基于有限元和试验的热轧带钢残余应力减量化

 研究残余应力减量化技术可提高热轧带钢板形质量。有限元技术及相应的试验验证已广泛应用于工业生产,采用该方法对带钢层流冷却过程中的温度、相变及应力耦合进行求解,对于分析带钢轧后冷却不均、应力应变不均及翘曲具有重要意义。基于ABAQUS建立热轧带钢在密集冷却工艺条件下的有限元模型,实现温度、相变和应力三者的耦合计算,并进行温度测试、材料微观组织测试及应力测试等多个试验验证。计算结果表明,减小带钢进入层流冷却前的初始温差、采用边部遮挡技术对减少带钢残余应力均具有积极的意义。通过一个改善初始温差分布进而改善带钢残余应力的实例,验证了提出的方法和结论的正确性。     

济钢1700层流冷却关键参数优化

为提高济钢1700层流冷却过程中带钢冷却的均匀性,减小带钢冷却不均带来的附加残余应力,建立了层流上下水量关系和侧喷的数学优化模型,对层流上下水量配比和侧喷角度两个关键参数进行了优化,根据优化结果制定了相应的层流标定标准并在现场进行了应用。结果表明,优化后的层流上下水量和侧喷参数能够改善带钢延厚度和宽度方向冷却的均匀性,减小了层流带水和各类板形不良现象。     

ASP1700热轧层流冷却过程中影响板形变化的热应力求解

采用ABAQUS有限元软件对鞍钢ASP1700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,分析了带钢在层流冷却中板形变化的趋势.分析结果表明,带钢边部存在的温降导致带钢中间受拉应力,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.以所得结论为依据,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,并在鞍钢ASP1700热轧生产线上应用,通过对带钢冷却前后板形状况的跟踪观测,发现微中浪轧制板形补偿控制策略效果非常明显.     

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.      

基于Ansys有限元的带钢层流冷却工艺的确定

采用Ansys对不同厚度带钢的层流冷却过程进行瞬态有限元模拟。得到了不同时刻带钢的温度变化和带钢宽度方向的位移变化;分析了在不同冷却工艺下带钢的温度场和应力分布;以某钢厂的层流冷却设备参数为例,来探讨不同厚度带钢的层流冷却工艺,为现场生产提供参考依据。     

304不锈钢冷轧带钢振动时效处理数值模拟

降低和均化冷轧带钢中残余应力是防止板形缺陷追求的重要目标。通过弹塑性有限元数值模拟,得到了具有残余应力的冷轧带钢,对其添加振动时效工艺进行数值模拟,获得了振动各个参数对带钢中残余应力的改善规律。研究结果表明,振动时效工艺对带钢残余应力有显著的减少与均化作用;激振力选取原则是动应力与初始残余应力之和达到材料的屈服极限且小于材料的抗拉极限;激振频率选取接近于固有频率;激振时间的选择取可以根据振动过程中激振力产生的动应力与带钢残余应力之和开始小于屈服极限的时间确定。     

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...     

连续退火机组带钢板形翘曲控制

针对高强度带钢连续退火过程易发多发的板形翘曲问题,根据带钢纵向延伸在厚度方向分布不均导致了翘曲的机理认识建立了带钢翘曲生成力学模型,求解获得带钢上下表面延伸差与翘曲大小的关系及影响规律,并分析指出连退机组平整机单辊驱动是导致带钢产生上下表面延伸差的主要原因。为解决某高强度带钢连退机组存在的板形翘曲问题,建立该机组平整轧制过程有限元仿真模型,模拟分析上下工作辊辊径差、轴线偏心距和摩擦因数差对带钢上下表面延伸差的影响,并提出以减小厚度方向延伸不均为目标的板形翘曲控制的若干对策措施。将所提出的对策措施上机试用并多次优化调整后稳定用于某连退机组的实际生产,使该机组产品带钢的板形翘曲缺陷得到明显改善,创造显著经济效益。     

含磷高强IF钢拉矫断带的原因及机制

 采用场发射SEM及TEM研究了含磷高强IF钢拉矫断带的断口形貌及析出物的分布状态,结果表明导致断带的主要原因是晶界处大尺寸、树枝状Fe(Nb,Ti)P相的偏聚析出。通过对断带样品的热处理回溶试验及不同层冷冷速的热模拟试验,分析了造成Fe(Nb,Ti)P相晶界富集析出的温度范围及工艺要素。在机制研究的基础上,制定了热轧生产的控制要点,主要包括轧制温度、层冷冷速、成分设计、卷取温度等多个方面,成功抑制了高P类高强IF钢的拉矫断带事故发生率。     

