液芯轧制的变形特点

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.03.010 北京铜铁毕院学报 1983年第3期 液芯轧制的变形特点 压力加工第三教研室唐伟林黎景全* 摘要 液芯轧制的变形属于两相（固相、液相）变形，是塑性变形的新领城。· 本文主要讨论液芯轧制时轧件的变形规律，如：在相同的压下制度时产生的不 均匀宽展，轧后轧件纵向产生厚度差，轧件的总延伸和鱼尾量随轧件的液芯率而变 化，在轧件表面产生交接痕及裂纹等。 关于液芯轧制的模拟试验及其在生产中的运用在文献[1一3】中已有详细论述。液芯轧件 (钢锭)不是均匀连续塑性体，而是固（外层）、液（芯部）共存体。普通轧制（普轧） 时，轧辊对轧件的作用力，以及轧件所产生的变形，均集中在变形区，液芯轧制则不然，轧 制压力及变形会通过液芯的传递而达到全轧件。因此，液芯轧制的变形规律与普轧有许多差 别，本文对这些差别进行分析。 一、单鼓（鼓肚、凸度） 在初轧机上普轧钢锭，开始几道产生明显的表面变形，两侧出现双鼓（凹度）。随着轧 件高度减小，变形渗透到轧件中部，两侧由双鼓变成单鼓。 液芯轧制时，随着液芯率的增加，侧面产生的双鼓逐渐减弱，而单鼓明显增加，单鼓量 与轧件宽高比有关，如图1所示。在板坯平轧条件下（出 =1.6~3.2)，随着液芯率增加 单鼓量增加缓慢，板坯立轧时（日=0,3~0.），随着液芯率增加，单鼓变形明显增加。 液芯轧件不仅在侧面产生单鼓，当液芯率较大、轧件宽而薄时，在轧件上下表面也会产 生单鼓，如图2所示。上下表面的单鼓产生在轧件中段，因为轧件中段液芯作用比较明显。 这时，轧件在上下表面和侧面均产生单鼓，即形成四面鼓。 液芯率≥18%，轧件究高比片>2.5时，在轧件中段由于上下表面明显形成单鼓，使 宽度产生收缩，结果，轧件沿纵向的宽度呈葫芦状，两端（头及尾）及中段宽度较窄，如图 3、图4所示。 由图3可见，轧件总长约300mm。头尾各长50mm处，没有液芯，离头尾150mm处轧件 宽度最大，轧件中段h最大、宽度b及凝固层厚度(h!+hz)均减小。 二、宽度差 和普轧相比，液芯轧制的表面宽度差与中部宽度差如图5所示。表面宽度差随液芯率增 吴光蜀、陈明跃同学参加了实验工作。 98

