冷却工艺对热轧高强带钢残余应力的影响

为分析不同层流冷却工艺对热轧高强带钢残余应力的影响规律,以ABAQUS有限元软件为基础,采用FORTRAN语言编写用户子程序,建立热轧高强带钢快速冷却过程的有限元模型,对带钢层流冷却过程中温度场、组织及应力场的演变规律进行耦合计算。针对现场工艺,设计并实施过冷奥氏体连续冷却转变(CCT)试验和残余应力测试等试验对模型进行校正。以校正后的模型作为基础模型,修改基础模型的初始条件和边界条件,建立与边部遮挡、稀疏冷却、后段冷却、降低初始温差等4种层流冷却工艺对应的有限元模型,以定量分析4种工艺对减小带钢残余应力的效果。研究结果表明:原来无应力的带钢,经过层流冷却后,带钢宽度方向的应力分布变为边部有较大的压应力,中部有较小的拉应力。4种工艺都能有效减小残余应力,降幅从高到低依次为降低带钢横向初始温差、稀疏冷却、边部遮挡、后段冷却。     

卷取温度对热轧X70管线钢层流冷却过程残余应力的影响

通过热膨胀仪和Gleeble3500热模拟试验机检测X70钢的膨胀系数、高温屈服强度和弹性模量,采用Marc有限元软件计算了热轧带钢在层流冷却中卷取温度分别为500、550和600℃时的温度场、相变体积分数、残余应力随时间的变化.结果表明:层流冷却过程中,在水冷前期带钢边部的应力超过了该温度下钢板的屈服强度,带钢板形会向着边浪发展;水冷结束时,边部应力值再次超过屈服强度并发生了塑性变形,带钢板形会向着中浪发展.在保证X70管线钢性能的条件下,降低卷取温度有利于钢板贝氏体相变的完成和层流冷却阶段残余应力的降低.     

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21.84mm;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.     

带钢平整轧制过程中板形缺陷的遗传和演变规律

应用ABAQUS有限元软件对平整轧制过程进行三维弹塑性建模及仿真研究,通过温度场模拟入口带钢的初始板形缺陷,利用刚性工作辊的辊形变化综合表达各板形控制手段对承载辊缝形状的调控功效。基于以上力学模型,针对具有初始板形缺陷的带钢,仿真研究平整轧制后带钢的板形缺陷及其与初始板形缺陷及平整工艺条件的关系,揭示带钢平整轧制过程中板形缺陷的遗传与演变的规律。仿真计算结果表明,承载辊缝形状是决定带钢板形缺陷遗传和演变的最主要因素,轧前带钢的初始板形缺陷的程度,即最大纵向延伸差的大小,对平整后带钢的板形缺陷仅有一定程度的遗传性影响。     

热轧带钢层流冷却过程中温度与相变耦合预测模型

建立了温度与相变耦合有限元模型,对带钢轧后冷却过程中带钢厚度和宽度方向的温度场进行了模拟计算.建模过程中,考虑带钢的各金相组织的密度、导热系数、比热容等物性参数为温度的函数,取各相的线性平均值用于计算.根据连续等温转变实验曲线,采用Avrami方程和Scheil可加性法则计算带钢相变潜热,实现温度和相变耦合求解.计算结果表明,带钢经过层流冷却后,沿厚度方向存在着一定的温差,带钢温度沿宽度方向分布不均匀,和现场实测结果吻合.     

X65管线钢板交替与连续控冷工艺的计算与比较

为减小X65管线钢板控制冷却后的残余应力和翘曲,通过开发线性混合热膨胀模型、拓展Avrami相变动力学模型和应用Leblond的相变诱发塑性(TRIP)模型建立了热力耦合有限元模型,考虑了控冷时的弹塑性变形、热膨胀、相变潜热、相变膨胀、TRIP等所有物理效应.用该模型研究了2种控制冷却工艺下X65管线钢板的温度、残余应力、残余应变及翘曲.结果表明:与连续控冷相比,交替控冷使板的温度进一步降低7℃;上表面一侧的残余拉应力峰值进一步减小44 MPa;下表面一侧的残余总压应变峰值进一步增加0.001;翘曲由0.54×10-3减至0.09×10-3;故交替控冷可降低板内的残余应力,并减小翘曲.     