Application of Cooling Water in Controlled Runout Table Cooling on Hot Strip Mill

The controlled runout table cooling is essential in determining the final mechanical properties and flatness of steel strip. The heat of a hot steel strip is mainly extracted by cooling water during runout. In order to study the heat transfer by water jet impingement boiling during runout, a pilot facility was constructed at the University of British Columbia. On this pilotfacility, the water jet impingement tests were carried out under various cooling conditions to investigate the effect of processing parameters, such as cooling water temperature, water jet impingement velocity, initial strip temperature, water flow rate, water nozzle diameter and array of water nozzles, on the heat transfer of heated strip. The results obtained contribute to the optimization of cooling water during runout.     

Model Algorithm Research on Cooling Path Control of Hot-rolled Dual-phase Steel

With the development of advanced high strength steel,especially for dual-phase steel,the model algorithm for cooling control after hot rolling has to achieve the targeted coiling temperature control at the location of downcoiler whilst maintaining the cooling path control based on strip microstructure along the whole cooling section.A cooling path control algorithm was proposed for the laminar cooling process as a solution to practical difficulties associated with the realization of the thermal cycle during cooling process.The heat conduction equation coupled with the carbon diffusion equation with moving boundary was employed in order to simulate temperature change and phase transformation kinetics,making it possible to observe the temperature field and the phase fraction of the strip in real time.On this basis,an optimization method was utilized for valve settings to ensure the minimum deviations between the predicted and actual cooling path of the strip,taking into account the constraints of the cooling equipment′s specific capacity,cooling line length,etc.Results showed that the model algorithm was able to achieve the online cooling path control for dual-phase steel.     

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.     

700 MPa级高强耐候钢中MA组元的变化规律及其对性能的影响

采用热模拟试验和工业试验研究了卷取温度、冷却速度等工艺参数对700 MPa级高强耐候钢中的MA组元和力学性能的影响。结果表明,随着卷取温度的提高,钢中的MA组元数量降低,尺寸减小;随着冷却速度的提高,MA组元分布更加弥散,但数量略有增加。工业试制结果表明,钢带在600～610 ℃卷取时可有效降低MA组元数量,细化MA组元尺寸,并可获得较高的屈服强度和良好的塑性。     

关键退火参数对590MPa级热镀锌双相钢力学性能的影响

 采用多功能退火模拟器,按照首钢1号CGL(连续镀锌生产线)配置研究了带速、加热温度及快冷终止温度对590MPa级热镀锌双相钢力学性能的影响。研究结果表明,提高带速可以提高冷却速度和减少带钢在均衡段停留时间,有利于保证双相钢的性能。要获得良好性能的双相钢,大于90m/min的带速是必要的。加热温度过低会导致双相钢强度不足,过高则会导致伸长率和硬化指数降低。800℃的加热温度可以获得较好的双相钢综合力学性能。快冷终止温度升高,双相钢的抗拉强度和加工硬化指数都显著降低。在均衡段电加热有能力保证镀锌温度的情况下,降低快冷终止温度有利于获得良好的双相钢力学性能。     

CSP线高强度细晶热轧板的混晶和变形拉长晶粒的成因

对CSP线生产的高强度细晶热轧板的混晶和拉长晶粒的成因进行了分析,用有限元分析法模拟了热轧带钢的变形区的剪切应变场和温度场,用Gleeble实际模拟轧制工艺和组织变化。结果表明,CSP线高强度细晶热轧板的混晶和拉长晶粒的形成与钢板轧制过程中的钢板表层的变形场及温度场有关,也与先析出铁素体的形成后再进行轧制变形的过程有关;采用奥氏体深过冷轧制,既保证得到细晶粒又避免产生混晶和被变形拉长的晶粒。新的CSP轧制工艺,成功地生产了高强度高成形性细晶粒C-Mn热轧板。     

立式连续退火炉中带钢气体射流冷却数值模拟及温度场计算

气体射流冷却是立式连退炉内带钢快速冷却的主要方式,计算冷却过程中带钢温度场分布,对改善带钢连续退火工艺有着重要的指导意义。利用CFD模拟软件对冷却过程进行数值模拟,获得带钢表面换热系数分布规律。运用有限差分法,对带钢温度场分布进行数值仿真计算。研究了初始带钢温度对冷却过程中带钢温度场分布规律的影响。