小H型钢轧后控制冷却系统的开发与应用

通过对热轧后小H型钢立即进行强制冷却,实现型钢组织从奥氏体向铁素体转变过程中的晶粒细化,从而很大程度提高小H型钢的屈服强度。根据这个理论和温度场模拟计算以及现场实际条件设计的在线控制冷却系统在马钢小H型钢生产线上得到应用。应用结果显示,Q235材质的小H型钢屈服强度比空冷条件下提高50 MPa以上。     

H型钢控冷过程温度场的数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件,对H型钢冷却过程进行了有限元模拟,分析了3种冷却方案下H型钢温度场的分布及其变化规律,其中最优方案的数值模拟结果与试验数据吻合较好。分析结果对于掌握H型钢的冷却规律、开发控制冷却技术具有实际指导意义。     

H型钢轧后冷却对热应力的影响

轧后H型钢控制冷却能够改善钢材的组织状态,提高强度,改善钢材的综合力学性能和使用性能。根据实际生产,采用合理的热边界条件,建立了H型钢控制冷却的三维有限元模型。设计了四种控制冷却方案,采用喷雾冷却方式进行冷却。利用有限元软件ANSYS/Multiphysics对H型钢在冷却时的瞬态温度场和应力场进行了数值模拟。通过分析温度场与应力场之间的关系,得出H型钢轧后冷却过程中的断面温差是产生残余热应力的主要原因。     

H型钢气雾冷却换热特性的数值模拟

利用轧后余热对H型钢进行在线热处理,既能提高强度,又可以节约能源。但是由于H型钢结构复杂,导致其轧制后冷却不均匀,从而产生过大的残余热应力。喷嘴位置固定,采用Fluent软件数值仿真,研究了气雾冷却过程中700×350 H型钢不同部位的表面换热系数,得出,随着气压的增大,换热系数增大,但喷嘴流量和直径对换热效果的影响没有一定规律。在此基础上,又优化了气雾喷射参数,分析了几种工况下的温度场,最终得出,在水流量L1=0. 05 kg/s、L2=0. 1 kg/s、L3=0 kg/s,喷嘴气压为0. 3 MPa的条件下,700×350 H型钢的温度场最为均匀。     

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。     

喷射冷却水流密度对控冷H型钢组织和性能的影响

以Q235B钢坯为试验原材料,分别设计了三种不同的喷射冷却水流密度。采用控制冷却工艺热轧制了规格为H200 mm×100 mm的H型钢。用金相显微镜和显微硬度计对H型钢金相组织和显微硬度进行了测试,使用万能试验机检测了H型钢拉伸性能。结果表明,随着水流密度增加,H型钢组织中铁素体含量减少,珠光体含量增加,晶粒明显细化,珠光体层片细小弥散。当水流密度增加到22.6 L/(m2·s)时,显微组织中还出现了少量的贝氏体强化相,H型钢显微硬度明显上升;终冷温度呈加速下降的趋势,屈服强度和抗拉强度则呈加速上升的趋势,伸长率随水流密度的增加而加速下降。     

H型钢焊接变形的控制

焦化装置中钢架部分钢柱H型钢焊接变形的控制是保证其制造质量的关键,通过分析找出了影响H型钢焊接变形的因素,采用防变形夹胎具及合理的焊接参数和施焊顺序,保证了H型钢的焊接质量.     

热轧H型钢控制冷却工艺研究

针对热轧H型钢翼缘较厚、腹板较薄、空冷过程中温差大、残余应力分布不均的问题,自主研制了一种新型控制冷却装置,介绍了该冷却装置的结构、布置及良好的冷却效果,并提出了将终冷温度进一步降低至700℃的冷却装置设置方案。     

高强度厚重规格H型钢轧后快速冷却工艺研究

重型H型钢在跨海桥梁、钻井平台等高层建筑和大型设施有广泛应用。为推动马钢高强度厚规格重型H型钢的品种开发,对UB356 mm×406 mm×634 mm规格、S450 J0牌号H型钢进行了试制。厚重规格H型钢由于压缩比较小,采用普通生产工艺较难使其获得较高的强度,需要轧后采用快速冷却工艺,研究了4种QST(淬火+自回火)工艺对所试制H型钢翼缘组织性能的影响。结果表明:经QST工艺处理后, H型钢翼缘厚度方向出现了明显的组织分层现象,第1类为表面淬硬层回火索氏体组织,第2类为心部铁素体+珠光体组织;随着回火层厚度的增加,温度逐渐升高,回火组织中马氏体位向逐渐消失,颗粒状的碳化物逐渐长大,心部组织晶粒尺寸也逐渐增大;不同QST控冷工艺下H型钢翼缘回火层厚度不同,当水压、水嘴组数一定时,随着辊道速度的增加,回火层厚度呈现逐渐减小的趋势;近翼缘外表面的回火层硬度变化趋势呈现先增大后减小的趋势,靠近翼缘内表面的回火层硬度呈现逐渐减小的趋势。在4种QST工艺下,只有水压1.3~1.4 MPa、水嘴数开16组、辊道速度0.8 m/s的条件下所试制的重型H型钢力学性能满足技术要求,且富裕量较大。     

莱钢H型钢轧机轧辊气雾冷却试验

针对用水直接冷却轧辊存在冷却不均、轧件断面温差大等问题，在莱钢小型H型钢生产线上进行了轧辊气雾冷却的试验，结果表明，气雾冷却能使轧辊轧制量提高约25%，H型钢腹板内冷却水减少约2/3，H型钢表面最大温差减少14～16℃。