針對(duì)ER70S-6焊絲鋼在粗軋后出現(xiàn)的褶皺缺陷，利用有限元模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了第三道次橢圓孔入口軋件的高度對(duì)該道次應(yīng)力應(yīng)變及金屬流動(dòng)規(guī)律的影響，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：第3架軋機(jī)軋件入口高度減小2 mm時(shí)，粗軋后褶皺平均深度由126.46 μm減小為83.47 μm。

ER70S-6低合金焊絲鋼盤條是制作CO2氣體保護(hù)焊的主要原材料，主要由鐵素體和珠光體等復(fù)相組織組成，在橋梁、鍋爐、船舶、車輛制造以及其他工業(yè)制造行業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用，是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的氣體保護(hù)焊絲鋼[1-2]。通過熱軋工藝來生產(chǎn)，涉及到高溫變形，表面質(zhì)量是其面臨的最主要問題[3]，其中褶皺是影響線材表面質(zhì)量的主要因素之一。作為常見的缺陷，褶皺無論出現(xiàn)在邊緣還是表面，都會(huì)對(duì)鋼坯造成損傷，導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。如果表面存在褶皺缺陷，會(huì)在后續(xù)加工過程中造成傳播，最終導(dǎo)致零件失效[4-5]。因此，有必要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者利用有限元對(duì)線材軋制進(jìn)行了模擬并分析了褶皺的產(chǎn)生原因[6-9]。喬明亮等發(fā)現(xiàn)輥縫的調(diào)整不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致線材出現(xiàn)缺陷[10-11]。韓際清等通過實(shí)驗(yàn)提出了褶皺產(chǎn)生的原因和解決方法[12-13]。

唐山德龍鋼鐵有限公司軋線采用了150 mm×150 mm坯料，粗軋孔型為：箱-箱-橢圓-圓-橢圓-圓型孔。為了適應(yīng)更廣泛的產(chǎn)品需求，現(xiàn)將150 mm×150 mm坯料改為160 mm×160 mm，并且前兩架箱型孔改為無孔型圓柱形輥。圓柱形輥身軋制雖然能夠減少換輥頻率、提高生產(chǎn)效率，但從軋件變形角度來說，經(jīng)前兩架圓柱形輥身軋制后，坯料圓角部并沒有進(jìn)行加工，試樣直接進(jìn)入第3架橢圓孔型，使得軋件圓角部變形更加劇烈，從而極易導(dǎo)致軋件變形失穩(wěn)產(chǎn)生褶皺。

因此，本文利用有限元模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，針對(duì)方形軋件進(jìn)入第三道次橢圓孔型的變形條件，模擬了變形過程中的應(yīng)力應(yīng)變分布和金屬流動(dòng)規(guī)律，通過調(diào)整進(jìn)入第三道次橢圓孔方形軋件高度，研究了橢圓孔入口軋件尺寸對(duì)軋件角部變形和應(yīng)力應(yīng)變的影響，確定了褶皺出現(xiàn)的位置，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

粗軋有限元模型

鑒于前兩架為平輥，利用Abaqus有限元軟件對(duì)第3~6架粗軋過程進(jìn)行三維實(shí)體建模，將第2架出口坯料作為工件，尺寸為131 mm×131 mm。為了提高計(jì)算效率，根據(jù)工件及邊界條件的對(duì)稱性，建立了1/4模型進(jìn)行分析，見圖1(a)。軋輥設(shè)為解析剛體，軋件設(shè)定為彈塑性各向同性材料，采用C3D8RT單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元總數(shù)為59312個(gè)，施加對(duì)稱邊界條件，限制對(duì)稱面垂直方向上的位移。軋輥與軋件間的摩擦系數(shù)為0.3。軋件表面的對(duì)流換熱系數(shù)為10W/(m2·K)，輻射系數(shù)為0.8，熱傳導(dǎo)方式是軋件與軋輥的主要換熱方式，換熱系數(shù)為20 W/(m2·K)。軋輥溫度設(shè)置為恒溫，溫度為300℃；外界環(huán)境溫度為20℃。在軋制過程中，軋件因塑性變形生熱與摩擦生熱等原因，設(shè)定功與熱轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.9。對(duì)軋輥施加角速度，其數(shù)值與實(shí)際生產(chǎn)相一致。

為了分析褶皺出現(xiàn)的原因，將從材料橫向流動(dòng)速度以及橫向變形程度兩個(gè)方面重點(diǎn)研究角部圓角在進(jìn)入孔型后的變形情況。節(jié)點(diǎn)從軋件左上到右下選取10個(gè)節(jié)點(diǎn)，跨越圓角處，通過對(duì)節(jié)點(diǎn)的追蹤分析，研究不同區(qū)域處各場(chǎng)量的分布情況，得到材料流動(dòng)規(guī)律，預(yù)測(cè)褶皺產(chǎn)生的位置，節(jié)點(diǎn)選擇如圖1(b)所示。