高韧性热轧管线用钢控轧控冷工艺的分析和研究

高韧性热轧管线用钢主要用于制造石油和天然气输送管。这种钢要求具有良好的综合性能，既要有较高的强度和韧性，又要有良好的焊接性能和较低的脆性转变温度，其化学成分的特点是低碳、低硫、高锰和添加微合金元素。轧制中采用了控制轧制和控制冷却的新工艺。文中对控轧工艺及轧制力能参数进行分析研究，并利用模拟实验所得到的结果，提出此种钢较好的轧制工艺制度。     

管线钢的发展状况及生产特点

本文综述管线钢的发展状况及生产特点，包括管线钢对冶炼技术的要求、管线钢的控制轧制及微合金元素在控制轧制中的作用，文末介绍了几种典型的控轧工艺．     

16Mn钢的控制轧制及控制冷却工艺与优化

16Mn钢中加入0.01%钒、钛，1100℃开轧、850℃终轧，分别在奥氏体再结晶区及奥氏体未再结晶区控制轧制，轧后给以3－4℃冷却速度控制冷却，得到的轧件组织细小、带状珠光体明显减少，钢材的各项性能指标均得到了较大的提高。利用MATLAB数据处理软件对轧制工艺参数与材料的性能之间的关系进行了多元线性回归并进行优化，得到的回归公式及优化结果对建立中厚板轧制工艺－－组织－－性能在线控制专家系统的建立具有重要的指导意义；利用该回归及优化结果，可根据轧制时的基本工艺及轧件的化学成分，预测轧件的性能指标，为轧制工艺参数的实时调整提供重要的依据。     

钢筋冷轧模型研究

提出了一种新型带肋钢筋冷轧工艺物理模型，在该模型基础上推导出满足其边值条件的数学函数关系式；利用ＦＯＲＴＲＡＮ程序对此进行了模拟计算，找出了偏心轧制运动基本规律。     

热带钢粗轧立辊调宽轧制过程变形研究及应用

针对工业现场热带钢轧机粗轧段立辊侧压调宽轧制的工艺特点,利用ANSYS/LS-DYNA建立了精确的立辊-水平辊三维轧制有限元仿真模型,模拟计算了不同工艺条件下轧件的变形,重点分析了横截面形状("狗骨形")变形特点和宽展变形特点,所建模型及计算结果已应用于粗轧段自动宽度控制(AWC)程序预设定值,应用效果良好.     

钢筋冷轧模型研究

提出了一种新型带肋钢筋冷轧工艺物理模型，在该模型基础上推导出满足其边值条件的数学函数关系式；利用ＦＯＲＴＲＡＮ程序对此进行了模拟计算，找出了偏心轧制运动基本规律。     

带钢热连轧过程轧制力有限元模拟

应用DEFORM-2D软件对带钢热连轧过程的轧制力进行了有限元模拟,并与宝钢轧制力模型进行了比较。模拟结果表明,有限元模型计算的轧制力与现场实测数据接近,且计算精度高于宝钢轧制力模型,该模拟对现场轧制工艺参数的调整优化有重要的参考价值。     

基于神经网络的冷连轧机轧制力预报模型

为了提高冷连轧机轧制力预报精度，提出一种解析数学模型结合神经网络校正模型的计算方法，建立冷连轧机轧制力预报模型。采用径向基函数的局部映射和全局线性映射相结合的神经网络校正模型求解带钢变形抗力和轧制变形区的摩擦因数；并采用轧制变形区离散化方法分析轧制变形区内张力、摩擦力及金属变形抗力等在带钢轧制方向上的分布规律，从而建立轧制力在线计算数学模型。现场实测数据离线仿真结果表明，采用此基于神经网络的冷连轧机轧制力预报模型预测轧制力，其预测误差小于8．9％，此模型能用于指导生产实践。     

双金属板热轧复合模拟及最小相对压下量的确定

在对复合板轧制过程中的粘合特性进行分析的基础上，采用了合理的轧制和界面假设条件，应用Marc有限元软件建立了包括上辊、双层金属在内的三维模型，对不锈钢／碳钢复合板的热轧复合过程成功的进行模拟，获得了不同相对压下量条件下，轧制变形区内应力应变的分布、界面上应力分布以及接触表面上轧制力的三维分布。在此基础上分析得出了最重要的轧制工艺参数，即不锈钢／碳钢复合板热轧复合所需的最小相对压下量，这与在某钢厂所作的生产性试验是一致的。     

轧制润滑对H型钢翼缘宽展的影响

轧制工艺润滑能有效减少轧制力,降低能耗,但是在H型钢轧制过程中引入工艺润滑造成了翼缘宽展不均、腹板偏心等缺陷。针对H型钢工艺润滑生产中遇到的问题,建立了H型钢万能轧制过程的有限元模型,对轧辊各部位不同摩擦分布情况进行了仿真模拟,深入研究了轧制润滑影响H型钢翼缘宽展的机理。通过分析不同工况条件下轧件变形区内的摩擦力分布、金属流动等因素,解释了翼缘宽展的机理并得到了翼缘宽展的规律。分析结果表明,对H型钢腹板进行轧制工艺润滑能有效减少轧制力、降低能耗;在其它工艺参数一定的情况下,翼缘宽展随翼缘及轧辊间的摩擦系数增大而减小,且基本上呈线性关系;在翼缘的二个表面中对内侧的摩擦系数更为敏感。现场工艺润滑方案设计时应充分考虑宽展对润滑轧辊不同位置时的敏感性差异。     

