机械工程学报

作者：王佳力, 李实, 何弘博, 王亚栋, 张立峰

单位：1. 燕山大学材料科学与工程学院 秦皇岛 066044;2. 燕山大学机械工程学院 秦皇岛 066044;3. 宝钢股份中央研究院不锈钢研发中心 上海 201999;4. 北方工业大学机械与材料工程学院 北京 100144

关键词：夹杂物,轧制,有限元模拟,Abaqus,应力；

基金：国家重点研发计划(2023YFB3709900)和国家自然科学基金(U22A20171、52204333)和北京市自然科学基金(2242034)资助项目

利用Abaqus有限元软件建立了钢中非金属夹杂物轧制变形的三维有限元模型，模拟了夹杂物种类、轧板中夹杂物所在位置和夹杂物方向对轧板中夹杂物变形及应力的影响。以长径比来表征钢中夹杂物的变形能力，四种夹杂物的变形能力从高到低分别为：MnS>Al2O3-MnS>Al2O3>TiN。Al2O3-MnS复合夹杂物中Al2O3外侧较软MnS相的存在，使得夹杂物周围钢基体中的等效塑性应变值更小，减小了钢基体失效的概率，因此可以在冶炼中对夹杂物改性处理，实现在硬质夹杂物外覆盖一层软质夹杂物，降低夹杂物对钢性能的危害。当夹杂物在轧板中心位置时，Al2O3-MnS复合夹杂物中的MnS相的残余应力平均值最小，为121.373 MPa。当夹杂物在轧板厚度1/4处时，夹杂物变形最明显，MnS相的残余应力平均值最大，为126.853 MPa。轧制变形前椭球体MnS夹杂物长轴与轧制方向夹角越大，轧制过程中发生旋转的角度也越大，轧制变形后的长径比从4.15逐渐降低至1.12。通过轧制过程中非金属夹杂物变形的三维有限元模拟，为炼钢过程中夹杂物的成分和尺寸控制以及制定轧制参数提供理论依据。

来源：2025年第18期

《机械工程学报》期刊编辑部

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