北 京 钢 铁 华 院 学 报 年第 期 液芯轧制的变形特点 压 力加 工 第三 教研 室 店伟林 黎 全 若 摘 要 液 芯轧制的变形 属 于 两相 固相 、 液相 变形 ， 是 塑 性变形 的新领域 。 本文 主要讨论 液 芯轧制时轧件 的变形规律 ， 如 在相 同的压 下 制度 时产生的不 均匀宽展 ， 轧后 轧件纵 向产 生厚度差 轧件的 总延 伸和 鱼尾 量随 轧件的液 芯率而 变 化 ， 在 轧件表面 产 生 交接痕及 裂纹 等 。 关 于液芯 轧制 的 模 拟试 验 及 其在 生产 中的 运 用在文 献 〔 ’ 一 “ 中 已有详细论述 。 液芯 轧件 钢锭 不是均 匀连 续塑性体 ， 而是 固 外层 、 液 芯部 共存体 。 普通 轧制 普 轧 时 ， 轧辊对轧件的作用 力 ， 以及 轧件所产 生的 变形 ， 均 集中在 变形 区 ， 液芯 轧制 则 不 然 ， 轧 制 压 力及变形 会通过液芯 的 传递 而达 到全 轧件 。 因此 ， 液芯轧制 的 变形 规律 与普 轧有许 多差 别 ， 本文 对这些差 别 进 行 分析 。 一 、 单鼓 鼓肚 、 凸度 在 初轧机 上普轧钢锭 ， 开 始几道产 生明显的表面 变 形 ， 两侧 出现双 鼓 凹 度 。 随着轧 件高度减小 ， 变形渗透 到轧件 中部 ， 两侧 由双 鼓 变成 单鼓 。 液芯 轧制 时 ， 随着 液芯率的增加 ， 侧面产生的双 鼓逐渐减弱 ， 而单 鼓 明显增 加 ， 单 鼓量 。 ‘ ， 护， 一 、 ， ， ，， ， 二， ‘ ， ， 一 ， ‘ ，、 、 二 、 一 与轧件宽高 比有关 ， 如 图 所示 。 在板坯 平 轧条件下 一 荟 二 ’ ， ， ” ’， 卜 。 曰 、 ’ ” ” 一 ‘ ， ’ ‘ ’ “ ‘ 随着 液芯 率增 加 叭一 ” 小 ” ’ 、 ‘ 一 ’ ‘ ” 一 ” ’ ’ 价 ‘ 以 ‘ 一 目 ‘ 一 ” 单鼓。 增 加缓 慢， 板坯立 轧时 争 。 卜。 ， 随着液芯 率增加 ， 单鼓 变形 明显增 加 · 液芯 轧件 不仅在 侧面 产 生单鼓 ， 当液 芯率较 大 、 轧件宽而薄时 ， 在 轧件 上下 表面 也 会产 生单鼓 ， 如 图 所示 。 上下 表面 的单 鼓产 生在 轧件 中段 ， 因为轧件 中段液芯 作用 比较 明显 。 这时 ， 轧件在 上下 表面 和 侧面均 产 生单 鼓 ， 即形成四 面鼓 。 一 、 ， 。 ， 名 ， ，， 一 ， 、 一 ，， 一 山 一 ， 一 ， 一 二， 一 一 液芯率》 ， 轧件宽高 比 厂 时 ， 在 轧件 中段 由于 上下 表面 明显形成单鼓 ， ，八 ’ “ ’ 使 一 ‘ ’ 子 一 ‘ “ ” ’， 卜 ‘ 一 ‘ 一 ” ’ 一 ’ “ ” ” 一 ‘ 一 ’ 一 一“ 一 ’ 一 宽度产生收缩 ， 结 果 ， 轧件 沿纵 向的宽 度呈 葫芦状 ， 两端 头 及尾 及 中段宽度较 窄 ， 如 图 、 图 所示 。 由图 可 见 ， 轧件 总长约 。 头 尾 各长 处 ， 没 有液 芯， 离头尾 处轧件 宽 度最大 ， 轧件 中段 最大 、 宽 度 及 凝 固层厚 度 十 均 减小 。 二 、 宽度趁 和普 轧相 比 ， 液 芯 轧制 的 表面宽 度差 与 中部宽 度差 如 图 所示 。 表面 宽度差 随液芯 率增 吴 光 蜀 、 陈明跃 同学参加 了实 验 工 作 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．03．010

12 10 单 =0.30.4 ④ 2 =1.6~32 m 号1.63.2 o2162024 28 液芯率% 8 1216202428 32 液芯率% 图1液芯率与单鼓量（△）的关系 图2液率与芯上下表面单鼓量（△） 100 普轧件 99 2 液芯轧件 00 20 中 16 mm 60 0. 宽度 22 觉度差 12 b 1.63.2 mm ● b 30 =1.63.2 0 6 五=0.3~0.4 宽 楚 100 200 300 481立16202428 纵商长mm 液芯事% 图3轧件宽度、厚度和凝固层厚度沿纵向分布 图5液芯轧制与普轧宽度比较 纵向 b 图4轧件宽向为葫芦状 图6宽度不均 加变化不大，有时还是负的。而中部的宽度差，随液芯率增加很桃增，立轧（日 =0.3 ~0.4)时增加更快。 99

单鼓 宝 叫尸” 六一才广异， ， 曰尸洲一 弋万 尸少豁 。 磊 ’ 。 ’ 自 ’ △ 图 液 芯率 与单鼓 量 △ 的关 系 图 · ’ 飞 一万 孔 液芯率 液 率 与芯上 下表 面 单鼓 量 △ 一 二 件 洲尹 势乳件 …杰 芯轧 又 ‘ 中 ‘ “ ‘“ ‘万碑 、 越 ， 洲 ， 尸 东， ，窿 万 ‘ 多 袱二 二产二祀缪 二 差觉度 一 才 之 ，、 、 纵 句长 图 轧件 宽度 、 厚度和 凝 固层厚度 沿 纵 向分布 浓芯率 图 液 芯轧制 与普 轧宽度 比较 纵 向 二它二二 瞬熟舜那 图 轧件 宽 向为葫芦状 一图 宽度－不 均 二。 ， 卜 ， ， 一 。 ， 口 。 ， 一 ， 、 一 一 一 、 二 一 、 ， ，一 一 ，。 ‘ ， 、 一 一 、 ， 日艾 七 刁、 入 ， 们 盯诀上 笋王士贝 几 。 门 ‘ 问， 」见 厦 丢二， 阻 准 ，山 “ 私 增 丁民 犬叮省 ， 一 、人 牛匕 气 ， 一寸增 加 更快

