有限元异步轧制变形行为的研究模拟+文献综述(2)
a）同步轧制 b）异步轧制
图1.1 同步轧制与异步轧制变形区分布
相较而言，异步轧制能够更大程度上降低轧制压力，所以在轧制力一定的条件下，可以有更大的压下量，从而减少道次以此来轧制出更薄的产品、提高轧制精度、减少轧件宽度方向上的厚度差[2]。轧制道次与连轧机的机架数的减少，中间退火工序的减少甚至是省去都能最终降低能耗和生产成本。
在变形过程中，当慢速辊中性点移至入口处、快速辊侧中性点移至出口处时，使整个接触变形区只有搓轧区组成，这种状态称为全异步轧制。在实际生产中，中性点受到工作辊摩擦力等条件的限制，移到出、入口处的条件要求苛刻，所以在实际生产中全异步轧制很少出现。如今人们所研究的就是尽量达到这种理想状态，让搓轧区占整个变形区的比例最大化，轧制出更优质的产品。
1.1.2 异步轧制技术的特点
金属轧件在异步轧制时变形区内会引起剪切变形,有助于材料的晶粒细化,从而在变形区激发更多的滑移系参与滑移与交滑移,导致旋转立方织构的增强,剪切带区域内集中了非常高的局部塑性变形,具有较高的形变储能[3]。因此,异步轧制有利于降低再结晶温度,减少耗能,以及降低轧制力,提高生产效率。
异步轧制技术的特点决定了它的优势。首先,由于其附加剪切变形的存在,造成了搓轧区上、下表面金属流动的不同,导致金属表面质量、金相组织、晶体位相和力学性能的变化。与常规轧制相比,异步轧制具有显著降低轧制压力与轧制扭矩,降低产品能耗,减少轧制道次,增强轧薄能力,改善产品厚度精度和板形,提高轧制效率等优点。特别是对于轧制变形抗力高、加工硬化严重的极薄带材,其节能效果更加显著。
其次,异步轧制产生了比普通对称轧制大得多的附加剪切变形,并且与正常压缩变形同时存在于轧制变形区中,因而可以促使晶粒细化。当异径比足够大时,附加剪切变形会贯穿变形区中心,此时可以促使整个厚度上的晶粒细化,这在中厚板轧制时对促进中央部位的组织细化有利,从而改善中厚板尤其是厚板的性能和组织均匀性。因此,异步轧制会为晶粒细化提供有利条件,非常有利于提高金属轧件的力学性能。
再次,由于异步轧制可以实现大压下量轧制,因而也为形变诱导相变细化晶粒机制提供有利条件。异步轧制可以降低轧制温度,在精轧后几道次,控制合适的加工温度,进行大压下量轧制,形变的同时诱导相变,轧后快冷,即可获得铁素体细晶,为实现低温铁素体轧制创造了条件。
异步轧制具有大规模化生产细晶钢的潜力。与异步轧制相比,同属于利用剧烈变形而细化晶粒的方法,如等通道变轴挤压、复合加载（压缩加扭转）等，由于本身的局限性，只适用于小尺寸工件的实验室研究，无法进行大尺寸工件大规模化生产。而异步轧制既能细化晶粒，又适合大尺寸工件大规模生产。因此，具有很广的实际应用前景。
1.1.3 异步轧制在晶粒细化上的研究
异步轧制的单位轧制应力低，辊速和张力控制简单，轧辊的反向跳动小，适合精密轧制。在上世纪九十年代末期开始，材料研究者开始关注异步轧制材料的组织和力学性能，并逐渐从晶粒细化的角度研究异步轧制工艺。
孟强等人[4]试验发现适当提高轧制速比和道次压下率能够显著细化晶粒，但是速比过高时，细化晶粒效果降低；张文玉等人[5]研究发现异步轧制时板型的变形量比常规轧制时大，有利于镁合金板材晶粒的细化与均匀化，并且改变异步轧制的工艺条件能够在一定程度上提高镁合金的塑性变形能力；陈玉良[6]等人采用有限元模拟方法发现异步轧制的搓轧区和剪切区的交互作用对纯铜的叠轧细化晶粒过程起主要作用；郑健[7]曾做过关于异步轧制对铝合金带材组织和性能的影响实验中，发现随着轧制道次的增加，累积变形量增加，晶粒细化的程度也越来越大等诸多研究。