降低H型钢残余热应力的三维有限元仿真分析

借助于LS—DYNA仿真软件，在H型钢轧制全程的热力耦合仿真分析结果的基础上，完成了对轧后H型钢翼缘外侧强制冷却及改善终轧H型钢断面温度分布情况下的H型钢残余热应力状态的三维热力耦合仿真分析。针对述及的热轧H型钢产品，根据仿真结果分析得到：采用轧后强制冷降翼缘外侧的方法，可改变H型钢断面残余应力的分布状态，降低H型钢腹板部位的压应力；同时，可改善H型钢终轧断面的温度分布，降低终轧断面温差，使轧后H型钢残余应力得到改善，其中残余拉、压状态的应力值均可降低。     

腹板换热系数对H型钢冷却后变形的影响

针对H型钢易出现上下翼缘内并外扩变形及腹板波浪、裂纹等缺陷的问题,通过H型钢的冷却实验和有限元模拟计算,分析了H型钢冷却后的表面温度场和不均匀变形的规律,研究了上下腹板部位的换热系数对温度场、等效应力场以及变形情况的影响,结果表明冷却后H型钢上下翼缘出现了“内并外扩”现象。运用ABAQUS有限元分析软件建立了二维H型钢冷却模型,通过实验获得了H型钢表面换热系数,并以此作为模拟的边界条件进行有限元模拟分析,得到了H型钢表面温度场;有限元模拟结果同样出现了H型钢上下翼缘“内并外扩”现象,与实验结果相吻合;改变上下腹板部位的换热系数进行有限元模拟,得到了腹板处换热系数对H型钢变形的影响规律,为控制H型钢冷却变形提供了理论基础。     

H型钢腹板冷却波浪的调整

针对H800mm×300mm×14mm×26mm及H700mm×300mm×13mm×24mm等宽腹板窄翼缘大规格H型钢存在的腹板冷却浪问题,通过减少腹板冷却水、控制腹板和翼缘尺寸、减缓腹板在冷床上的冷却速率,腹板冷却浪得到较好控制。     

H型钢残余应力控制研究

建立成品规格为200 mm×200 mm×8 mm×12 mm的H型钢连轧模型,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对H型钢的连轧过程进行模拟,分析了H型钢万能轧制过程中腹板和翼缘的延伸不均匀、断面温差等对残余应力的影响。并通过金相观测实验,分析轧件有残余应力时微观组织与无残余应力时的不同。从有限元分析和实验结果可以看出,合理分配腹板和翼缘的压下量及控制冷却速度降低断面温差,可以降低H型钢残余应力。     

大规格H型钢腹板冷却浪原因分析及解决措施

腹板冷却浪是大规格H型钢产品一种较难调整的缺陷,其严重影响产品品质和高效生产。以易出现腹板冷却浪缺陷的典型规格H 800 mm×300 mm为例,分析得出缺陷的形成机理是存在残余应力。通过生产试验,针对腹板冷却浪缺陷的主要影响因素,如腹板厚度、腹板与腿部温差、腿腰延伸比,进行了理论分析,并提出了相应改进措施。结果表明,腹板越厚,单位时间内温降后温度越高,因此生产中腹板应按照标准厚度轧制或者正偏差轧制,腿部厚度应尽量轧薄,腰部厚度应尽量轧厚;此外,在TM轧机后安装翼缘冷却装置及在轧机出、入口导卫上部增加挡水板,使轧辊冷却水分流到轧件的两侧,防止落到腹板槽内,加剧其冷却温降,从而减少腹板与翼缘的温差;还有,在轧制过程中保证H型钢腿部延伸较腹板延伸略大,同时保证腹板不受拉,可以平衡一部分轧件热收缩的影响,从而减轻腹板冷却浪的产生。基于上述措施,确保了H800 mm×300 mm等大规格H型钢的质量稳定,为其批量稳定生产提供了保障。     

H型钢压翼缘矫直的有限元仿真

通过建立H型钢矫直的实体模型和有限元模型,对压翼缘的加载方式进行了研究。在综合考虑各种非线性的情况下,仿真了矫直压下过程,得出了H型钢应力、应变等变化规律,并与传统压腹板矫直进行了比较,研究了压翼缘时矫直辊结构对H型钢的影响。     