SI-FLAT板形仪激振频率设定

SI-FLAT板形仪是国内宽带钢冷连轧机首次采用的非接触式工业用板形仪,但实际使用过程中发现,对于常轧规格的带钢,其激振频率设定始终为同一固定值,激振力仅随张应力的变化而变化,导致板形控制不稳定,激振频率的设置严重影响着板形检测的精度.本文在分析现场实际生产数据的基础上,提出了激振频率的设置应该遵循的两个基本原则,即振幅控制原则和检测间隔控制原则.为了对带钢振动进行固有频率和受迫振动振幅的分析和计算,采用大型有限元软件ANSYS12.0建立了带钢振动仿真模型,分析了带钢板形、宽度、厚度、张应力等因素所导致的带钢固有频率波动对带钢振幅的影响.研究发现,张应力和板形对带钢固有频率的影响较大.最后,基于振幅控制原则和检测间隔控制原则提出了可行性方案,即通过限制最小张应力,减小板形对测量结果的影响;同时为了控制最小检测间隔,便于对板形的在线控制,激振频率的大小应根据带钢速度进行调节设定.     

连退线上带钢张应力横向分布的有限元仿真

为了获得带钢瓢曲发生的临界张力条件模型,建立抑制其产生的有效工艺措施,运用有限元中几何非线性屈曲计算方法,结合冲压领域的弹塑性屈曲理论,定量研究了退火炉内的七项关键因素--导向辊辊形、来料板形、带钢宽度、横向温差、焊缝位置、辊面摩擦系数和总张力--对带钢张应力横向分布的影响规律和作用机制. 仿真发现导向辊辊形、带钢厚度等对张应力横向分布影响最为显著,揭示了瓢曲行为与横向张应力分布的内在关系,为制定抑制"热瓢曲"提供了有效的技术思路,并取得了良好的现场控制效果.     

气流激振及涡流测幅式板形仪带钢振幅与板形关系

气流激振与涡流测幅方法是目前在冷轧带钢板形检测中应用最为成功的非接触方法. 以某2 180 mm冷连轧机首次采用的非接触式工业用板形仪SI-FLAT为研究对象,在对板形仪所使用的板形计算模型进行解析分析的基础上,对带钢振动问题的简单情况即欧拉梁的振动问题进行了分析,研究了受迫振动振幅与张应力之间的关系. 同时采用大型有限元软件ANSYS12.0建立了带钢振动仿真模型,分析了不同带钢板形、宽度、厚度等因素下带钢各纵向纤维条之间的相互影响所导致的板形计算误差. 通过实际生产验证了该板形仪所适用的场合.      

热轧带钢层流冷却系统的技术开发与应用

热轧带钢层流冷却过程的卷取温度精度直接影响带钢的组织性能和力学性能,是保证板带质量和板形良好的关键因素。所以对热轧带钢卷取温度的控制,成为热轧生产中的重要环节,对其过程进行分析和研究具有深远的现实意义。以国内某热轧厂经过改造后的板带层流冷却系统为背景,对如何提高层流冷却过程的卷却温度精度及钢板内外温度均匀性从控制方法上入手进行了较深入系统的研究。     

双辊薄带连铸铸辊材质及水冷结构分析

比较了不同成分铜合金的高温表面强度、抗拉强度,模拟冷却孔数量对热传导和温度场的影响规律.选用铬锆铜合金制成了双辊薄带连铸铸辊,在相同的工艺条件下分别采用合金钢铸辊和铬锆铜合金铸辊进行了高速钢双辊薄带连铸实验.结果表明:铬锆铜质铸辊的冷却能力较合金钢质铸辊提高60%,铜辊铸带中心层质量提高,裂纹减少;铜辊铸带的奥氏体晶粒度较钢辊铸带提高一级,凝固过程中析出的共晶碳化物也以颗粒状和鸡爪状为主,没有发现钢辊铸带中存在的半网状共晶碳化物.     

