大棒材轧后控制冷却和组织预测的尺寸效应研究

针对大棒材轧后冷却工艺中的尺寸效应问题,建立了42CrMo不同直径(φ25~φ150 mm)棒材轧后冷却过程温度—组织耦合非线性有限元模型。通过数值模拟,对比分析了空冷、风冷、雾冷和水冷条件下,棒材直径对工件内部温度场、温降速率和组织分布均匀性的影响规律,研究了大棒材轧后控冷工艺的尺寸效应,并通过冷却实验验证了数值模型的正确性,这能为线棒材轧后控冷工艺制定与优化提供重要依据。     

42CrMo钢棒材轧后缓冷工艺数值模拟与实验

针对42CrMo钢大棒材轧后冷却过程中的组织性能控制与表面裂纹问题,在Gleeble热模拟平台研究了42CrMo钢的组织转变规律及其动态CCT曲线,并建立了150 mm大棒材轧后输送和缓冷过程的温度-组织-应力场耦合有限元模型,对轧件轧后温度变化、显微组织和应力状态进行了模拟分析。结果表明,当采用缓冷工艺且轧件入坑温度高于600℃时,棒材横截面内组织主要为珠光体和铁素体,与工业现场取样结果一致,符合对大棒材切削加工性能的实际要求。空冷条件下,轧件表面金属处于拉应力状态且最大周向应力为13 MPa,缓冷工艺能够降低工件内部温度梯度和应力水平,对抑制表面裂纹萌生有重要作用。     

中厚板轧后超快冷综合换热系数模型的建立及应用

以中厚板轧后超快速冷却系统为研究背景,针对超快冷各段冷却强度,建立了综合换热系数模型。建模过程中,首先以实测数据为基础,结合模型及设备参数,通过反传热法计算不同辊速、冷却水量条件下的钢板表面综合换热系数;然后利用分段建模、非线性拟合等方法得出单因素影响下综合换热系数计算式;再引入交互影响函数,分析各种因素相互影响条件下综合换热系数的演变规律。将模型计算结果与实测值比较,吻合度较好。将模型应用于某厂轧后超快冷温降计算中,计算精度在5%以内,能够满足实际生产需要。     

20MnSi棒材轧后分级水冷过程温度场有限元模拟

对20MnSi棒材轧后分级控制冷却过程温度场变化进行了有限元模拟仿真并与CCT曲线相结合,获得了棒材在分级控冷条件下温度-时间历程曲线及其组织变化特点,为优化控冷工艺方案提供了理论依据.     

中厚板轧后加速冷却过程的温度场模型

介绍为国内某中厚板厂设计开发的轧后加速冷却在线使用的控冷数学模型,包括空冷和水冷换热系数模型等,模型采用有限差分法计算钢板在冷却过程中沿钢板厚度方向的温度场分布。通过在线使用证明该控冷模型预报精度较高,控冷钢板的板形和性能均达到设计要求,能够满足现场实际生产的需要。     

GCr15棒材的轧后控冷及球化退火工艺

本文叙述了应用805-1型湍流式高效率水冷装置进行GCr15轴承钢棒材轧后控制冷却工艺试验,研究了控冷温度,水冷时间及终轧温度等主要工艺参数对球化退火前的显微组织的影响。探讨了轧后控制冷却钢材的球化机理。结果表明:φ32mm GCr15轴承钢棒材合适的控制冷却工艺为终轧温度900～950℃,轧后水冷时间3.2秒,控冷温度600～700℃,该工艺能获得较理想的索氏体预备组织,组织的均匀性良好。轧后控制冷却棒材的球化退火时间可以缩短1/4,碳化物的大小分布和形态亦得到了改善。钢材的接触疲劳寿命、静弯强度、冲击和耐磨性能以及切削加工性能均较热轧钢材有明显地提高。     

冷速对热连轧钛合金棒材残余应力的影响

采用ABAQUS有限元分析软件,在钛合金棒材八道次连轧的基础上,对轧后轧件冷却过程进行热力耦合分析,研究了冷却速率对轧后棒材应力的影响。结果表明,自然水冷和强制水冷时,随着温度变化有较大残余应力产生。自然空冷和强制空冷时,残余应力随温度变化缓慢上升,尤其以自然空冷时应力上升幅度最小,棒材表面应力大约136 MPa,中心应力大约35 MPa。钛合金棒材冷却时最好采用空冷或更慢冷的方式,以降低残余应力。     

