在两辊和三辊连轧工艺中使用有限元比较计算方法

1　引言使用有限元计算方法 ( FEM) ,分别在优质精轧轧机( PQF)和装有 4个机架的多机架轧管轧机 ( MPM)上进行了试轧比较。对高延伸率的轧制进行了测试 ,找到传统的连轧机产生的裂纹和缩颈的轧制缺陷的原因。分析显示 ,传统轧机的辊缝处存在较大的纵向拉应力 ,因而产生轧制缺陷。与 MPM相比 ,PQF轧机的局部等效应变要低一些 ,这就是用 PQF轧机轧出来的荒管比用 MPM轧出来的荒管的缺陷要少的原因。因此 ,PQF工艺将比MPM工艺允许更高的总延伸率。2　轧制检验对 MPM和 PQF工艺均进行了两次轧制测试 ,见表1。比较 MPM和 PQF,变…     

TC6钛合金的热塑性变形行为研究

采用热模拟试验机对TC6钛合金轧制态试样进行了不同温度和不同应变速率的应力—应变试验,研究TC6钛合金的高温变形行为。试验结果表明,TC6钛合金在相同的温度下,应变速率越小,热塑性越好,越容易变形;应变速率对TC6钛合金热塑性的影响还与温度有很大的关系,温度越低,热塑性受应变速率的影响越明显。800～900℃时,TC6钛合金热塑性受温度影响较大,变形温度越低,热塑性越差;900℃以上时,几乎不受变形温度和应变速率的影响。TC6钛合金在920～950℃,应变速率1.0 s-1时具有良好的热塑性和很好的热加工性能。     

平三角-圆孔型钛合金棒材轧制过程的三维有限元模拟及应用

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对三辊Y型轧机平三角-圆孔型系统轧制钛合金(TC4)棒材工艺进行模拟,研究了棒材在平三角-圆孔型中的金属流动、应力应变、轧制力等轧制参数。模拟结果表明:采用平三角-圆孔型系统生产钛合金棒材是可行的,为新产品轧制方案及孔型设计提供了分析依据。     

Φ80mm热轧圆钢精轧过程有限元模拟

唐钢长材部大型钢车间采用BD1、BD2、F1二辊可逆式轧机轧制Φ80 mm圆钢,通过热拉伸试验得出Q275B钢在不同温度、应变速率下的应力-应变曲线。为验证孔型系统及轧制规程的合理性,采用有限元分析软件ABAQUS模拟Φ80 mm圆钢精轧机各道次轧制过程,基于模拟结果中孔型充满情况改变成品孔型辊缝设置,消除成品缺陷,提高成品表面质量和尺寸精度,模拟轧制力低于轧机最大轧制力,轧机不会由于过载而跳闸。基于此模拟结果开发的Φ80 mm圆钢,成品表面质量良好,尺寸、弯曲度均符合国家标准。     

变截面钢板轧制应用研究

变截面轧制过程中厚度线性变化的LP钢板轧制过程中的辊缝为非线性变化,在综合考虑体积不变定律和限制条件的基础上,给出了不同类型LP钢板的形状设计方法。在变截面轧制过程中,采用多点动态设定方法,讨论了设定点的轧制参数计算方法。在济钢4300mm宽厚板轧机上进行了变截面钢板的形状设计、多点设定和轧制应用,得到10余种连续变厚度的LP钢板。     

钢板桩轧制过程充型模拟及轧制力有限元分析

采用二辊可逆式轧机和万能轧机组轧制钢板桩(/%:0.12～0.22C、0.15～0.55Si、0.80～1,50Mn)。通过热模拟试验得出该钢在980～1 030℃、变形速率0.5～5.0-1 时的应力-应变曲线。借助ABAQUS软件,采用弹塑性有限元法对钢板桩轧制过程进行了三维热力耦合模拟。针对生产中出现的轧机过载问题,分析了轧制过程各道次的轧制力,通过改变相关道次孔型辊缝改善了充型和降低轧制力。     

开轧温度对42CrMo4钢轧制动态组织变化影响的有限元模拟

应用LARSTRAN/SHAPE有限元模拟软件对42CrMo4合金钢箱形孔型轧制过程进行三维热力耦合有限元模拟.用粘塑性有限元理论模拟轧制过程各时间离散步的局部量包括等效应力、等效应变、等效应变速率、温度分布等,由此计算动态再结晶和晶粒大小的变化.通过模拟研究得出开轧温度≥1 050℃时,42CrMo4钢动态再结晶显著增加,生产42CrMo4钢棒材的合适开轧温度为1 050～1 100℃.     

