基于密集冷却工艺的700 MPa级高强带钢减小残余应力研究

目前密集冷却工艺已广泛用于生产高强度带钢,但是该技术冷却速率较快的特点易造成带钢冷却不均匀等问题,导致带钢残余应力过大,进而产生边浪等板形缺陷.本文利用有限元方法,使用ABAQUS有限元软件建立某700 MPa级高强度带钢在密集冷却工艺下的模型,实现温度-相变-应力耦合计算,并进行多个实验验证了模型的准确性.通过修改有限元模型边界条件和初始条件,研究边部遮挡和初始温差对带钢层流冷却阶段产生的残余应力分布的影响规律.对于减小带钢层流冷却过程中产生的残余应力,减小带钢进入层流冷却前的初始温差更加有效.本研究成果经过现场试验验证,可靠性较高,可用于指导该种类型高强带钢生产,以减少带钢的残余应力,提高带钢板形质量.      

冷却模式对NM400相变塑性及残余应力的影响

轧后快速冷却已成为制备耐磨钢NM400的重要手段，但快速冷却过程会在带钢内引入高幅值残余应力，导致带钢出现板形缺陷，并在后续加工以及使用过程中出现畸变。因此，弄清NM400在连续冷却过程的相变行为以及冷却速度对其相变行为的影响规律，是干预带钢相变行为、改善连续冷却过程带钢内残余应力水平及分布的关键。针对某厂热轧连续冷却过程采取的两种冷却模式造成的板形差异问题，通过热模拟试验、基于断裂力学原理的裂纹柔度法以及建立ABAQUS有限元仿真模型，计算了连续冷却过程的温度场、应力应变场，揭示了冷却模式对NM400相变塑性及残余应力的影响规律。研究结果表明，连续冷却过程残余应力的形成分为3个阶段，即热应力主导阶段、表面相变主导阶段和心部相变主导阶段；相变塑性应变的大小及方向与加载在相变瞬间的应力直接相关；加大冷速会提高带钢心部相变开始时带钢表面相变的体积分数，该体积分数越大，心部开始相变时所受到的拉应力水平越高，所产生的相变塑性应变越大，与相变应变两者叠加后在材料内会引入高幅值残余应力。研究成果可为耐磨钢NM400连续冷却过程残余应力调控提供数据基础和理论依据。     

热轧带钢层流冷却过程的温度预测模型

 通过分析热轧带钢在层流冷却过程中的能量变化,利用焓法模型建立了热轧带钢通过层流冷却段的能量平衡方程。然后利用相变热力学和相变动力学模型得到热焓,最后采用有限差分求解能量平衡方程,得到层流冷却过程中带钢的温度场和热焓场,该模型的计算结果与实测值符合良好,能够准确地预测带钢冷却后的温度分布,同时明确了冷却过程实际上是带钢能量传递给周围环境的过程,并非温度不断下降的过程。     

基于初始温差的高强钢板层冷过程前屈曲分析

 高强钢板在进入层流冷却前,因其宽度方向上的中部和边部初始温差过大,导致层流冷却后钢板出现双边浪缺陷。针对此问题,通过试验测量不同初始温差钢板层流冷却后长度方向的残余应力,以测量的残余应力作为边界条件,建立了钢板稳定性分析模型,运用解析方法求解出钢板屈曲失稳的临界残余应力。将试验测量的残余应力最大值和初始温差进行拟合,根据钢板屈曲失稳的临界残余应力求出临界初始温差约为40 ℃,这对高强钢板的生产有切实的指导作用。     

热轧中碳宽带钢冷却过程横向弯曲变化规律的数值模拟

 针对目前困扰热轧中碳高强度宽带钢生产的横向弯曲缺陷,使用有限元软件ABAQUS结合FORTRAN语言编写子程序,建立热轧带钢轧后冷却有限元模型。通过模型计算,分析带钢轧后冷却过程中上下表面的冷却不均以及带钢厚度对带钢横向弯曲的影响。研究结果表明,相同厚度情况下,带钢上下表面冷却不均程度越大,带钢横向弯曲程度越严重,上下表面相同冷却效率比的情况下,带钢越厚,带钢横向弯曲越严重。冷却过程中,受温度变化和相变的综合影响,带钢弯曲方向和大小会发生较大变化,且冷却过程中带钢弯曲量最大值远远大于冷却结束后横向弯曲量。     

热轧带钢的冷却参数与翘曲关系

针对卷取温度为500℃的12 mm厚X70管线钢热轧带钢,利用MARC有限元软件建立层流冷却过程中的热-力-相变耦合的数学模型,计算两种下上冷却水比时层流冷却过程中温度场、应力、应变、相变体积分数和翘曲度随时间的变化.结果表明:1.25水比的冷却过程中,厚度方向上各面的冷却速度不一致,导致水冷前期带钢上下表面应变不同,带钢会产生向上的翘曲,冷却过程中边部最大的翘曲量达到21.84 mm;水冷后期带钢板形会逐渐恢复平直,但由于水冷过程中发生塑性变形,终冷时厚度方向上贝氏体含量的差异,卷取时带钢边部依然有-9 mm的翘曲量.上下表面的不均匀冷却是引起翘曲的根本原因.在保证X70管线钢性能条件下,采用1.58的下上水比工艺,卷取时边部翘曲量仅为-0.58 mm,合适的下上水比能大幅度减小层流冷却过程中带钢的横向翘曲.      