热轧棒材双相钢组织与性能

为发展热轧棒材双相钢,本文就化学成份、终轧温度及轧后冷却工艺与铁素体——马氏体双相钢的组织形成和机械性能之间的关系进行探索。结果表明:对一般低合金和含碳量在0.15～0.35％的碳钢,终轧温度控制在Ar_3±30℃,轧后立即水冷或空冷几秒再水冷至Ms以下;若终轧温度控制在1000℃左右,轧后应立即水冷至Ar_3,并缓慢冷却数秒后再水冷至Ms以下均可获得双相组织和良好的综合机械性能。在Ar_3附近缓慢冷却,可迅速形成铁素体,使奥氏体、铁素体两相分离。钢中含碳量增加,强度上升塑性下降;而锰和硅在一定含量范围内,可增加强度而对塑性影响较小,最后对冷却装置进行讨论,并设计出适合实际生产使用的喷水冷却装置。     

增加道次压下量对棒材粗轧影响的探讨

增加棒材粗轧道次压下量是改善棒材压制工艺的一种较简便的方法.通过对大棒材粗轧阶段的有限元仿真,以及对温度等因素的分析,可以证明这种工艺的可行性.     

大断面轴承钢棒材超快速冷却过程温度场模拟

对大断面轴承钢棒材高温保温后超快速冷却过程温度场进行模拟,分析超快速冷却过程中棒材断面不同部位温度和冷却速度的变化。利用ANSYS软件,采用计算超快速冷却终冷温度与实测值一致时停止计算的途径,确认换热系数的较精确值,不断修改传热模型,并对其温度场进行求解。结果表明,对于直径Φ≥60mm棒材,运用分段式二次超快速冷却,可在不延长超快速冷却总时间的前提下,提高棒材内部的冷却速度,使棒材断面不同部位的冷却速度均达到抑制网状碳化物析出?过冷奥氏体完全发生珠光体转变的冷却速度要求。     

中厚板控制冷却系统中自适应系统的改进

针对中厚板在轧后层流冷却过程中采用传统自学习方法修正计算对流换热系数存在的不足,提出利用BP神经网络对自适应系统进行改进。预报结果表明,采用神经网络计算换热系数后,终冷温度的控制偏差在±15℃以内,明显提高了终冷温度的控制精度,具有在线应用的前景。     

38MnVS6非调质钢棒材轧后冷却过程中的组织转变

以MSC. Marc有限元分析软件为平台,利用其二次开发功能,结合38MnVS6非调质钢等温转变曲线,建立了38MnVS6非调质钢棒材轧后冷却过程的有限元模型,实现了38MnVS6非调质钢棒材轧后冷却过程温度和相变的耦合计算。通过模拟,得到了棒材轧后冷却过程温度和组织的分布和演变情况。计算得到的组织转变情况与实测结果吻合较好,这对优化38MnVS6非调质钢棒材轧后冷却工艺参数有一定指导意义。     

棒材生产线及穿水冷却系统

棒材是以直条状态交货,直径范围为6～50mm的螺纹钢和圆钢。棒材穿水冷却是实现控温轧制和轧后控制冷却、提高钢材性能、降低合金成本的重要手段。现代化棒材生产线上,根据工艺需要采用了不同的穿水冷却设备布置,以实现控轧控冷功能。冷却系统的构成包括供水系统、冷却水箱、自动化系统。棒材穿水冷却技术已成功应用在轴承钢棒材和超晶粒钢、余热处理螺纹钢棒材的生产上,具有广阔的应用前景。     

