H型鋼熱軋工藝過程數(shù)值分析及其仿真技術(shù)研究.pdf

1、近年來對長型材力學(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程的數(shù)值分析，而對長型材中復(fù)雜斷面型鋼的熱軋工藝過程的研究較少。 本文選擇中型H型鋼熱軋工藝過程的綜合數(shù)值分析為研究課題，分析和預(yù)測型鋼熱軋力能參數(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。其成果對于建立H型鋼熱軋全過程的尺寸精度和機(jī)械性能預(yù)報系統(tǒng)、優(yōu)化軋制工藝參數(shù)等，具有重要的實際應(yīng)用價值和理論意義。 建立了Q235鋼高溫整體流變應(yīng)力模型。利用Gleeble-1500熱模擬實驗機(jī)，對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]熱變形過程中金屬動態(tài)再結(jié)晶的影響，建立了高溫整體流變應(yīng)力模型，在計算流變應(yīng)力的同時分析了金屬內(nèi)部微觀組織的演變過程，突破了傳統(tǒng)經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛢H能對熱

3、軋過程進(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程的數(shù)值分析中。 建立了Q235鋼的奧氏體晶粒加熱長大動力學(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間之間的關(guān)系。利用金相實驗觀測得到的數(shù)據(jù)，建立了Q235鋼的奧氏體晶粒加熱長大動力學(xué)模型。利用該模型計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、保溫時間對后續(xù)奧氏體晶粒的影響。

4、 建立了Q235鋼熱變形過程中奧氏體晶粒演變動力學(xué)模型。用Gleeble-1500熱模擬實驗機(jī)對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)報模型，利用該模型對不同變形條件下的奧氏體晶粒進(jìn)行預(yù)測的平均誤差為13.6％，相對于通用C-Mn鋼奧氏體再結(jié)晶模型15.4％的平均預(yù)

5、測誤差，其預(yù)測精度進(jìn)一步提高。 建立了多道次H型鋼粗軋過程軋制負(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)新項目[2003182]資助經(jīng)驗計算公式。盡管有限元結(jié)果可以提供軋件變形過程中應(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，但也存在計算時間長、步驟繁瑣等不適應(yīng)現(xiàn)場快速多變的生產(chǎn)節(jié)奏的缺點(diǎn)。所以，在對軋制過程有限元分析模型進(jìn)行驗證的基礎(chǔ)上，通過4因素3位級的虛擬正交實驗確定了影響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)驗計算公式，避免了利用埃克隆德公式計算軋制負(fù)荷時需要確定軋件瞬時溫度的困難。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型鋼大變形塑性過程及其類似變形過程數(shù)值分析的完成。并且在改進(jìn)

7、的．ABAQUS軟件平臺上，成功地對}t400×200、H250×125、H200×200規(guī)格H型鋼粗軋全過程進(jìn)行了綜合數(shù)值分析，詳細(xì)地給出了熱軋過程中軋制負(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程等的計算結(jié)果。并且利用紅外測溫設(shè)備(NEC熱像儀TH5104R)及現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)測量的大量數(shù)據(jù)，驗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語言編寫VUMAT(自定義材料模型)、UFRIC(自定義摩擦