·1632 工程科学学报，第37卷，第12期 b 20 gm 图3中厚板折叠缺陷金相组织()及放大图(b) Fig.3 Microstructure of the plate folding defect (a)and enlarged view (b) 1000 (b) 0 800 Fe 600 400 Fe 200 10 pm 01234567891011 能量keV 图4中厚板折叠缺路扫描电镜照片(a)和能谱(b) Fig.4 SEM image (a)and EDS spectrum (b)of the plate folding defect 字标所示可看出，微观组织结构从距离缺陷较远处的 纵轧 横轧 基体向缺陷中心的变化，依次是基体材料→浅灰色区 90° +黑色点构成过度区域→暗灰色区→黑色裂纹缺陷 轧制方向 区.经扫描电镜形貌确认，黑色点是微小孔洞，浅灰色 区碳含量低，暗灰色物质是氧化铁，其他金属元素和非 金属元素的含量都很低，表明折叠缺陷区夹杂物含量 低，说明所分析的中厚板折叠缺陷并不是由夹杂物形 成.铸坯未轧制前整体温度较高(1100℃)，与空气直 图5热轧模型 接接触的铸坯表层在高温和富氧条件下易被氧化而形 Fig.5 Illustrate of the hot rolling process 成氧化铁，同时表层一定厚度区域材料中的碳元素在 在轧制中一般无塑性变形，在有限元中模型假设为刚 高温下也会烧损，使铸坯次表层形成一定厚度脱碳层. 体；轧件坯料在轧制中有较大塑型变形，在有限元模型 靠近折叠缺陷区不同位置的微观组织结构与未轧制前 中设为变形体，为保证计算精度并增加计算效率，与轧 铸坯表层厚度区微观组织结构表现出的相似性，说明 辊直接接触的坯料表层用小网格划分，远离表层区则 折叠缺陷可能是轧制过程中，铸坯表层逐步翻转的 用大网格划分，构建的轧制有限元模型考虑了坯料沿 结果. 中心面对称，轧制过程中坯料经受典型的热力耦合作 2.2轧制过程的有限元模型及分析 用，单元类型采用三维六面体热力耦合八节点缩减积 2.2.1轧制过程的有限元模型 分单元(C3D8RT).坯料热物性参数及应力应变曲线 通过Abaqus软件构建了轧制有限元模型，对边部 取自文献0-11].轧辊与轧件间的摩擦模型选用库 折叠起源于横轧宽展道次边角部附近形成的折叠进行 伦摩擦，摩擦系数取定值0.3，坯料轧制过程中发生的 验证.研究有限元轧制模型表层边部节点在轧制过程 塑性变形在形成塑性变形功产生热量后，会引起坯料 中翻转，最终在侧边形成折叠缺陷 形变温度的升高，本文所取热塑性转化系数为0.9，实 所构建的三维有限元轧制模型如图5所示.轧辊 际轧制过程中未采用水冷冷却轧辊与坯料接触区，辊 与坯料几何模型取自实验室轧制实验.轧辊强度高， 间传热系数为10MW·(m2K),辐射系数为0.8.工程科学学报，第 37 卷，第 12 期 图 3 中厚板折叠缺陷金相组织( a) 及放大图( b) Fig． 3 Microstructure of the plate folding defect ( a) and enlarged view ( b) 图 4 中厚板折叠缺陷扫描电镜照片( a) 和能谱( b) Fig． 4 SEM image ( a) and EDS spectrum ( b) of the plate folding defect 字标所示可看出，微观组织结构从距离缺陷较远处的 基体向缺陷中心的变化，依次是基体材料→浅灰色区 + 黑色点构成过度区域→暗灰色区→黑色裂纹缺陷 区． 经扫描电镜形貌确认，黑色点是微小孔洞，浅灰色 区碳含量低，暗灰色物质是氧化铁，其他金属元素和非 金属元素的含量都很低，表明折叠缺陷区夹杂物含量 低，说明所分析的中厚板折叠缺陷并不是由夹杂物形 成． 铸坯未轧制前整体温度较高( 1100 ℃ ) ，与空气直 接接触的铸坯表层在高温和富氧条件下易被氧化而形 成氧化铁，同时表层一定厚度区域材料中的碳元素在 高温下也会烧损，使铸坯次表层形成一定厚度脱碳层． 靠近折叠缺陷区不同位置的微观组织结构与未轧制前 铸坯表层厚度区微观组织结构表现出的相似性，说明 折叠缺陷可能是轧制过程中，铸坯表层逐步翻转的 结果． 2. 2 轧制过程的有限元模型及分析 2. 2. 1 轧制过程的有限元模型 通过 Abaqus 软件构建了轧制有限元模型，对边部 折叠起源于横轧宽展道次边角部附近形成的折叠进行 验证． 研究有限元轧制模型表层边部节点在轧制过程 中翻转，最终在侧边形成折叠缺陷． 所构建的三维有限元轧制模型如图 5 所示． 轧辊 与坯料几何模型取自实验室轧制实验． 轧辊强度高， 图 5 热轧模型 Fig． 5 Illustrate of the hot rolling process 在轧制中一般无塑性变形，在有限元中模型假设为刚 体; 轧件坯料在轧制中有较大塑型变形，在有限元模型 中设为变形体，为保证计算精度并增加计算效率，与轧 辊直接接触的坯料表层用小网格划分，远离表层区则 用大网格划分，构建的轧制有限元模型考虑了坯料沿 中心面对称，轧制过程中坯料经受典型的热力耦合作 用，单元类型采用三维六面体热力耦合八节点缩减积 分单元( C3D8ＲT) ． 坯料热物性参数及应力应变曲线 取自文献［10--11］． 轧辊与轧件间的摩擦模型选用库 伦摩擦，摩擦系数取定值 0. 3，坯料轧制过程中发生的 塑性变形在形成塑性变形功产生热量后，会引起坯料 形变温度的升高，本文所取热塑性转化系数为 0. 9，实 际轧制过程中未采用水冷冷却轧辊与坯料接触区，辊 间传热系数为 10 MW·( m2 ·K) － 1，辐射系数为 0. 8． · 2361 ·