不锈钢板翅结构钎焊残余应力三维数值模拟

利用有限元软件ABAQUS，对错流不锈钢板翅结构钎焊残余应力进行三维数值模拟，对模拟整个钎焊过程的方法和只模拟冷却过程的简化方法进行了比较．结果表明：由于镍基钎料BNi-2和304不锈钢母材热膨胀系数的差异，在钎焊接头处产生了较大的残余应力．2种分析方法所得的残余应力结果相差不大，残余应力主要在冷却过程中产生．因此，对板翅结构真空钎焊残余应力进行数值模拟，可采用只模拟冷却过程的方法，节约分析时间和成本．     

高强度Q460钢焊接截面高温作用后残余应力

为了得到高温作用对高强度Q460钢焊接截面残余应力的影响,采用电炉对高强度Q460钢焊接H形和箱形截面构件进行升温后自然降温.采用切条法测试构件降温后残余应力的分布作为对比,测试了未升温试件的残余应力.试验得到了高温后焊接H形和箱形截面残余应力数值和不同温度后残余应力降低系数.采用有限元软件ANSYS分析了残余应力的降低对高温下Q460钢柱承载力的影响.研究表明:高温作用对焊接残余应力影响较大,升温温度越高,残余应力降低越大.残余应力的降低对高温下Q460钢柱的承载力产生明显影响,与不考虑残余应力变化相比,钢柱的承载力设计值可提高10%左右.     

圆钢管混凝土短柱的火灾后剩余承载力研究

在提出火灾全过程各阶段中钢管和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,采用有限元软件ABAQUS中的热-应力耦合分析模块计算了ISO-834标准火灾全过程作用后圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系曲线,计算结果和试验结果基本吻合.对火灾全过程中圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系、钢管和核心混凝土的截面应力分布以及两者之间的相互作用进行了分析,探讨了升温时间、初始荷载、截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、防火保护层厚度和截面尺寸等参数对圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的影响规律,最终提出了圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的简化计算公式.     

薄带材浪形缺陷生成与拉伸矫直过程数值仿真

基于ABAQUS有限元软件建立了薄带材浪形生成与拉伸过程有限元模型,研究了带材在初应变作用下的浪形缺陷生成规律及其在张力拉伸作用下的应力特性及其变形行为,并进一步分析了浪形缺陷拉伸矫直矫平功效的主要影响因素及其影响规律。薄带钢变形过程可分为浪形生缺陷生成、拉伸矫直和弹性回复三个阶段。针对薄钢带弹性后屈曲浪形和铝带弹塑性后屈曲浪形两类典型浪形形式,研究了浪形缺陷在后屈曲和拉伸变形阶段的浪形陡度变化与系统能量变化规律。研究表明：弹性后屈曲浪形在拉伸矫直过程中浪数和浪高均发生变化,而弹塑性后屈曲浪形仅发生浪高的连续变化。弹性后屈曲浪形矫直后的残余应力分布形式与初始应力分布类似,而弹塑性后屈曲浪形的残余应力分布发生显著差异。浪形缺陷的残余陡度随初始浪形陡度增大而增大,随带厚增加而减小,且弹塑性后屈曲浪形缺陷的矫直效果更为显著。     

等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大。为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力。结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转。最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘。残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力。本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础。     

反向凝固不锈钢复合带平整轧制有限元解析

利用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对反向凝固不锈钢复合带的平整轧制过程进行了变形 物理场分析,得出了复合带平整轧制时内部各点的塑性应变和应力分布：轧件内存在不均匀变 形,母带的应变大于凝固层,凝固层应变从表面向内部逐渐增大;在轧制变形区内,凝固层的应 力大于母带;轧件的残余应力约为 １９ ＭＰａ．轧制力的解析结果与实测的轧制力基本相符．     

高强度U肋加劲钢板残余应力测试及模拟分析

为研究Q420级高强度U肋加劲钢板纵向焊接残余应力分布特点及影响因素,利用切割法对U肋加劲钢板进行了纵向残余应力测试,通过三维实体热弹塑性有限元模型和单元生死技术模拟了焊缝填充和焊接过程,比较分析了高强度钢和普通强度钢的残余应力分布特点,探讨了母板厚度及U肋的厚度、间距、宽度、高度对加劲板焊接残余应力的影响.研究结果表明,U肋两侧的焊接先后顺序并不影响加劲板的残余应力分布;非焊接区域残余压应力峰值和分布特点与板件材料的屈服强度基本不相关;板件厚度、U肋顶宽和U肋高度是影响高强度U肋加劲钢板焊接残余应力的主要因素.