H型钢质量缺陷成因分析及控制策略

采用异形坯轧制的H型钢表面存在腹板裂纹、腹板凹坑、翼缘烂钢和R角裂纹等缺陷,通过金相显微镜组织观察、SEM观察及能谱测定、异形坯开坯后温度场ANSYS数值模拟等手段对裂纹形成机制分析。认为H型钢腹板裂纹形成主要与异形坯R角附近纵裂有关,腹板麻面形成主要与皮下气泡和加热炉加热制度有关,翼缘烂钢主要与保护渣卷渣有关,R角裂纹主要与BD-Ur-E-Uf轧制过程温度场梯度大导致应力差异性大有关。针对成因提出了改进措施。     

Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布

采用分割法测量了4个Q460高强钢焊接T形截面的纵向残余应力分布；借助通用有限元程序ANSYS，采用热-结构耦合分析方法模拟钢板的切割和焊接过程，将数值模拟获得的纵向残余应力与试验值进行对比，从而验证有限元分析过程的正确性；基于有限元方法获得更多不同截面尺寸的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布，对丰富的数据进行汇总分析，重点研究板件宽厚比和板厚对残余应力大小及分布的影响.结果表明，残余拉应力分布在焊缝周边区域、翼缘和腹板外伸端，残余压应力则分布在翼缘外伸段中部及腹板中部区域；残余拉应力与板件宽厚比和板厚均无关，残余压应力与板件宽厚比和板厚成反比；翼缘和腹板的残余应力均达到自平衡.提出的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布模型，可为后续钢压杆的整体稳定承载力数值分析提供重要参考.     

冷却工艺对Q235H型钢组织及力学性能的影响

对热轧后的大型H型钢进行了控制冷却,利用轧后的余热进行淬火自回火。研究了H型钢翼缘和腹板的不均匀淬火以及余热淬火对其组织和力学性能的影响。通过控制淬火时的喷雾冷却流量降低了翼缘和腹板部分的自回火温度差,减少翼缘和腹板应力差值。以Q235材质H型钢进行实验,分析其显微组织及力学性能。结果显示,晶粒细化使翼缘的屈服强度较空冷提高50 MPa左右,翼缘和腹板部应力不均有所改善。     

Q800高强钢焊接工字形截面残余应力试验分析

为研究Q800高强钢焊接工字形截面的纵向残余应力分布规律,采用线切割法对4个试件进行试验研究,分析腹板和翼缘板件宽厚比对残余应力的影响,研究各板间残余应力的相互影响及其自平衡性,提出Q800高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式. 结果表明,Q800高强钢工字形截面的残余应力分布形式与普通强度钢材的一致. 焊缝和火焰切割边附近呈现残余拉应力,且随着宽厚比的变化呈不规律变化;翼缘外伸部分中部和腹板中部都呈现基本恒定的残余压应力,且随着板件宽厚比的提高而相应减小;其余部位是从残余拉应力到残余压应力转变的过渡区域;翼缘和腹板内的残余应力基本满足自平衡条件,二者没有相互间的影响作用.     

H型钢热连轧过程的金属变形分析

借助有限元分析软件Abaqus/Explicit建立了中型H型钢连轧过程的有限元模型,通过截面控制技术实现了连轧过程的有限元模拟,着重分析了型钢热连轧过程中轧件金属的流动情况和变形规律.分析表明,由于变形条件不同,H型钢万能轧制腹板与翼缘变形不太一致,并且腹板与翼缘连接处金属变形最为复杂,轧边机轧制时主要对翼缘端部压下,制定规程时应以万能轧制时为主.研究为H型钢的轧制工艺、改进产品质量、合理制定万能压下规程提供了依据和参考.     