由于钢锭温度不均匀，液芯锭的凝固层厚薄不均，轧制时会产生明显的宽展不均现象， 如图6所示。凝固层厚薄老别愈大，宽度差也愈大，即出；成小，8：则增大。 三、厚度差 当日=1.6~3.2时，液芯轧件上下面会产生单鼓（图2），而当日=0,3~04时， 轧件沿纵向高度变化不大，大部分金属向宽向流动（图5）。当液芯率大于18%时，轧件纵 向中段的高度会比头尾略小，而产生凹陷，如图7所示。这一变形现象在普轧中是没有见到 过的，产生这一现象的原因：与轧件平轧时中段宽向 产生收缩、翻钢立轧压下量减小，立轧时产生明显的 凹陷 B-B 单鼓变形使变形抗力降低、轧辊及轧件的弹性变形减 小有关。凹陷深度通常小于3mm。 四、延伸 在相同轧制规程下，随着液芯率的增加，总延伸 图7轧件高度产生凹陷 系数会下降，如图8所示。但由于轧制条件不同，延伸 系数的下降速度是不同的，如图9所示。 .0 1.18 延115 总3.01 系1.12外 6 伸 1.0f 敷2. 1.00时 1.03 1.0 0 812162024 81216202428 液芯串% 液芯率% 图8液芯率与总延伸系数的关系 图9 同一道次的延伸系数与液芯率的关系 由图9可知，同一轧制道次，压下量相同。当液芯率较大时，延伸系数变得很小，绝大 部分金属都向宽向流动。：=0,4时，这一现象更明显。 五、鱼那 鱼尾长度随液芯率增加而减小，如图10所示。因此，液芯轧制有利于减少切头切尾量。 当液芯锭的凝固层厚度不同时，上下层的鱼尾长度也不相同，如图11及表1所示。鱼尾 8:)随凝图层厚度比（：）的特加而减小。 表1 端部鱼尾长度变化 ha 0.22 0.47 0.54 0.58 1.38 1.27 1.20 1.09 100

由于钢锭温 度不均 匀 ， 液 芯锭的 凝 固层 厚 薄不均 ， 轧制 时 会产 生 明显 的宽展 不均现象 ， 如 图 所示 。 凝 固层厚 薄差 别愈 大 ， 宽度差 也愈 大 ， 且 二 减刁 、 ， 一 卜 一 则增大 。 三 、 厚度趁 岑卜 一 卜 时 ， 液 芯 轧件 上下 面 会产 生单鼓 图 ， 而当 卜 一 。 一 时 ， 轧件沿纵 向 高度变化不大 ， 大 部分金 属 向宽 向 流动 图 。 当液芯率大 于 时 ， 轧件纵 向中段的高度会比头尾 略小 ， 而 产生 凹 陷 ， 如 图 所示 。 这一 变形 现象在普 轧 中是 没有见 到 卜戊‘ ‘、产 图 轧件 高度 产 生 凹 陷 ‘ 。 一一一 － 过的 ， 产 生这一 现象的原 因 与轧件平 轧 时 中段宽 向 产 生收缩 、 翻 钢立 轧压 下 量 减小 ， 立 轧 时产 生 明显 的 单鼓 变形使变形 抗力降低 、 轧辊 及 轧件 的 弹性变形减 小有关 。 凹 陷深度通 常小于 。 四 、 延伸 在 相 同 轧制 规 程下 ， 随着 液 芯率 的增 加 ， 总延伸 系数 会下 降 ， 如 图 所示 。 但 由于轧制 条件 不 同 ， 延伸 系数的 下 降 速 度是 不 同的 ， 如 图 所示 。 。 悬 ” ’ ， · ， 一、 率 系 狱 · 冰 ， · 。合 图 色 液芯率 竹卜 口 公 液 芯率 与总延 伸 系数的关 系 图 由图 可 知 ， 同一 轧制道次 ， 压 下 量 相 同 。 滚芯率 同一 道 次的延 伸 系数 与液 芯率的关系 当液 芯 率较大时 ， 延伸系数变得很 小 ， 绝大 部 分金 属都 向宽向流动 。 五 、 鱼甩 卜 一 ‘ 、 ， 这一 现 象更 明显 鱼 尾长 度随液芯率增 加而减小 ， 如 图 所示 。 因此 ， 液芯 轧制 有 利于减 少切头 切 尾量 。 当液 芯锭 的凝 固层 厚 度不 同时 ， 上下 层 的 鱼 尾 长 度也 不相 同 ， 如 图 及 表 所示 。 鱼尾 的 增 加 而减 小 。 端 部鱼尾长 度变 化 随 凝 固层 厚 度 比 表 工

