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中心缺陷是中厚板生产过程中的常见质量问题,经常导致产品质量不稳定、力学性能不达标、断口不合格等问题。其根本原因是因为中厚板的生产大都是以连铸坯为原料的,而连铸坯生产过程中,钢水凝固从外侧向中心进行,溶质元素容易向中心富集,进而产生板坯的中心偏析和中心夹杂物等,钢板中的绝大多数内部缺陷主要集中该区域。比较典型的心部缺陷有:中心偏析、中心夹杂物和心部裂纹等。
在连铸坯质量一定的条件下,轧制工艺对钢板质量的影响就显得格外重要,所以轧钢工序希望通过增大钢板变形的压缩比,尽可能使变形渗透到心部,来压合钢板中的一些缺陷,最终改善中厚板产品的性能。但中厚板轧制过程中,厚度方向上的变形是不均匀的,心部的压缩比很小。如何通过改善工艺条件,尽可能地增大中心的有效变形,达到减少中心缺陷的目的,是本文数值模拟研究的重点。
本文借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件,基于弹塑性有限元方法,对中厚板轧制过程中厚度方向上的变形分布及心部压缩应变,进行非线性有限元计算的理论研究。通过模拟计算,得到不同工艺参数(压下率、来料厚度、轧辊直径、轧制速度、摩擦系数、轧制温度、待温时间)对心部压缩变形的影响,还分析了100mm~400mm钢板轧前空冷过程中的三维温度场,以及100mm和200mm钢板热轧过程中的不均匀温度场对中心变形的影响,为轧制工艺制度的改善提供了数值分析上的理论依据。
结果表明,压下率对中厚板中心的压缩变形影响是最根本的,并显著影响钢板厚度方向上的变形分布,所以增大压下率对提高钢板中心的压缩比是有益的。200mm钢板轧前空冷100s后,压下率为15%时,心部与表面的温差达到108℃,心部压缩变形达到最大,增大的压下量为1mm~2mm;而100mm钢板,不均匀温度场对心部变形的影响较小。所以对于厚规格的钢板,轧前空冷引起的不均匀温度场对心部变形影响显著,如能结合现场温度制度实施,可以起到增大中心压缩比,并改善中心质量缺陷的作用。