低碳钢热轧计算机模拟及工艺优化研究

摘要

近年来，随着我国经济建设的不断发展，对钢材的应用越来越广泛，其中轧钢技术是我国钢铁材料成型的主要方法之一。在钢铁行业中，冶炼钢的90％以上都是通过轧制工艺来生产所需的钢材，其被广泛应用于汽车、建筑、能源、交通、机械制造用构件等国民经济支柱产业。因而在日趋激烈的市场竞争下开拓市场，就需要开发新工艺来不断提升产品的质量和力学性能。目前，相比于传统的分析手段应用计算机模拟技术对轧制全过程的仿真，可实现对棒材产品的可制造性和产品质量的预报，可以节省大量的资源。因此，本课题基于此背景以棒线材20A钢为研究对象，针对某钢铁厂实际轧制生产中存在的棒材尺寸精度、力学性能及产品质量等问题进行了系统的研究，所做工作如下：　　（1）20A钢本构模型及动态再结晶模型的理论研究，通过对试样在不同变形条件下应用-1500Gleeble热模拟试验机进行压缩实验得到材料的真应力-应变曲线，并分析变形条件对流动应力的影响规律，最终建立材料的高温本构模型及动态再结晶模型，为后续轧制过程的模拟及分析提供理论基础；　　（2）轧辊孔型的优化设计，根据实际工厂生产提供的理论数据，结合轧制孔型设计的相关理论合理设计热连轧椭圆-圆轧辊孔型参数；　　（3）Deform-3D软件自带材料数据库的二次开发及UG三维建模，将建立的材料理论模型及材料的热物性参数添加到数据库中，根据设计的轧辊孔型在UG软件平台下进行三维建模；　　（4）通过设计正交试验，优化轧制工艺参数，应用刚塑有限元仿真技术，分析了不同轧制工艺条件下坯料的成形过程，得到了热轧阶段应力场、等效应变场、温度场、金属流动情况及晶粒尺寸演变情况，从而获得了优化的工艺参数；　　（5）轧制物理实验验证，通过将优化后的工艺方案进行轧制实验，在得到的热轧20A钢棒材进行取样，做相关的性能检测和试验，包括：外形尺寸检测、硬度测试、端面形貌及微观组织的观察，并与有限元模拟及仿真进行比较。　　将数值模拟结果与实验结果比较得出如下结论：利用有限元数值模拟技术可准确地模拟和仿真棒材轧制全过程，优化轧制工艺参数和轧辊，并能有效地缩短工艺开发周期，降低生产成本，降低产品开发风险，为轧钢厂提高产品质量，科学的制定轧制工艺和模具设计提供了良好的基础。具有较高的科学价值和实用价值。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 线棒材轧制国内外研究现状

1.3 课题研究的内容、意义及方案

第2章 轧辊孔型设计及有限元基本理论

2.1 棒材连轧孔型系统设计

2.2 棒材连轧孔型设计中的宽展模型

2.3 轧制力能参数模型

2.4 刚塑性有限元理论简介

2.5 有限元软件介绍

2.6 本章小结

第3章 20A钢的高温热压缩实验研究及模型建立

3.1 前言

3.2 实验材料与方案

3.3 实验结果与分析

3.4 20A钢热塑性变形的应力-应变本构模型研究

3.5 本章小结

第4章 20A钢大棒材轧制过程数值模拟及工艺优化

4.1 引言

4.2 实验轧机孔型系统及有限元模型建立

4.3 Deform-3D有限元软件材料数据库的建立

4.4 轧制过程工艺参数的优化

4.5 棒材轧制成形模拟及结果分析

4.6 本章小结

第5章 物理实验验证

5.1 前言

5.2 实验材料及方案

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果