基于密集冷却工艺的700 MPa级高强带钢减小残余应力研究

目前密集冷却工艺已广泛用于生产高强度带钢,但是该技术冷却速率较快的特点易造成带钢冷却不均匀等问题,导致带钢残余应力过大,进而产生边浪等板形缺陷。本文利用有限元方法,使用ABAQUS有限元软件建立某700 MPa级高强度带钢在密集冷却工艺下的模型,实现温度-相变-应力耦合计算,并进行多个实验验证了模型的准确性。通过修改有限元模型边界条件和初始条件,研究边部遮挡和初始温差对带钢层流冷却阶段产生的残余应力分布的影响规律。对于减小带钢层流冷却过程中产生的残余应力,减小带钢进入层流冷却前的初始温差更加有效。本研究成果经过现场试验验证,可靠性较高,可用于指导该种类型高强带钢生产,以减少带钢的残余应力,提高带钢板形质量。     

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.     

卷取后冷却速度对高强度热轧带钢组织的影响

采用拉伸实验、电镜观察、能谱分析和硬度测试等方法,研究了700MPa级高强度钢热轧钢卷组织性能分布不均的特点,对造成其组织性能不均的原因进行了分析. 结果表明,钢卷纵向力学性能分布不均,分布规律为成卷后钢卷的中部>内部>外部,内部和外部相差不大. 沿钢卷纵向,中部试样和外部试样的金相组织、碳氮化物析出状态均存在着明显差异,这是造成钢卷力学性能不均的主要原因. 卷取后的冷却速度对金相组织、碳氮化物析出状态有着重要影响.     

热轧带钢轧后冷却控制系统优化

为提高热轧带钢超快冷出口温度和卷取温度控制精度,针对超快冷生产调试过程中出现的问题,对轧后冷却控制系统进行了优化.针对超快冷出口纵向温度偏差较大的问题,提出超快冷换热系数多点自学习方法;采用有限差分方法,分析带钢超快速冷却后的返红现象,并在此基础上提出一种超快冷出口返红补偿方法;提出了对进入冷却区的带钢样本段进行温度再计算的方法,来消除速度波动对轧后冷却温度控制精度的影响.现场应用结果表明,优化后超快冷出口温度和卷取温度控制精度均明显提高.     

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.     

热轧带钢层流冷却温度优化控制策略研究

在热轧带钢生产过程中,卷取温度是影响成品带钢性能的重要参数之一,其精度的高低对带钢质量至关重要.为保证产品具有良好的性能,采用层流冷却装置对热轧后的板带进行冷却控制,喷水系统的设定是层流冷却过程控制的关键.在冷却过程中带钢的温度不能在线连续检测,其过程具有强非线性和时变性,而且在冷却过程中存在相变,因此难以建立精确的数学模型去描述这一冷却过程.随着带钢厚度,精轧出口温度和轧制速度的变化,单独的前馈/反馈控制很难满足高精度的温度控制需要.在本文的研究中,一系列层流冷却控制策略被采用,包括前馈/反馈控制,自适应算法,以及控制带钢整体温度的均匀性策略.实践应用表明这些控制策略得到很好的检验,能有效地提高卷取温度的控制精度和均匀性.     

热轧带钢层流冷却过程混合智能控制方法

现有热轧带钢层流冷却过程缺少对卷取温度的直接反馈机制,难以将卷取温度控制在一定范围内.将机理模型与案例推理智能技术相结合,提出了由冷却区喷水集管开启阀门总数预设定模型、卷取温度预报模型、前馈补偿模型与反馈补偿模型四个模块组成的混合智能控制方法,并利用某钢厂的实际运行数据进行实验研究.实验结果表明即使在工况条件频繁变化时,提出的层流冷却混合智能控制方法也能够及时、自动调整喷水集管阀门开启总数的设定值,最终将实际卷取温度控制在工艺要求的范围内,从而提高热轧带钢的组织性能.     