形状比对TC4-DT钛合金厚板轧制变形渗透性影响规律

基于热模拟压缩试验得到的流变应力曲线,建立了TC4-DT钛合金厚板单道次热轧模拟仿真平台,对不同压下率和形状比条件下的热轧过程进行仿真分析,以等效塑性应变为0.2作为透性衡量指标,研究了板坯厚度方向变形渗透规律。经拟合,得到TC4-DT钛合金轧制时形状比(SR)与变形渗透深度的经验公式为:y=29.1exp(3.2SR)-60.66。提高形状比可显著改善TC4-DT钛合金厚板心部的变形程度,提高板材的一次合格率。     

神经网络和遗传算法在Assel轧机辊型设计中的应用

为了在引进的Assel轧机上拓宽产品规格,满足市场需求,提出了一种Assel轧机辊型设计的方法。首先利用遗传神经网络建立模型,推理出轧制每种规格管材的喂入角和辗轧角,然后利用德国Meer公司辊型设计公式计算轧制每种规格管材的Assel轧辊特征参数,最后采用最小包容区域法和遗传算法进行参数寻优,确定一种Assel轧机辊型的特征参数。采用上述方法优化设计的Assel轧机辊型完成了6种管坯600种规格无缝钢管的轧制,比原引进设备的设计产品规格扩大了10余倍,且产品质量处于同类机组领先水平。     

Ti-811合金棒材热连轧过程有限元数值模拟及验证

采用有限元法对Ti-811合金棒材热连轧过程进行数值模拟,分析变形过程中轧件应力场、应变场和温度场的数值以及分布规律,并基于数值模拟结果进行轧制验证,为制定Ti-811合金棒材轧制工艺提供指导。结果表明：模拟连续轧制过程中轧件的最大应力位于与轧辊接触的表面,且由边部到心部逐渐降低;随着轧制道次的增加,应力值逐渐下降、应变量逐渐增大;轧件在各道次的变形过程中表层和心部存在差异,心部变形量大于边部变形量;轧件与轧辊接触的表面层有明显温降,当轧件脱离轧辊后表面层温度逐渐回升,轧制结束后表面层温度回升至初始温度,但心部因变形热积聚温度略有升高,最大温升值达到14℃。基于数值模拟结果在热连轧机组上进行轧制验证,所轧制的Ti-811合金棒材外形尺寸良好,且组织与力学性能满足GJB 9567—2018《叶片用TA11和TC6钛合金棒材规范》要求。     

复合管连轧变形过程有限元模拟

以铜/铝双金属管的轧制复合为例,对双金属管的连轧变形过程进行数值模拟。轧制工艺采用冷轧复合工艺,轧机采用三辊Y型轧机,结合金属塑性变形理论、管棒材连轧技术、张力减径理论,利用有限元模拟软件ANSYS/LS-DYNA对其轧制过程进行了数值模拟,对双金属管在轧制复合过程中的金属流动、温度场分布和应力、应变情况做了分析研究。     

200mm×200mm连铸坯连轧Φ100mm 42CrMo钢三维有限元模拟

采用MSC.Marc有限元模拟软件,针对200 mm×200 mm连铸方坯连轧Φ100 mm 42CrMo圆钢工艺过程进行三维热力耦合模拟仿真。因圆角在孔型中塑性应变较大且变形由表及里逐渐深入,因此对断面采用网格偏差划分方法以细分表层及圆角区域单元。根据连轧过程应力场、应变场和温度分布及轧制力和轧制力矩变化特点,得出合金钢轧制时圆角易出现裂纹的重要原因是该区域总等效塑性应变、等效应力和温降较大。机架间及轧后断面尺寸实测值与模拟值相符合。     

GCr15轴承钢轧件内部应力的有限元分析

采用有限元分析软件DEFORM，对石钢GCr15轴承钢300mm×220mm铸坯650轧机箱形孔轧制1-4道次轧件内部应力进行模拟，分析了侧壁斜度和轧制温度对应力的影响。结果表明1／[（H＋h）／2]最小的第1道次不利于改善钢材的内部质量；侧壁倾角越小，宽度方向的拉应力（σ）越小；1050℃轧制时各点断裂因子小于1100℃各点断裂因子。     

特厚板厚度方向形变传递规律的仿真分析

 基于Gleeble热压缩试验、有限元方法对一种HSLA钢特厚板轧制过程中厚度方向变形向心部传递的规律进行了仿真研究。首次从有限元角度定量揭示出特厚板生产中高温、低速、大压下量的轧制规范机理。仿真所用材料本构模型由Gleeble试验数据结合Arrhenius方程所构建,研究了轧制速度、压下量、轧制温度以及板坯厚度对特厚板厚度方向应变分布的影响规律。结果表明,轧制速度小于1 m/s时（平均应变速率小于 0.33 s－1）,有利于变形向钢板心部传递,削弱截面效应;压下量越大,钢板等效应变越大,且厚度方向最大等效应变出现的位置向心部偏移;轧制温度对等效应变的分布影响不显著,但是高温轧制有利于减小轧机负荷;板坯越厚,变形分布不均匀性越显著。当板坯厚度为500 mm时,截面的最大、最小等效应变差达到0.2。生产中,在设备允许的情况下,建议特厚板的轧制采用高温、低速、大压下量规范。     

