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大尺度圓鋼作為重要的結構長材，一直被廣泛應用于重型設備、冶金機械、橋梁建筑等重要行業(yè)，主要作為軸類零件及拉桿類零件等，承受復雜重載，對其機械性能及內(nèi)部質量有很高的要求。然而，大規(guī)格合金連鑄坯芯部普遍存在疏松、孔洞、非金屬夾雜物等冶金鑄態(tài)缺陷，為滿足工業(yè)對大尺度圓鋼內(nèi)部質量和性能的苛刻要求，對軋制工藝提出了更高的要求。本文在國家自然科學基金項目(51005197)資助下，開展了大尺度圓鋼熱軋缺陷控制數(shù)值模擬研究，研究大型連鑄坯內(nèi)部疏松、縮孔、夾雜物等缺陷在熱軋過程中的形態(tài)演變和消除機理，對軋制工藝的合理制定具有理論指導價值。以大尺度圓鋼熱連軋機組為研究對象，利用VB編制了一套大圓鋼計算機輔助孔型設計系統(tǒng)(Computer Aided Roll Pass Design for Round Bar,簡稱RB-CARD)軟件，實現(xiàn)孔型結構參數(shù)、工藝參數(shù)、力能參數(shù)等參數(shù)的解析計算和軋制模擬，以此為基礎，通過DEFORM二次開發(fā)，實現(xiàn)了熱軋變形過程分析有限元模型的參數(shù)化建模。為研究大型連鑄坯芯部疏松缺陷在熱軋過程的致密壓實規(guī)律，本文將疏松體視為多孔可壓縮材料，采用體積可壓縮的剛塑性有限元方法，建立了42CrMo合金連鑄坯芯部疏松軋制致密壓實過程的三維非線性有限元模型，通過變參數(shù)數(shù)值模擬，探究不同工藝參數(shù)對芯部疏松壓實效果的影響規(guī)律，提出采用連軋過程機架間負張力軋制工藝，解決疏松缺陷的有效致密壓實問題，并根據(jù)模擬結果，分析了張力值對疏松缺陷致密壓實效果和軋制力的影響，以及進行負張力軋制的可行性，為優(yōu)化軋制工藝參數(shù)奠定了基礎。根據(jù)連鑄坯內(nèi)部非金屬夾雜物的物理特征，將其分為塑性夾雜物和硬質夾雜物兩大類，對熱軋變形過程中塑性夾雜物的協(xié)調變形機理和硬質夾雜物引起的孔洞裂紋等缺陷進行了數(shù)值模擬分析研究。在矩形連鑄坯芯部預置入球形孔洞，用以模擬鑄坯內(nèi)部孔洞型缺陷，通過有限元數(shù)值模擬，研究大尺度圓鋼熱軋過程孔洞缺陷的三維閉合形態(tài)演變過程及其對周圍基體的影響，結合孔洞三維尺寸定量分析了孔洞閉合程度。并在燕山大學軋鋼實驗室五機架連軋機組上，以鉛作為工件材料，開展了圓鋼內(nèi)部孔洞軋制閉合過程的物理模擬實驗，對有限元模擬結果進行了對比驗證

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