热轧带钢超快速冷却过程的温度控制策略

针对热轧带钢超快速冷却过程温度控制,通过建立带钢冷却过程中的空冷、水冷温降模型,采用前馈、反馈与自适应相结合的温度控制策略,提高带钢的中间温度和卷取温度的控制精度,并应用于热轧带钢生产线。应用效果表明,带钢轧后温度控制达到了较高的精度,并有效地提高了带钢的力学性能。     

热轧带钢超快速冷却过程的换热分析

采用有限差分数值计算方法,确定了热轧带钢实现超快速冷却的综合对流换热系数范围,对于厚度为3~4 mm的带钢,实现300~400℃/s超快速冷却速率所需的带钢表面对流换热范围约为(4~8)kW/(m2.K).分析了水冷过程中带钢表面的局部换热机理,认为冷却系统实现超快速冷却的关键在于扩大带钢表面射流冲击换热区的面积.温度场的计算分析表明,与层流冷却相比,超快速冷却条件下厚度方向的温度梯度显著增大,有必要在超快速冷却技术的实际应用中考虑厚度方向温度梯度的影响.     

热轧带钢层流冷却设定模型的开发与实现

分析了热轧带钢层流冷却的传热过程,基于传热过程给出了冷却控制的空冷和水冷温降计算模型,该模型为线性回归模型,不同于理论的指数温降模型,回归数据取自于现场,更具有实用性,具有模型结构简单、精度高的特点·对层流冷却的设定计算(预设定和修正设定计算)的程序实现方法进行了详细描述,讨论了层流冷却系统中的组别划分,并给出了冷却控制系统的数据流程·本系统的冷却能力强,具有较宽的冷却速率调整范围,运行情况以及使用控制效果良好,能满足现场生产以及新品种开发的要求·     

残余压应力对低合金高强钢热预应力增韧效应的影响

通过对三点弯曲预制裂纹试样在室温下 (2 0℃ )预加载 -卸载 -冷却至 - 1 96℃或 - 1 30℃下断裂 (LUCF) ,以及加载 -冷却至 - 1 96℃或 - 1 30℃下卸载 -断裂 (LCUF)的预应力循环试验 ,测定了其宏微观力学参数并计算了裂纹尖端应力、应变和三向应力度的分布 ,模拟了在相同裂纹钝化半径下没有残余压应力的直接冷却断裂行为 (CF)与有残余压应力的 WPS循环 (LUCF)的断裂行为并进行比较 ,研究了残余压应力对低合金高强钢预裂纹试样 WPS增韧效应的影响 .结果表明 :残余压应力对低温断裂韧性的提高在不同的终断温度下的作用不同 ,- 1 96℃下断裂时有增韧作用 ,其作用是抵消了一部分低温断裂再加载时的正应力 .同时 ,残余压应力通过减缓三向应力度随外载增加而增加的速度对 - 1 96℃断裂时的增韧起作用 .- 1 30℃下残余压应力作用不明显 ,并且对低温断裂时裂纹的钝化有拘束作用 .     

回火工艺对热轧高强贝氏体钢轨组织和力学性能的影响

本文研究了不同回火工艺条件下热轧态U25CrNi高强贝氏体钢轨的组织与力学性能变化。结果表明,试验钢热轧态和回火组织均由贝氏体、马氏体和残余奥氏体构成。当回火条件为300℃×200min时,试验钢中部分残余奥氏体发生贝氏体相变,钢的各项力学性能变化不大;当回火温度升至400℃时,试验钢中残余奥氏体体积分数较大,碳化物析出量较少,内应力进一步释放,试验钢的延伸率和冲击吸收功达到最大值,同温度下延长回火时间至360min,钢中碳化物颗粒析出增多,延伸率和冲击性能明显降低;当回火温度为500℃时,试验钢中贝氏体铁素体明显粗化,并伴随大量碳化物颗粒析出,残余奥氏体大量分解,出现了回火脆性。综合考虑,U25CrNi热轧高强贝氏体钢轨的最佳回火工艺为400℃×200min。     