高韧性管线用钢试轧过程中力能参数的分析

对高韧性热轧管线用钢Ｘ６０Ｈ，Ｘ６５Ｈ试轧过程中精轧机组的力能参数进行分析，旨在为调整轧制工艺参数及扩大产品范围提供依据     

控制冷却对管线钢X65组织细化与性能的影响

在实验室φ450热轧实验机上进行了微合金管线钢X65轧后控冷工艺的研究,以便为进一步工业化生产提供可靠的实验和理论依据.通过TEM分析可知,针状铁素体组织典型的形貌为非常微细的亚结构、高位错密度以及部分细板条铁素体,基体上弥散分布着M/A岛和渗碳体.实验表明,随卷取温度的降低和冷却速度的增加,显微组织明显细化,针状铁素体体积分数增加且力学性能得到提高.因而通过控制轧后冷却制度可以实现X65铁素体-少珠光体钢的柔性化轧制,细化组织,从而显著提高力学性能,达到甚至超过X70钢的级别.     

控轧控冷工艺对X120管线钢碳氮化物析出的影响

采用不同的控轧控冷工艺研究了未再结晶区变形量、冷却速度和终冷温度等轧制工艺参数对X120管线钢碳氮化物析出的影响,并根据Orowan机制对析出相强度贡献量进行了理论估算.结果表明:轧制工艺的变化对析出相的类型与相结构没有影响;提高未再结晶区变形量主要可促进铌的析出,并有利于提高X120管线钢的屈服强度;冷却速度和终冷温度对X120管线钢碳氮化物析出的影响较小.     

X100管线钢的高温变形力学行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机对X100管线钢进行单道次压缩试验,研究其变形抗力与应变量、应变速率和变形温度的关系,利用回归分析确立合适的变形抗力数学模型,并将模型预测值与试验值进行比较。结果表明,变形温度对X100管线钢变形抗力影响显著;高温低应变速率更有利于X100管线钢回复和再结晶的发生;应变速率过高会引起非稳态变形,不利于X100管线钢轧制过程的控制;利用回归分析确定的变形抗力模型能够准确预测X100管线钢的变形抗力,相关系数为0.986。     

管线钢X65热轧变形抗力数学模型

利用热加工模拟试验机进行高温单道次、多道次压缩试验，测定了管线钢Ｘ６５在不同条件下的变形抗力。在此基础上，建立了Ｘ６５钢的高温变形抗力模型和残余应变率模型，并对残余应变现象及其影响因素和算法进行了探讨。     

大规格轴承钢棒材连轧工艺有限元模拟与分析

结合现场轧制工艺条件,采用大型非线性有限元软件对大规格轴承钢棒材连轧工艺进行数值模拟,主要分析大规格轴承钢棒材在热连轧过程中各道次等效应变场和轧制力分布情况。结果表明,大规格轴承钢棒材在各道次轧制过程中的变形区域主要集中在轧件的表层,芯部等效应变较小;各道次之间轧制力急剧变化不利于轧制工艺的改善,同时也会对轧制设备提出更高的要求;各道次轧制力分布不均匀主要是由现场轧制工艺规程中各道次轧件压下量分配不当造成的。     

热连轧机轧制力和轧制力矩模型研究

研究了一种适用于热连轧机的新型高精度轧制力和轧制力矩模型,建立了一个轧制力功系数和轧制力矩功系数的新型指数公式,将两个系数的表达式统一起来,仅含"压下率"和"压扁半径与出口厚度之比"两个影响因子,形式简洁,物理意义明显.给出了新型指数公式中待定参数的确定方法,求得的待定参数值对不同钢种和不同精轧机架具有通用性.预测实践表明,新型轧制力和轧制力矩模型提高了热连轧过程中轧制力和轧制力矩的预报精度,可用于热轧板带生产线精轧机架的在线控制.     

V-N微合金化X80抗大变形管线钢的组织与力学性能

通过热模拟试验机研究了V-N微合金钢过冷奥氏体动态连续冷却相变行为,设计了V-N微合金化X80抗大变形管线钢的轧制与冷却工艺参数并分析了组织和力学性能的关系.结果表明,动态CCT曲线出现高温转变区和中温转变区分离的现象,转变温度范围分别是637~728℃和441~601℃,当冷速为10~20℃/s时,形成针状铁素体为主的组织.V-N微合金化管线钢组织以多边形铁素体和针状铁素体为主,屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率和-20℃夏比冲击功分别为603MPa,724MPa,11.1%和214J,满足API Spec 5L对X80管线钢的力学性能要求,同时具有好的强塑性匹配.     

X80管线钢的组织与性能研究

利用光学显微镜、扫描电镜、透射电子显微镜等对X80级别管线钢的组织与性能进行了研究.实验结果表明,通过控轧控冷工艺轧制的16 mm厚的X80管线钢的屈服强度达到670 MPa以上时,其屈强比低于0.85,韧脆转变温度低于-60℃,达到了很好的强韧性匹配.细化的针状铁素体有效地改善了实验钢的强度及韧性.X80管线钢中存在两种典型的析出物,一种以Nb,Ti(CN)为主,尺寸较大(50~200 nm);另一种以NbC为主,尺寸细小(小于30 nm).这些纳米级析出物对钢的组织细化和强化起到了重要作用.