热轧带钢在冷却过程中的内应力解析

针对热轧带钢的冷却过程,开发了温度、相变的内应力的耦合解析模型,该模型采用有限元法,同时考虑了相变的温度依存性、相变潜热、相变膨胀。通过该数值解析模型,能够模拟热轧带钢在冷却过程中温度一组织内应力的演变过程,计算结果与实测值符合良好。     

热轧带钢在常规层流冷却中温度不均匀性的有限元分析

采用MARC有限元软件,对不同宽度和厚度的普碳钢Q235和管线钢X70的热轧带钢在常规层流冷却中的温度场进行了计算和分析.结果表明:常规层流冷却加剧带钢在宽度和厚度方向的冷却不均匀性.冷却过程中12mm厚X70管线钢带钢的上、下表面温差达到30℃,会使带钢产生冷却翘曲.上集管的流量均匀分布设计和下集管固定流量设计是常规...     

DQ+ACC快冷工艺下X70M级管线钢板形质量提升及系统优化

钢板冷却过程中存在温度-相变二者耦合形成的内应力。通过建立温度场和相变耦合有限元模型,分析X70M级管线钢中厚板厚度方向上温度和相变分布规律。结果表明:在DQ+ACC冷却过程中,钢板宽度和厚度方向均存在温度分布不均现象,导致相变行为差异性。经过有限元计算分析得出,终冷温度为500℃,钢板边部和中部的温差为60℃,边部相变达到80%,中部相变达到40%,中部应力趋于0,边部存在很小的拉应力;终冷温度为550℃,边部相变达到40%,中部相变未开始,中部和边部均受压应力,最大值分别为-34 MPa和-170 MPa。通过采取DQ、ACC上部集管横向不均匀的水流量分布模式、优化DQ+ACC上下水比、降低终冷温度等措施,使X70M级管线钢中厚板在快冷工艺下的板形平直度得到明显改善。     

带钢层流冷却过程中冲击穿透深度的数值模拟

带钢在层流冷却过程中距表面较近的区域温度存在反复升降的现象,造成厚度方向上组织和性能的差异。结合酒钢CSP热轧带钢生产数据,建立一维热轧带钢有限元模型,计算层流冷却过程中带钢的温度场。提出了冷却过程中带钢冲击穿透深度的概念,并初步探究其影响因素。厚度为3和4mm的带钢计算得出的卷取温度比实测温度分别高3和8℃,相对误差分别为0.44%和1.16%,验证了模型和假设的合理性。结果表明,冷却过程中冲击穿透深度受带钢的导热系数、平流区的对流换热系数、带钢表面温度和喷嘴分布的影响;带钢上表面喷嘴分布较少,冲击穿透深度随对流换热系数的增大而增加,下表面喷嘴分布密集起主导作用,增加对流换热系数,冲击穿透深度几乎不受影响。     

层流冷却过程中带钢温度场数值模拟

分析了带钢层流冷却过程中的传热，并利用有限元法对层流冷却过程中带钢温度场进行了模拟计算。结果表明：随着轧件厚度的减薄，在带钢厚度方向上的温差逐渐减小；冷却速度不同时，带钢表面温度和中心温度的变化趋势以及波动幅度相应发生变化。在进行模型计算时，应合理考虑带钢厚度及内部热传导的影响。这对提高数学模型的精度，控制卷取温度，提高产品质量以及指导生产具有重要意义。     

Influence of Residual Stress on Shape of Heavy-gauge,High-strength Steel Caused by Cooling Process after Hot Rolling

The cooling process following hot rolling has a significant effect on the shape quality of a hot-rolled strip.The temperature and stress fields in the cooling process for a 14 mm thick strip with yield strength of 500 MPa grade were analyzed by the finite element method and actual test data,and the relationship between residual stress and shape defects was described.Subsequently,the small-crown rolling process and the coil slow cooling process were investigated.The results indicate that these processes improved the shape quality of the final product significantly.     

热轧带钢温度场数值模拟研究现状

综述了热轧带钢温度场数值模拟的研究现状，包括加热炉内钢坯加热、轧制过程轧制件传热，层流冷却过程带钢数值模拟等研究。利用有限差分法分法或有限元法模拟扎件的温度变化，能有效优化轧制工艺，提高产品质量，对生产有重要指导意义。     

Re-reddening on Strip Surface After Water Cooling

After water cooling,there is a big temperature difference between the center and the surface of strip,which leads to the heat transfer from the center to the surface,and the surface temperature can rise in a short time.The finite element method was used to simulate the phenomena of re-reddening on the surface of strip and to analyze the temperature field of hot rolled strip during laminar cooling,and the periodical variation curve of the cooling rate was obtained during water cooling and subsequent re-reddening.The results show that the critical line of the cooling rate is at 1/3 of the half-thickness from the strip surface.The regression model of the relation of re-reddening temperature,time,and distance from the surface was obtained in the re-reddening region.Re-reddening regularity on the surface of strip under the condition of different thickness and cooling rate was also studied.     

热轧带钢金属横向流动及影响因素

提出了一种分析热轧带钢金属横向流动问题的新方法.首先使用ANSYS软件建立辊系-轧件静力学耦合模型,计算并提取变形后工作辊有载辊形曲线;然后使用ANSYS/LS-DYNA建立动力学分析模型,采用己得到的有载辊形曲线,模拟带钢轧制过程,求解得到沿带钢全宽的横向流动状态;并进一步分析了弯辊力、工作辊辊形以及来料凸度变化等因素对带钢金属横向流动的影响,得到基于插值计算的带钢横向流动计算模型.有限元方法验证了计算模型的可靠性.