六、交接痕与裂纹 轧制液芯率较大的轧件，还料表面与 尾长 液芯部位对应处会出现交接痕，在交接痕 附近产生微小裂纹，如图12所示。 mm 造成交接痕与裂纹的原因是：轧件四 周（无液芯部分）与中部（液芯部分）在 轧制过程中金属变形不一致产生拉应力所 81216202428 致。 液芯率% 液芯轧制的变形研究是塑性变形的新 领域，目前国内外资料不多【，)，特别 图10液芯率与鱼尾长度的关关 是理论分析更少，本文在这方面进行一些 粗浅尝试，很不成熟，希望同志们提出批评指正。 一交接痕与乳纹 图11鱼尾不均 图12交接痕与裂纹 文 献 〔1〕攀枝花钢铁公司、北京钢铁学院：钢锭液芯轧制研究（内部资料)，1981.12 〔2〕唐伟林、钟水群、谭新才：液芯钢锭轧制（内部资料），1982.6 〔3)唐伟林、黎景全：液芯轧制北京钢铁学院学报，1983.恤2。 〔4〕林千博、冲田美幸：《铁上钢》，77一S212。 〔5)野崎德彦、白石博章等：《铁之钢》79一A149。 Characteristic of Deformation of Steel Ingot with Liquid Core during Rolling Tang Weilin'Li Jingquan Abstract Deformation of steel ingot with liquid core during rolling belongs to deformation of two-phase (solid and liquid)is a new domain of plastic deformation.At present,few information is available at home and abroad. We have very seldom seen theoretical analysis especially. This paper deal mainly with deformation law of steel ingot with liquid core,such as uneven spread produced under the same drafting schedule;longitudinal uneven gauge produced after rolling,total elonga- tion and fish-tail change with liquid core rate of stee:ingot,join ma- rk and splits etc.produced surface of the rolled metal. 101

邪 液芯率 图 液 芯率与鱼尾 长度 的关关 六 、 交接痕与裂故 轧制 液 芯 率较 大 的 轧件 ， 坯 料表面 与 液 芯部位 对应 处会出现交接痕 ， 在交接痕 附近产生微 小裂 纹 ， 如图 所示 。 造成 交接痕 与裂 纹的原 因是 轧件四 周 无 液 芯部 分 与 中部 液 芯部分 在 轧制 过程 中金 属变形 不一致 产 生拉应 力所 致 。 液芯轧制 的 变形研 究是 塑性变 形的新 领 域 ， 目前 国 内外 资料不 多 ‘ ， “ ， 特 别 是理论分析 更 少 ， 本文 在这方面 进 行一 些 长尾鱼 粗浅尝试 ， 很 不成熟 ， 希望 同志们 提 出批评 指 正 。 襄家琴那 厂 一 图 鱼尾 不 均 图 交接 痕 与裂 纹 文 献 〕攀枝花 钢 铁公 司 、 北 京钢 铁学院 钢锭液 芯 轧制研 究 内部 资料 ， 〔 〕唐伟 林 、 钟 水群 、 谭新 才 液 芯 钢锭 轧制 内部 资料 ， 唐伟 林 、 黎景 全 液 芯 轧制 北 京钢铁 学院学报 ， 地 〕林千博 、 冲 田 美幸 《 铁 巴钢 》 ， 一 。 〔 〕野崎德 彦 、 白石 博章等 《 铁 己钢 》 一 。 ， 扭 一 ， ， ， 卜 一 二 一 ‘