板帶熱軋過(guò)程多參數(shù)耦合數(shù)值模擬.pdf

1、熱軋板帶材是重要的鋼鐵產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，熱軋板帶生產(chǎn)得到了迅猛發(fā)展。板凸度和板形精度是板帶產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標(biāo)，一直是板帶生產(chǎn)和研究中關(guān)注的重點(diǎn)。近些年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越重視板帶產(chǎn)品的組織與性能，尤其是隨著各種用途鋼種的開(kāi)發(fā)，如HSLA鋼、雙相鋼、IF鋼等，要求有更準(zhǔn)確和均勻的機(jī)械性能，產(chǎn)品組織和機(jī)械性能的控制與改善變得日益重要。 為了滿足社會(huì)需求和適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，鋼鐵企業(yè)必須不斷地改善產(chǎn)品的形狀尺寸和組織性能。

2、同時(shí)降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期。這就需要改變以往依賴于昂貴而耗時(shí)的經(jīng)驗(yàn)性試錯(cuò)方法，而要借助于先進(jìn)的開(kāi)發(fā)工具對(duì)產(chǎn)品及其制造過(guò)程進(jìn)行快速的設(shè)計(jì)和分析。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬在板帶軋制領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。建立基于連續(xù)力學(xué)、傳熱學(xué)及物理冶金原理的板帶熱軋過(guò)程數(shù)學(xué)模型能夠?yàn)檐堉乒に囋O(shè)計(jì)、產(chǎn)品形狀尺寸及組織性能控制提供更為科學(xué)有效的方法。 熱軋過(guò)程中同時(shí)發(fā)生著金屬變形、傳熱及物理冶金變化等多種現(xiàn)象，各種現(xiàn)象間相互作

3、用、相互影響。對(duì)板帶熱軋過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)值模擬需要將變形、傳熱和物理冶金變化嚴(yán)格耦合起來(lái)，這在以前的大多數(shù)研究中考慮是不夠的。本文在系統(tǒng)調(diào)研板帶熱軋理論，包括變形、傳熱及物理冶金變化各方面研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，考慮鋼材熱軋問(wèn)題的多物理過(guò)程間的相互作用及三維特征，將變形，傳熱與物理冶金變化計(jì)算完全耦合，開(kāi)發(fā)了一個(gè)多參數(shù)耦合的板帶熱軋過(guò)程三維計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)。 模擬系統(tǒng)主要包括三個(gè)模型，即變形模型、傳熱模型和組織演變模型。剛塑性有限元法已

4、成為金屬塑性變形分析的有力工具，為了建立精確的三維變形分析模型，研究采用基于Lagrange乘數(shù)法的剛塑性有限元法模擬軋件變形，同時(shí)采用影響函數(shù)法計(jì)算輥系彎曲，彈性有限元法計(jì)算輥縫中工作輥的接觸壓扁，并采用迭代方案將軋件塑性變形計(jì)算與輥系彈性變形計(jì)算耦合在一起。所建立的變形分析模型得到了計(jì)算驗(yàn)證；溫度是熱軋中一個(gè)極為重要的工藝參數(shù)，影響變形過(guò)程和組織演變。研究采用二維有限元法，建立了分析板帶熱軋過(guò)程軋件橫斷面溫度變化的擬三維數(shù)學(xué)模型；為

5、了便于和變形及傳熱分析的有限元模型相耦合，熱軋中的物理冶金變化分析采用Yanagimoto提出的組織演變?cè)隽磕Ｐ?。最后考慮軋制過(guò)程中變形、傳熱和物理冶金變化間的強(qiáng)烈相互作用，采用迭代方案將三者嚴(yán)格耦合起來(lái)。 為了驗(yàn)證所開(kāi)發(fā)模擬系統(tǒng)的正確性與可靠性，采用該系統(tǒng)對(duì)平板熱軋過(guò)程進(jìn)行了模擬，并將模擬結(jié)果與在燕山大學(xué)軋鋼實(shí)驗(yàn)室得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。FTSR(FlexibleThinSlabRolling)是一種先進(jìn)的熱軋帶鋼生產(chǎn)工