Φ16 mm GCr15轴承钢棒材KOCKS轧机热连轧工艺数值模拟和分析

采用DEFORM-3D三维大变形热力耦合弹塑性有限元软件对Ф21.5 mm GCr15轴承钢坯料在四架KOCKS轧机连轧成Φ16 mm棒材工艺过程进行了数值模拟。分析了棒材在KOCKS轧机孔型中轧制时的等效应力、等效应变、温度场以及轧制力等轧制工艺参数。结果表明,棒材在KOCKS机组中的变形主要发生在延伸孔型,精轧孔型的变形量较小,尤其在最后一道次;棒材在KOCKS机组中的宽展是不均匀,在靠近轧辊的区域宽展较小,在辊缝处宽展较大并产生鼓形;棒材在KOCKS机组中等效应变已达到芯部渗透,这对保证组织致密度和成品内部质量是非常有利的,现场各道次轧制力的实测值与模拟值的相对误差＜2%。     

宝钢大扬程初轧机无槽轧制技术的开发

从初轧工艺、轧制规程等多方面研究宝钢大扬程初轧机实现无槽轧制的可行性.以ANSYS为模拟平台,对大方钢无槽轧制过程进行了三维有限元全尺寸模拟分析,得到了坯料在各阶段的等效应力分布、轧件形状变化及断面尺寸,为轧制生产提供了理论基础.通过研究,开发了新的轧制规程,设计出合理的初轧工艺,顺利地实现了在初轧机上应用无槽轧制技术生产大方钢.     

GCr15轴承钢棒材连轧过程的二维和三维模拟

借助商业有限元软件MSC.Marc建立了GCr15轴承钢150 mm×150 mm坯至φ32 mm棒材的12道次连轧过程的二维和三维模型,并对比了二维和三维模型对轧制过程轧件截面形状、温度的模拟结果。结果表明,与三维模型相比,二维模型模拟得到的轧件截面宽展偏大,但计算效率较高,得出的温度曲线接近三维模型的模拟结果;给定工艺参数的三维模拟较二维模拟准确;模型模拟得到的出口轧制速度和温度与实测值吻合。     

PQF轧管机连轧过程芯棒温度场有限元分析

芯棒是PQF(Premium Quality Finishing,高质量精轧机)的主要加工设备之一,其温度的分布和变化情况是研究芯棒磨损和缺陷产生的依据.采用有限元法分析PQF生产28CrM057钢管过程中芯棒各阶段温度场和温度随连轧时间的变化曲线.结果表明,表面节点一直处于较高温度,而芯棒内部的各取样点温度几乎保持在初始温度;芯棒表层温度变化剧烈,在1#机架和2#机架间时温降速率超过160 K/s;芯棒整体平均温度在第一机架轧制时升高最快,在以后的各阶段温升迅速减慢.结合轧制过程芯棒温度变化规律和失效机理,提出了延长芯棒寿命的建议.     

钛及钛合金线材轧制工艺研究

针对旋转锻造、二辊轧机和老式三辊轧机生产钛及钛合金线材成本高、精度低、组织性能差的现状。分析了Y型轧机的结构,Y型轧机在轧件的受力状态、孔型系统和轧机刚度等方面具有良好的特性,既能提高轧制精度,保证组织性能,又能实现高速轧制。采用15架Y形连轧机轧制钛及钛合金线材。论述了加热温度、轧制速度、热轧加工率、连轧张力对钛及钛合金线材组织性能的影响,对于钛及钛合金,当轧制温度低于相变温度时,得到等轴组织,性能较好;轧制速度、热轧加工率、连轧张力的确定既要考虑连轧要求,又要确保产品的组织性能和尺寸精度。通过试验研究,优选得出钛及钛合金线材的最佳工艺参数分别为:纯钛加热温度880℃,轧制速度500 r.min-1;TC4合金加热温度950℃,轧制速度600 r.min-1;TC16合金加热温度800℃,轧制速度600 r.min-1;保温时间均为5 min;道次加工率70%左右;各道次间连轧张力<1.0%;采用空冷的轧后处理。结果表明:采用该工艺轧制的钛及钛合金线材试件在尺寸精度、表面质量和组织性能方面均达到国家标准。     

20CrMnTi齿轮钢棒材热连轧有限元模拟

通过对棒材热连轧过程的分析,建立了20CrMnTi钢800~1150℃,变形量0~0.8,应变速率0~3 s^-1的Hensel-Spittel流变应力模型;利用LARSTRAN/SHAPE有限元软件模拟了20CrMnTi从200 mm×200 mm的方坯经8道次连轧为Φ90 mm圆棒的过程,分析了轧件在圆弧侧壁的圆孔型和直线侧壁的圆孔型下轧制过程中的应力场、应变场、温度场和轧制力及力矩的变化情况。模拟结果表明,轧件圆角部位等效应力、等效应变较大且温度较低,容易出现轧制质量缺陷;圆弧侧壁的圆孔型轧制圆钢时的精度略高于直线侧壁的圆孔型。