Ⅰ型扁钢轧制过程数值模拟

本文Ⅰ型扁钢的生产坯料为钢带经卸卷、分条轧制后的窄钢条。采用有限元软件Msc.Marc建立了规格为25mm×5mm×3mm的Q235Ⅰ型扁钢4道次热连轧的弹塑性有限元模型,研究了轧件在轧制过程中的变形情况、等效应力、等效塑性应变的变化规律。结果表明:轧件在立轧道次会出现轻微的狗骨形,平轧道次会出现轻微的单鼓形;轧件横断面的中间部位等效塑性应变较大;轧件边角部等效应力较大,轧制过程中易出现质量缺陷。     

Ⅰ型扁钢轧制工艺优化

应用MSC.Marc软件建立了Ⅰ型扁钢4道次连续轧制过程中的三维有限元模型。以坯料30 mm×6 mm、成品25 mm×5 mm×3 mm的Ⅰ型扁钢热轧过程为例,研究了该轧件在不同轧制温度和轧制速度下的等效应力、等效塑性应变以及轧制压力的变化规律。结果表明,当初轧温度1150℃、终轧速度1.1m/s时轧制压力较低且较平稳,轧件的等效应力、等效塑性应变分布比较均匀,可以有效地改善产品质量。     

开坯轧机大压下量对大棒材芯部的影响

基于有限元仿真对比分析了大棒材在开坯轧制前两道次中不同变形程度对轧件芯部的影响.仿真结果表明:两道次压下量在90m m和70mm时的轧件等效应力比两道次压下量都在65mm时大200 MPa;轧件等效应力随道次增加而增加,变形程度增加使得轧件轧后残余应力增加;等效塑性应变随着道次变形程度增加而增大,而大的变形程度会促使等效应变渗透至轧件芯部,为消除或减小轧件芯部组织缺陷提供解决措施,从而提高材料的使用寿命.     

GH4169异型材单轧槽轧制工艺

采用轧制工艺生产GH4169合金异型材,结合实验条件,基于有限元模拟软件建立了单轧槽少道次轧制过程的三维刚塑性有限元模型。采用异型坯作为坯料,分析了轧制过程中孔型充满度、变形温度、等效应变和等效应力的分布情况。模拟结果表明,采用Φ160 mm×200 mm轧机时,初轧温度为1070℃,断面收缩率为45%,单轧槽两道次轧制成形,孔型充满度良好,等效应变约为0.3~1.4。结合模拟结果,在轧机上进行了热轧实验,轧件厚度满足尺寸要求,宽度比成品小2 mm,没有发生晶粒细化。这主要是由于多火次、多次数轧制,使得加热引起的晶粒长大程度大于小变形量引起的晶粒细化程度,使得晶粒未细化,宽度不够。     

U71Mn重轨BD1可逆轧制过程的有限元分析

利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件对60 kg/m U71Mn重轨生产从铸坯出炉—高压水除鳞—BD1开坯直至BD2入口整个过程进行数值模拟。采用平/立交替代替道次翻钢的方式,保证了BD1可逆轧机数据的精确传递。分析了轧件在各道次变形区及轧后稳定断面处等效应力、等效应变的分布情况,得到了U71Mn重轨钢表面温降曲线及轧制压力曲线。结果表明:轧件表层与心部的应力、应变分布存在差异;稳定截面处第5道次侧面应力最大72.1MPa,且断面应变比较均匀;温度和轧制力计算结果与实测值吻合良好。     

热连轧带钢立-平辊多道次轧制热力耦合三维有限元模拟

对热连轧Q345B窄带钢精轧立-平辊多道次轧制进行了三维热力耦合有限元模拟,分析了轧制过程中轧件温度场、等效应力-应变场及轧件表面特征点流动规律。结果表明,模拟计算的带钢断面中心点温度及平轧各道次稳态轧制压力与实测值吻合良好;宽度方向轧件边、角部与中心温差较大是导致边部金属应变不协调,上翻至带钢边部表面的主要原因;轧件角、边部由于冷缩效应存在一定拉应力,会影响轧件角部缺陷的愈合或扩展;采用立辊侧压调宽对轧件边部减薄和翻平宽展可能造成的边部缺陷有明显的改善作用。表面节点位置变化规律可为现场轧制生产中轧件边部缺陷的溯源分析提供便利。     

C19400铜板带可逆热轧有限元模型的建立及分析

基于企业生产工艺和三维有限元理论,通过DEFORM-3D平台建立了C19400铜板带可逆热轧有限元模型,并根据企业现场实测C19400铜板带轧制力验证了该模型的准确性。利用该模型模拟了前3道次热轧时C19400铜板带等效应变、等效应力、温度场和轧制力的变化情况。结果表明:计算轧制力与企业现场实测数据较为吻合,其中,3个道次的相关系数R分别为0.970,0.996和0.994,平均相对误差AARE分别为5.8%,3.3%和4.1%;等效应变分布较均匀,最大等效应变位于轧辊与轧件接触的棱边处,3个道次分别为0.568,1.283和2.130;最大等效应力位于轧件棱角处和轧辊与轧件接触的轧制区域,且以此区域为中心,等效应力向四周逐渐减小,最大等效应力为88.1 MPa。     

