板帶熱軋過程多參數(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。近半個世紀(jì)以來，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。近些年來，人們越來越重視板帶產(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。 為了滿足社會需求和適應(yīng)市場競爭，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、同時降低產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)成本，縮短開發(fā)周期。這就需要改變以往依賴于昂貴而耗時的經(jīng)驗性試錯方法，而要借助于先進(jìn)的開發(fā)工具對產(chǎn)品及其制造過程進(jìn)行快速的設(shè)計和分析。隨著計算機(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程數(shù)學(xué)模型能夠為軋制工藝設(shè)計、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。 熱軋過程中同時發(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。對板帶熱軋過程進(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，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，考慮鋼材熱軋問題的多物理過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算完全耦合，開發(fā)了一個多參數(shù)耦合的板帶熱軋過程三維計算機(jī)模擬系統(tǒng)。 模擬系統(tǒng)主要包括三個模型，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，同時采用影響函數(shù)法計算輥系彎曲，彈性有限元法計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算與輥系彈性變形計算耦合在一起。所建立的變形分析模型得到了計算驗證；溫度是熱軋中一個極為重要的工藝參數(shù)，影響變形過程和組織演變。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提出的組織演變增量模型。最后考慮軋制過程中變形、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。 為了驗證所開發(fā)模擬系統(tǒng)的正確性與可靠性，采用該系統(tǒng)對平板熱軋過程進(jìn)行了模擬，并將模擬結(jié)果與在燕山大學(xué)軋鋼實驗室得到的實驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析。FTSR(FlexibleThinSlabRolling)是一種先進(jìn)的熱軋帶鋼生產(chǎn)工