中厚板待温轧制过程的热力耦合数值模拟

摘要

针对中厚板的两个常见质量问题：横向延伸率不合格、在线探伤合格率偏低，本研究在生产现场取样，从理论和实验两方面进行分析，确定了硫化物、带状组织、白点、魏氏组织以及中心偏析对钢板质量的危害，并且分析了轧制变形在消除缺陷，改善钢板质量方面所起的重要作用。
　　 本文借助LS-DYNA有限元软件，使用基于平面应变的弹塑性热力耦合方法，在轧辊为弹性体的条件下，依次对经历不同待温时间后的钢板轧制过程进行数值模拟，得到了钢板待温轧制过程的温度场、应变场和应力场，为待温轧制工艺的优化工作提供了理论依据。
　　 对于60mm厚的钢板，当初始温度为1000℃时，在待温开始后52.8秒，钢板中心与表面的温差达到最大55.4℃，在此之后，钢板中心与表面的温差逐渐减小。轧制变形过程中，由于塑性变形，轧件中心温度大约升高6℃，而轧件表面因与低温轧辊接触使其温度迅速下降，脱离接触后轧件表面温度逐渐升高，出现返红现象。
　　 随着待温时间的变化，轧制变形时，轧辊与轧件的应变场与应力场均发生改变，但是接触弧上最大轧制压力的位置不变，与轧制入口间的距离均为52.7～62.4mm，最大轧制压力与待温时间成正比。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 中厚板生产发展历史与现状

1.2 中厚板中的常见质量缺陷及改善措施

1.2.1 钢板中缺陷的主要位置

1.2.2 钢板中的硫化物

1.2.3 带状组织的对钢板塑性的影响

1.2.4 白点对钢板塑性的影响

1.2.5 魏氏组织对钢板力学性能的影响

1.2.6 中心偏析对钢板的影响

1.3 轧制变形在钢板质量方面的作用

1.3.1 轧制变形对改善缺陷的作用

1.3.2 轧制变形在控制轧制工艺中的作用

1.4 研究的主要内容

1.5 研究方法的选择

1.5.1 应变的实验测量方法

1.5.2 数值模拟方法的优越性

1.5.3 有限元数值模拟软件的发展概况

1.5.4 中厚板轧制过程数值模拟研究进展

1.5.5 数值模拟的技术路线

第2章 弹塑性有限元基本理论

2.1 材料模型

2.1.1 屈服准则

2.1.2 强化准则

2.1.3 流动准则

2.1.4 大变形弹塑性本构关系

2.2 接触边界条件

2.2.1 接触算法

2.2.2 摩擦模型

2.3 基于拉格朗日空间的虚功方程

2.4 显式积分算法

2.5 小结

第3章 模拟参数的确定

3.1 待温轧制工艺的选取

3.2 模拟使用的材料模型

3.2.1 轧辊和轧件的力学材料模型

3.2.2 轧件的热膨胀系数

3.2.3 轧辊与轧件的热物性参数

3.3 几何模型

3.4 传热边界条件

3.4.1 导热微分方程

3.4.2 轧辊的换热边界条件

3.4.3 轧件空气之间的对流换热

3.4.4 轧件的与环境之间的辐射换热

3.4.5 轧件与轧辊之间的接触换热

3.4.6 塑性功引起的轧件温升

3.5 网格划分

3.6 小结

第4章 计算结果及分析

4.1 温度场计算结果

4.1.1 待温过程的温度场计算结果

4.1.2 轧制过程的温度场计算结果

4.2 应变场计算结果

4.2.1 空冷过程的弹性应变场

4.2.2 轧制过程的应变场

4.2.3 稳态轧制过程轧辊的应变场

4.3 应力场计算结果

4.3.1 空冷引发的应力场

4.3.2 轧制过程轧件的应力场

4.3.3 稳态轧制过程轧辊的应力场

4.4 轧制压力沿接触弧分布

4.5 工艺优化结果

第5章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