H型钢万能轧制的数值模拟

为了解决H型钢轧制缺陷问题,优化工艺方案,借助于有限元分析软件MSC.Marc2003,建立H型钢的轧制模型,模拟轧制过程,并分析了轧件的变形和金属流动情况和翼缘的等效总应变的分布。其模拟结果与实测数据基本吻合。     

热轧带钢层流冷却过程中的热力耦合求解

采用ABAQUS有限元软件对热轧带钢在层流冷却过程中的热应力变化进行了数值模拟,计算结果表明,在层流冷却过程中,带钢边部存在的温降导致带钢中间部位受拉应力,而在带钢边部受压应力,带钢平坦度有向着边浪发展的趋势,与生产中观测到的结果一致。当有卷取张力时,带钢中部的应力有小幅度的增长,增长量几乎与所施加的卷取张力的大小相同,但卷取张力对带钢平坦度的影响很小。依据以上结果,提出了微中浪轧制的板形控制策略,以补偿热轧带钢层流冷却过程对带钢平坦度带来的影响。     

孔型对H型钢开坯轧制成形的影响及优化

采用弹塑性有限元方法,依托ABAQUS软件中显式计算的方法,对不同规格H型钢的往复开坯轧制进行仿真分析。应用ALE网格自适应技术解决了多道次的网格畸变问题。引入现场测试的温度数据作为模型的温度边界条件。通过对不同规格H型钢使用相同坯料的轧制过程进行模拟分析发现,孔型对开坯轧制最终成形有较大影响。分析结果表明,当采用展宽孔型轧制大规格型钢时,最终道次稳定段的轧件断面不能充满孔型,造成翼缘内侧缺肉现象;采用箱型孔预轧制小规格型钢时,这一现象则不是很明显。采用实测尺寸对H700×300规格H型钢的断面尺寸进行了对比验证。针对上述缺陷对H700×300规格的H型钢粗轧孔型进行优化,改善了翼缘缺肉现象。研究结果对于制定BD轧制规程具有指导意义。     

改善耐火H型钢腹板性能的研究

应用显微组织分析、MARC有限元温度场分析，轧制实验等方法，对耐火H塑钢的腹板性能连行了全面练合分析。得出耐火H型钢翼缘性能良好而腹板塑性较差．主要原因是由于腹板冷却速度过快造成的，提出改善腹扳性能同时保证翼缘性能的措施，取得轻理想的结果。     

轧制过程中H型钢轧制压力的变化情况分析

H型钢的轧制压力分布是研究人员非常关心的问题。本文采用显式动力学有限元分析的方法 ,模拟了不同变形参数条件下H型钢在万能轧机中的变形过程 ,得出了影响H型钢轧制压力变化趋势的主要因素 ,并对其产生原因进行了分析。计算结果显示 :轧件腿宽、温度、内宽和腿腰延伸比 ,对轧件腰部轧制压力的变化趋势有比较明显的影响。轧件的腿宽和初始厚度 ,对轧件腿部外侧轧制压力的变化趋势有较明显的影响     

翼缘厚度80~120 mm重型热轧H型钢翼缘变形渗透研究

针对翼缘厚度80~120 mm重型热轧H型钢的开发,采用有限元模拟技术,对其变形过程进行了分析,研究了翼缘变形渗透情况。结果表明,翼缘厚度80~120 mm重型热轧H型钢变形后,距其翼缘内侧30%t_i处存在最小等效塑性应变区,即该部位变形渗透效果最差;成品翼缘厚大于100 mm时,翼缘心部与翼缘外侧总等效塑性应变均值之差约为0.10,变形渗透程度不良,在成品道次开轧前,将翼缘表面温度降至900 ℃左右,其变形渗透程度得到显著改善;成品翼缘厚小于100 mm时,随着中间坯翼缘厚度由95 mm减小至80 mm,其变形渗透良好,变形更加均匀。     

坯料形状对大棒材开坯轧制变形的影响

为研究圆坯和矩形坯两种坯料形状对大棒材开坯轧制变形的影响,采用有限元分析软件MARC对大棒材开坯轧制进行了模拟。模拟结果表明：在箱型孔中开坯轧制时,轧件芯部附近变形区应力状态都是两拉一压,矩形坯残余应力呈两拉一压应力状态而圆坯是三向拉应力状态;矩形坯比圆坯在箱型孔中的充满度好,等效应变分布均匀;当孔型侧壁起限制宽展作用时,轧件芯部呈现两压一拉应力状态,变形向芯部渗透明显,利于芯部孔隙性缺陷的压实。