H型鋼熱軋工藝過(guò)程數(shù)值分析及其仿真技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)對(duì)長(zhǎng)型材力學(xué)性能的一致性和多樣性的要求日趨嚴(yán)格，而其性能主要取決于鋼的化學(xué)成分、晶粒度、關(guān)鍵的軋制及冷卻工藝參數(shù)。此前的研究熱點(diǎn)主要集中在建立再結(jié)晶和相變過(guò)程的物理冶金模型，并將其應(yīng)用于分析板(帶)材或者小截面型材軋制過(guò)程的數(shù)值分析，而對(duì)長(zhǎng)型材中復(fù)雜斷面型鋼的熱軋工藝過(guò)程的研究較少。 本文選擇中型H型鋼熱軋工藝過(guò)程的綜合數(shù)值分析為研究課題，分析和預(yù)測(cè)型鋼熱軋力能參數(shù)和軋件中的微觀組織演變，深入到微觀層面理解影響H型鋼性能的

2、工藝因素。其成果對(duì)于建立H型鋼熱軋全過(guò)程的尺寸精度和機(jī)械性能預(yù)報(bào)系統(tǒng)、優(yōu)化軋制工藝參數(shù)等，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和理論意義。 建立了Q235鋼高溫整體流變應(yīng)力模型。利用Gleeble-1500熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)，對(duì)Q235鋼的高溫變形行為進(jìn)行了研究，得到了不同溫度和變形條件下的流變應(yīng)力數(shù)據(jù)?？紤]熱變形過(guò)程中金屬動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的影響，建立了高溫整體流變應(yīng)力模型，在計(jì)算流變應(yīng)力的同時(shí)分析了金屬內(nèi)部微觀組織的演變過(guò)程，突破了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢H能對(duì)熱

3、軋過(guò)程進(jìn)行熱力耦合分析的局限，將微觀組織分析引入到型鋼熱軋過(guò)程的數(shù)值分析中。 建立了Q235鋼的奧氏體晶粒加熱長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)模型。利用帶WZK-1可控硅溫度控制器的加熱爐、MM-6金相顯微鏡及圖像分析儀，研究不同溫度下奧氏體晶粒直徑與保溫時(shí)間之間的關(guān)系。利用金相實(shí)驗(yàn)觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)，建立了Q235鋼的奧氏體晶粒加熱長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)模型。利用該模型計(jì)算熱軋坯料的初始奧氏體晶粒尺寸，分析了加熱爐保溫溫度、保溫時(shí)間對(duì)后續(xù)奧氏體晶粒的影響。

4、 建立了Q235鋼熱變形過(guò)程中奧氏體晶粒演變動(dòng)力學(xué)模型。用Gleeble-1500熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)Q235圓柱試樣進(jìn)行壓縮之后，立即用足量冷水淬火，然后沿試樣壓縮方向進(jìn)行縱向剖切、研磨、拋光后制成金相試樣，對(duì)金相試樣浸蝕后，采用MM-6圖像分析儀觀察變形后試樣不同部位的奧氏體晶界。建立了Q235奧氏體再結(jié)晶預(yù)報(bào)模型，利用該模型對(duì)不同變形條件下的奧氏體晶粒進(jìn)行預(yù)測(cè)的平均誤差為13.6％，相對(duì)于通用C-Mn鋼奧氏體再結(jié)晶模型15.4％的平均預(yù)

5、測(cè)誤差，其預(yù)測(cè)精度進(jìn)一步提高。 建立了多道次H型鋼粗軋過(guò)程軋制負(fù)荷、腰部溫度、腰部奧氏體晶粒直徑的本課題得到山東省科技創(chuàng)新項(xiàng)目[2003182]資助經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。盡管有限元結(jié)果可以提供軋件變形過(guò)程中應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、奧氏體晶粒直徑、再結(jié)晶分?jǐn)?shù)等數(shù)據(jù)的形象分布云圖，但也存在計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、步驟繁瑣等不適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)快速多變的生產(chǎn)節(jié)奏的缺點(diǎn)。所以，在對(duì)軋制過(guò)程有限元分析模型進(jìn)行驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，通過(guò)4因素3位級(jí)的虛擬正交實(shí)驗(yàn)確定了影響H型鋼軋制負(fù)

6、荷、奧氏體晶粒直徑各主要因素的主次順序，建立了計(jì)算多道次H型鋼孔型軋制的軋制負(fù)荷、腰部溫度、腰部奧氏體晶粒直徑的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，避免了利用?？寺〉鹿接?jì)算軋制負(fù)荷時(shí)需要確定軋件瞬時(shí)溫度的困難。提出了基于網(wǎng)格重構(gòu)的多道次型鋼熱軋過(guò)程的數(shù)值分析流程。利用PYTHON和FORTRAN程序?qū)崿F(xiàn)了多道次熱軋過(guò)程有限元分析模型間節(jié)點(diǎn)溫度、累積塑性應(yīng)變、自定義場(chǎng)變量等的數(shù)據(jù)傳遞，確保了多道次H型鋼大變形塑性過(guò)程及其類似變形過(guò)程數(shù)值分析的完成。并且在改進(jìn)

7、的．ABAQUS軟件平臺(tái)上，成功地對(duì)}t400×200、H250×125、H200×200規(guī)格H型鋼粗軋全過(guò)程進(jìn)行了綜合數(shù)值分析，詳細(xì)地給出了熱軋過(guò)程中軋制負(fù)荷、軋件溫度、軋件變形、以及軋件內(nèi)奧氏體晶粒的演變過(guò)程等的計(jì)算結(jié)果。并且利用紅外測(cè)溫設(shè)備(NEC熱像儀TH5104R)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量的大量數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了軋件溫度和軋制負(fù)荷數(shù)值分析結(jié)果的正確性。 利用FORTRAN語(yǔ)言編寫VUMAT(自定義材料模型)、UFRIC(自定義摩擦