%：压下量为8mm时，等效塑性应变为 0.3~0.7范围内单辊压下7mm不会产生内裂纹 0.65%,超过了U71Mn重轨钢的临界应变(0.4%) 38 1480 a Inner are -Reduction of 5 mm (b) Reduction of 5 mm 1460 Reduction of 7 mm 64220 Re Reduction of 8 mm 1440 -Reduction of 10 mm =0.6 Reduction of 12 mm 8 Oute 1420 6420 are 1400 1380 6 1360 1340 1320 -120-80-400 4080 120 50 -45 -40 -35-30 -25 -20 Distance from the center of the bloom/mm Distance from the center of the bloom/mm 图10铸坯等效塑性应变.()不同压下量等效塑性应变：(b)凝固前沿等效塑性应变 Fig.10 Equivalent plastic strain of the bloom(a)at different reduction amounts and (b)at the solidification front位置处的铸坯压下 7 mm 凝固前沿等效塑性应变， 其中竖直虚线代表不同固相率位置处铸坯的凝固 前沿，水平虚线代表临界应变. 从图 9(b) 可以看 出，对中心固相率为 0.3、0.4、0.5、0.6 和 0.7 位置 处的铸坯分别进行压下，铸坯凝固前沿的等效塑 性应变分别是 0、0、0.03%、0.16% 和 0.04%. 结果 表明，凝固前沿的等效塑性应变随着中心固相率 的增加先增加然后逐渐减小，当铸坯中心固相率 比较低（0.3～0.6）时，铸坯表面温度高，坯壳抵抗 变形的能力差，压下使铸坯在上表面（内弧侧）至 凝固前沿产生的等效塑性应变随固相率的增加而 增加；当中心固相率较高（0.6～0.7）时，铸坯表面 温度低，坯壳抵抗变形的能力强，压下使铸坯在凝 固前沿产生的等效塑性应变随固相率的增加而减 小. 因此，铸坯凝固前沿的等效塑性应变随着铸坯 中心固相率的增加先增加后减小. 通过模型计算 结果表明，对中心固相率在 0.3～0.7 范围内的铸坯 压下 7 mm，凝固前沿的最大等效塑性应变为 0.16%， 均未超过临界应变（0.4%）. 所以，在中心固相率 0.3～0.7 范围内单辊压下 7 mm 不会产生内裂纹. 2.3    压下量对压下裂纹敏感性的影响 对铸坯不同中心固相率进行压下裂纹敏感性研 究，其结果表明，对中心固相率为 0.6 位置处的铸坯 进行压下，铸坯凝固前沿出现裂纹的风险较高. 为进 一步优化工艺参数，对铸坯中心固相率为 0.6 位置处 的铸坯进行不同压下量的压下数值模拟计算，研究不 同压下量对铸坯凝固前沿裂纹敏感性的影响. 图 10 给出了对中心固相率为 0.6 位置处的铸 坯进行不同压下量时的等效塑性应变. 从图 10(a) 可以看到随着压下量的增加，铸坯产生的等效塑 性应变逐渐增加. 从图 10(b) 中可以看出铸坯压下 5 mm 凝固前沿的等效塑性应变为 0，也就是说，压 下 5 mm 对凝固前沿等效塑性应变没有影响. 当压 下量 7、8、10 和 12 mm 时，其凝固前沿的等效塑 性应变分别为 0.16%、0.65%、2.30%、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. 所以，增加压下量凝固前沿产生裂纹的风险大 大提高. 压下量为 7 mm 时凝固前沿的等效塑性应 变为 0.16%；压下量为 8 mm 时，等效塑性应变为 0.65%，超过了 U71Mn 重轨钢的临界应变（0.4%）. 16 14 12 Equivalent plastic strain/ % Temperature/ ℃ Distance from the center of the bloom/mm The solidification front The critical strain 8 2 4 6 Inner arc Inner arc Outer arc The bloom Outer arc 10 −2 0 1480 1440 1380 1400 1420 1460 1340 1360 −120 −80 −40 0 40 80 120 (a) fs=0.7 fs=0.6 fs=0.5 fs=0.4 fs=0.3 fs=0.7 fs=0.6 fs=0.5 fs=0.4 fs=0.3 1.4 1.2 Equivalent plastic strain/ % Distance from the center of the bloom/mm The critical strain 0.8 0.2 0.4 0.6 Note: the vertical dotted line is the solidification front 1.0 0 −55 −50 −45 −40 −35 −30 −25 −20 (b) f s=0.7 f s=0.6 f s=0.5 f s=0.4 f s=0.3 图 9 铸坯等效塑性应变. （a）不同固相率下等效塑性应变；（b）凝固前沿等效塑性应变 Fig.9 Equivalent plastic strain of the bloom at: (a) different solid fractions; (b) solidification front 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 Equivalent plastic strain/ % Temperature/ ℃ Distance from the center of the bloom/mm The solidification front The critical strain 8 2 4 6 Inner arc Inner arc Outer arc The bloom Outer arc 10 −2 0 1480 1440 1380 1400 1420 1460 1340 1320 1360 −120 −80 −40 0 40 80 120 (a) fs=0.6 Reduction of 8 mm Reduction of 10 mm Reduction of 12 mm Reduction of 7 mm Reduction of 5 mm 5 4 Equivalent plastic strain/ % Distance from the center of the bloom/mm The critical strain 2 1 Note: the vertical dotted line is the solidification front 3 0 −50 −45 −40 −35 −30 −25 −20 (b) Reduction of 8 mm Reduction of 10 mm Reduction of 12 mm Reduction of 7 mm Reduction of 5 mm 图 10 铸坯等效塑性应变. （a）不同压下量等效塑性应变；（b）凝固前沿等效塑性应变 Fig.10 Equivalent plastic strain of the bloom (a) at different reduction amounts and (b) at the solidification front 马海涛等： 压下对重轨钢大方坯内裂纹敏感性的影响 · 1685 ·