40Cr凸轮轧槽不变轧制工艺的研究

针对凸轮常见生产方法存在的材料利用率过低、产量低、生产周期长等问题,尝试了轧制成形工艺。基于DEFORM刚塑性有限元法建立了凸轮轧槽不变,只改变辊缝的多道次轧制过程的三维有限元模型。模拟分析总延伸系数不同时轧件的孔型充满度,确定出最佳轧制道次为2;分析坯料直径不同时轧件的孔型充满度及变形均匀性,确定出最佳坯料直径为Φ72 mm。在Ф160 mm×200 mm两辊轧机上验证了在最佳轧制道次和坯料直径下,40Cr凸轮的轧槽不变轧制成形工艺。实验得到轧件横截面组织分布与模拟应变分布规律一致,证明了模拟结果的准确性。     

500热连轧窄带钢粗轧工艺优化及有限元分析

针对某500热连轧窄带钢生产线Φ650三辊粗轧机组采用双根轧制代替单道次轧制的优化方案,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对Q235B钢优化前、后的整个粗轧过程进行了数值模拟分析。分析结果表明:优化前后轧件断面温度、等效应力-应变分布规律基本一致;特征点温度与实测值吻合良好,前5道次轧件侧面出现了明显的双鼓形;由于采用共轭孔型轧制,上下轧槽直径不对称,轧件上表面应力、应变比下表面略大;对优化前后的轧制力及轧件尺寸进行了分析对比,校核了优化前后粗轧机的主设备能力。优化结果表明优化后的轧线生产能力提高28.47%。     

中厚板轧制过程的数值模拟

以L245级管线钢材料的热物性参数(密度、泊松比、杨氏模量、热膨胀系数、热导率和比热)和热模拟压缩实验获得的高温变形时应力—应变曲线等试验数据为基础,在MSC.Marc软件中建立了该钢种材料数据库,并建立了中厚板多道次轧制过程的二维有限元模型。以铸坯厚度为220mm、成品厚度为25.4mm的热轧过程为例,通过对轧件与轧辊接触面间换热系数采用取不同常数值的方法,并依据其生产时所采集的各道次相关工艺参数,对该轧件全道次热轧过程进行了数值模拟,将各道次的轧制力计算值与实测值进行了分析比较,确定了轧件与轧辊间接触面换热系数的最佳值。利用本文模型对厚度为180mm的轧件单道次轧制过程进行了数值模拟,研究了不同变形工艺参数(轧制温度、道次压下率和轧制速度)对变形区等效应变和等效应力的影响。结果表明,在轧机设备能力及生产现场条件允许时,高温粗轧阶段纵轧道次可采用低速大压下率进行轧制成形,使变形较充分地向轧件芯部渗透,从而使钢板获得细小均匀的晶粒组织,有效改善钢板的强韧性能。     

无内胎钢制车轮辗环成形新工艺及其数值模拟

提出了一种无内胎钢制车轮成形新工艺,其工艺流程为:下料-加热-制坯-辗环-后处理.其中环件毛坯形状决定了辗环工序的变形程度及金属流动状态,从而对工艺成败具有决定性的影响.运用ABAQUS大型通用有限元软件,分析不同毛坯形状对辗环成形过程、辗压力、应力及应变分布情况的影响,通过对计算结果的对比分析,得到合理的成形工艺方案.     

曲面形件拉延变形过程数值模拟

运用有限元模拟软件MSC.Marc对不锈钢带凸缘半球面形件和抛物面形件进行了数值模拟研究.首先采用拉延成形方式对半球面形件和曲面形件进行数值模拟,模拟了它们在不同工艺参数下的成形过程.从模拟结果中分析应力、应变和材料厚度的分布与变化,分析了凹模圆角半径、凸模形状对拉延成形过程的影响,得出在拉延成形方式下,凹模圆角半径R=10 mm时成形性与成形质量最佳;为了比较不同成形工艺对曲面形件成形的影响,对半球面形件进行了胀形成形模拟,采用相同的分析方法得出,胀形时的变形程度较大,胀形后的材料厚度较薄,坯料没有增厚现象.     

