斜轧轧件内部疏松产生机理探究

斜轧轧件的内部经常出现一些微小的彼此不连接的裂纹，人们称其为“疏松”或“曼内斯曼破坏”。在一些极端条件下，这些裂纹彼此连接形成较大的裂纹，甚至在轧件心部形成孔洞。轧件疏松问题严重制约着斜轧工艺的发展和应用。因此，研究斜轧内部疏松产生原因，保证轧件心部质量具有重要的实用价值。对于疏松的产生原因，国内外学者进行了广泛的研究，提出了不同的见解，由于疏松的产生原因复杂，至今没有形成统一的观点。对于疏松的是否产生很难通过一个简单的数学公式作为判据，应该综合考虑各方面因素的影响。在这些因素中，不同的因素对疏松产生的影响相差很多。

通过数值模拟结果的分析，其应变和应力状态已经清楚了。塑性变形从接触表面开始，并随着压缩量不断增加，塑性变形不断向里渗透。等效应变在截面内的分布明显的不均匀，各点的等效应变随着轧制过程是单调递增的；轧辊凸棱下轧件各截面中心点的轴向应变ε_z为拉伸应变，且与第一应变主方向完全重合；而径向应变ε_y和横向应变ε_x为压缩应变，则以轧件每转半圈为一个周期，呈现规则性交替变化。主变形状态图是两缩（X、Y向）一伸（Z向）。

轧辊凸棱下轧件中间截面中心点处于纯剪切应力状态，即轴向应力σ_z与第二主应力完全重合，第一主应力、第二主应力呈周期变化；而第三（Y向）主应力则呈正负交替变化，基本处于两拉（X、Z向）一压（Y向）或三向拉应力状态。

图6-3-12、图6-3-13分别表示轧辊凸棱下轧件横截面中心点、边缘点的等效应力，平均应力σ_m和等效应变的时序变化曲线。由图6-3-12可见，截面中心点的等效应变随轧制进程（时间）递增，轧件心部平均应力σ_m始终为拉伸应力，而图6-3-13所示，截面边缘点的等效应变同样随轧制进程递增，但轧件截面边缘点的平均应力σ_m基本为压应力。斜轧实心坯的破裂之所以产生在中心区域而不在表层附近。有两个原因：一是由于在这两个区域的平均应力σ_m的差别很大；在表层附近区域尽管塑性变形达到最大，但该区域的平均应力σ_m却是压缩应力，因此该区域的静水压力大，塑性好，不容易开裂；在中心区域塑性变形仍然很大，而平均应力σ_m却为拉伸应力，拉伸的平均应力σ_m使该区域的塑性差、容易开裂。二是由于在中心区域产生应力集中，当应力集中不能被变形过程所松弛，必将以裂缝的发生与发展过程来松弛，接着产生疏松与破裂。

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图6-3-12 横截面中心点应力与应变

图6-3-13 横截面边缘点应力与应变

综上分析，斜轧实心坯中心可能产生疏松和破坏的机理为：应力状态对裂纹的扩展有重要影响，静水压力对推迟裂纹的萌生和阻止裂纹的扩展有重要作用，而拉应力作用与其相背。当分析塑性破坏时需要综合考虑变形、拉伸应力并配合变形历史和可能叠加的静水压力等。