冷却工艺对螺纹钢组织及残余应力的影响

螺纹钢生产过程中常出现在冷床上温降速率慢而导致的生产节奏慢和氧化生锈等问题，如何在避免钢材产生较大残余应力的基础上加速螺纹钢在冷床上的冷却是业界面临的难题。通过试验得到不同冷却条件下的热流密度和换热系数，确定了多场耦合分析的换热边界条件；并在此基础上结合螺纹钢的相变热动力模型和本构方程模型，利用有限元方法建立了典型螺纹钢空冷过程的形变-相变耦合模型。结果表明：随着冷速的增大，钢中马氏体和贝氏体的比例提高，残留奥氏体增多，珠光体和铁素体比例降低，同时残余应力也显著增大，特别是棒材的头尾端面位置，风冷冷速为17.0 m/s条件下的最大残余拉应力是空冷条件下的18.1倍。     

微型机控制螺纹钢筋轧后控冷技术得到应用

随着轧制生产节奏加快和轧钢生产向高速、连续、自动化方向发展,在生产现场进行控轧控冷工艺试验,准确控制和测定各种工艺参数困难较多,且不经济,故拟采用模拟方法。为此,北京科技大学建立了一个采用微机控制棒材控制冷却模拟实验室,研究成功棒材控冷数学模型,及用     

不同冷却方式下换热系数的测量与计算

为了研究不同冷却方式下的换热系数,设计了一套可以测量空冷、水淬以及不同压力下喷气淬火下冷却曲线的试验装置,试验中测量的探头采用120mm×120mm×20mm奥氏体不锈钢方板。该探头经有限元(FEM)计算验证了其一维传热特性后,用来测量上述几种冷却方式下的冷却曲线,并用反传热法(IHCM)和集中热容法(LHCM)进行换热系数的计算与分析,比较了不同压力下喷气淬火的换热系数。实验结果表明,当毕欧数Bi<0.1时集中热容法是适用的,反之则不适用;在喷气淬火时,压力越大,表面换热系数也越大。     

轧后冷却速率对GCr15钢棒材组织的影响

GCr15轴承钢棒材在轧制后的冷却过程中往往会有网状碳化物的形成,对轴承钢的质量和寿命产生影响。通过Gleeble3800热模拟试验机对其轧制后的控冷工艺进行模拟研究,结果表明：在860 ℃终轧温度下,随着冷却速率的增加,晶界处二次碳化物由网状分布逐渐变为半网状、短条状分布,珠光体球团直径明显细化,CCT曲线得到的珠光体析出温度区间主要集中在600~700 ℃范围内,高温终轧后,控制冷却速率和终冷温度可以达到控制网状碳化物析出并得到珠光体的目的。     

控轧控冷工艺对440 MPa级船体钢组织与性能的影响

通过CCT曲线和实验室控轧控冷工艺试验,研究了440 MPa级船体钢的过冷奥氏体连续冷却(CCT)过程的相变以及组织性能。结果表明:试验钢在较宽的冷速范围内容易得到贝氏体组织,随着终轧温度的降低,试验钢的强韧性得到提高。轧后空冷条件下,试验钢得到铁素体+珠光体组织,韧性较好,但强度富余量相对较小。轧后加速冷却,试验钢的强度得到明显提升。模拟卷取温度为550 ℃时,试验钢的强韧性相对更好。综合分析,较优的控轧控冷工艺参数为:终轧温度840 ℃,轧后冷速(20±5) ℃/s,卷取温度550~560 ℃。     

轧后快冷工艺对叉车门架型钢20MnSiV组织性能的影响

为满足客户对叉车门架型钢20MnSiV性能的要求,在不添加合金元素的条件下,研究了不同终轧温度和快冷工艺对20MnSiV钢组织性能的影响。结果表明：在950 ℃终轧,然后以40 ℃/s的冷却速率将试样冷却到600 ℃左右,最后空冷,实验钢组织为粒状贝氏体+少量针状铁素体,其强度和韧性均有较大幅度提高,综合力学性能良好。     

Nb微合金化低碳贝氏体圆钢的组织细化

通过热模拟试验研究了Nb微合金化在长材低碳贝氏体钢中的作用机理。研究表明对该成分的低碳贝氏体钢采用线棒材轧制时,形变诱导析出Nb(CN)抑制再结晶主要发生在轧后过程中,抑制了轧后相变前的奥氏体晶粒长大,同时抑制了贝氏体板条束的长大。变形后在空冷条件下,3 s后开始发生明显的析出,在900℃以下变形,在贝氏体相变前,可获得约10μm的均匀细小的奥氏体晶粒。