小型H型钢全轧程数值模拟及斜轧孔型轧制力模型研究

本文运用有限元方法对HW100mm×100mm、HW150mm×150mm两种规格小型H型钢全轧程进行了三维热力耦合数值模拟,介绍了小型H型钢轧制的有限元模型和模拟参数设置。针对模拟结果,详细分析了典型道次轧件的金属流动状况、有效塑性应变和温度变化规律,并对数值模拟结果进行了验证。本文还建立了小型H型钢斜轧孔型的轧制力模型,计算了各道次轧制力解析结果,并将轧制力解析结果、数值模拟结果与轧机实际负荷电流趋势进行了对比,规律性吻合较好。     

带有锥台及沟槽钢芯温楔横轧成形分析

采用楔横轧工艺,用温轧轧制钢芯,并对其成形过程进行研究。根据零件的成形特点,采用UG软件设计楔横轧不同工艺参数需要的模具,采用Deform软件模拟成形过程,从中选出最佳的工艺参数,并分析该工艺参数下钢芯大弧体不同成形阶段径向截面等效应力、等效应变及轴向截面等效应力、等效应变,最后通过实验轧制出产品。结果表明:成形角、展宽角等工艺参数对轧件外形及心部质量有很大影响;采用合理的楔横轧工艺参数可以轧制出心部无缺陷的合格产品;轧件的等效应力及等效应变均存在一定的规律,且最大值均在合理的范围内。     

基于H13钢水淬在线监测的热处理数值模拟优化

为准确预测厚度较厚的H13钢热处理过程中的温度场和淬火残余应力,对规格为φ300 mm×350mm的H13钢工件进行淬火实时温度监测,分别设置了位于芯部、亚表面(离外表面10 mm)、1/3R(离圆心50 mm)和2/3R(离圆心100 mm)处的监测点。考虑钢/水对流换热系数受沸腾条件和热辐射的影响,对对流换热系数h进行了优化。结果表明各个温度监测点的试验结果与计算结果相符,证明经过优化后的对流换热系数可应用于大截面尺寸工件温度场的预测。模拟工件淬火后的应力场并结合显微组织观察发现,淬火在750 s前后出现芯部、表面最大的拉压峰值应力差,证明大尺寸工件淬火存在淬火危险期。     

S形截面不锈钢钢丝的成形与模拟分析

根据钢丝的截面形状与不锈钢的特性,采用1道辊弯及2道辊模拉拔的成形方案,并设计出轧辊的孔型,利用DEFORM3D软件对钢丝的成形过程进行模拟,截取工件周向上200个点的等效应力并分析各个方向上所受应力的变化,通过工件上等效应力、等效应变及金属流动状况分析了工件成形的变形机理。     

600 MPa级汽车桥壳钢生产实践

介绍了河北普阳钢铁有限公司生产600 MPa级汽车桥壳钢板600QK的生产工艺及产品性能特点,研究了不同未再结晶区开轧温度和待温厚度对600QK钢板的组织和力学性能的影响。结果表明：铌、钛微合金元素的复合添加,有助于细化铁素体晶粒,提高钢材的强度和韧性。通过控制成品氮含量不大于50×10-6,未发现大尺寸TiN夹杂物。采用两阶段控轧工艺,随未再结晶区开轧温度的降低和待温厚度的增加,组织更加细化,钢板的抗拉强度及伸长率变化不大,但屈服强度及-20 ℃冲击功显著增加。产品各项性能良好且稳定,满足了用户的需求。     

采用小异型坯生产大规格H型钢的技术研究

介绍了首钢长钢轧钢厂采用等宽的连铸异型坯(430mm×300mm×85mm×80mm)开发轧制H300mm×300mm×10mm×15mm规格H型钢的过程。为了使成品的翼缘宽度能够达到300mm,在开坯机孔型中增加了较大的凸度,在减小对翼缘压下的同时增加了对腹板的压下,以利于万能轧机轧制时翼缘的宽展。此外,还制定严谨的试轧方案,针对试轧制中出现的问题、缺陷,特别是开坯机孔型中增加了较大的凸度后,轧制时H型钢圆角部位易出现折叠的问题,重新优化了开坯机孔型、万能孔型及轧制工艺,消除了折叠缺陷,产品力学性能满足标准要求。     

轧制速度对AZ31镁合金管材冷轧成形的影响

轧制速度是三辊式冷轧成形过程中关键的工艺参数,决定其力学特征及温升情况。基于此,本文以冷轧AZ31镁合金管材为研究对象,通过全流程数值仿真计算,对比分析不同轧制速度在各特征变形段对等效应力、等效塑性应变及节点温度的影响规律。结果表明,等效应力、等效塑性应变及节点温度均随轧制速度的增大而增大。通过元胞自动机模型及实验等手段,探明了晶粒在轧制过程中产生连续再结晶并细化的初步组织演变规律;对比分析实验与模拟结果并结合多方面因素,得到800mm/s的轧制速度可以更好的满足工艺要求的结果,为冷轧镁合金管材轧制速度的选择提供依据。     

304不锈钢线材椭圆孔型冷连轧过程有限元模拟

借助有限元模拟软件ANSYS／LS-DYNA对304不锈钢线材椭圆孔型两道次冷连轧过程进行三维弹塑性有限元模拟,得出轧件在轧制过程中的等效应力、应变、金属流动、宽展等结果。模拟所得轧件的宽展与实验值的对比证实了利用有限元软件ANSYS／LS—DYNA进行模拟的可靠性。