热轧带钢冷却过程奥氏体相变与温度耦合模型

为精确模拟奥氏体相变行为,建立一种新的预测模型,该模型通过考虑潜热影响的板带轧后二维温度场将相变体积分数和温度联系起来进行耦合计算.冷却过程释放的潜热通过双亚点阵模型进行计算,计算结果通过在热分析仪STA449C上进行DSC实验验证.在相同的变形条件下,热模拟实验在Gleeble-3800热力模拟试验机上进行.相变与温度耦合模型的计算结果与连续冷却相变体积分数模型的计算结果相比更接近实测结果.研究结果表明:随着碳含量的增大,潜热释放量也明显的增大,当碳含量(质量分数)高于0.45%时,潜热释放量也趋于稳定;通过对计算结果和实测数据系统的比较,证明相变与温度耦合模型的优越性和精确性,耦合模型与现有模型相比,铁素体、珠光体和贝氏体的计算结果精确度最高分别提高24.77%,21.07%和31.85%.     

氧化物夹杂对热轧带钢拉伸性能的影响

分析横向拉伸性能偏低的热轧带钢试样发现,其氧化物夹杂含量较多,且主要是沿轧制方向的带状夹杂物;其存在破坏了金属的连续性,在拉伸过程沿带状夹杂物的垂直方向会产生破裂.分析认为冶炼终点碳含量低,脱氧后钢包搅拌效果差,脱氧产物上浮不充分是其主要原因.冶炼过程中应控制好终点碳,加强脱氧操作,减少钢中的夹杂物含量,提高热轧带钢的拉伸性能.     

热轧带钢轧后冷却控制及其自学习方法

热轧带钢轧后冷却过程中卷取温度的控制精度是保证带钢表面质量和板形良好的一个关键因素,因此温度控制精度的核心是冷却过程控制模型的建立,同时新的数学模型应该具有自学习功能以提高控制精度.以此为出发点,建立了具有非线性结构特征的热轧带钢冷却过程控制的数学模型,并对新模型的自学习能力进行了研究,使该模型能够不断地修正其关键参数以提高温度控制精度,从而增强了模型的自适应性.通过对该冷却过程数学模型的现场实际应用,验证了该冷却数学模型的卷取温度控制能够达到较高的精度,为提高带钢产品质量奠定了基础.     

轧辊直径对热轧带钢凸度的影响规律

采用影响函数法开发了热轧带钢凸度影响率计算软件,研究了轧辊直径对热轧带钢凸度的影响规律,得出了四辊轧机工作辊和支撑辊直径影响率基本值的5次多项式拟合系数及工作辊直径和支撑辊直径对轧辊直径影响率的修正指数,建立了高精度轧辊直径影响率计算的数学模型,为板形控制模型参数的计算提供了理论依据·     

氧化物夹杂对热轧带钢拉伸性能的影响

分析横向拉伸性能偏低的热轧带钢试样发现,其氧化物夹杂含量较多,且主要是沿轧制方向的带状夹杂物;其存在破坏了金属的连续性,在拉伸过程沿带状夹杂物的垂直方向会产生破裂。分析认为冶炼终点碳含量低,脱氧后钢包搅拌效果差,脱氧产物上浮不充分是其主要原因。冶炼过程中应控制好终点碳,加强脱氧操作,减少钢中的夹杂物含量,提高热轧带钢的拉伸性能。     

不同淬火工艺对7075铝合金厚板残余应力的影响

对7075铝合金厚板进行固溶处理后,分别采用浸没淬火和喷淋淬火再进行预拉伸处理。运用裂纹柔度法检测2种淬火板和相应的预拉伸板内部的残余应力,研究不同淬火工艺对铝厚板残余应力产生和预拉伸后重新分布的影响。研究结果表明:淬火速率越大,铝厚板内产生的残余应力也越大,浸没淬火试样的残余压应力和残余拉应力分别比喷淋淬火试样的残余压应力和残余拉应力大60%和73.6%;经过预拉伸处理后,淬火应力得到极大消减,残余应力被控制在±20 MPa以内,满足后续加工的要求;当拉伸量为1.8%,2.2%和2.5%时,残余应力的消减效果相当。     

注塑工艺参数对塑料长尺残余应力的影响

利用Taguchi(田口)实验方法将注塑参数设计为L9实验矩阵,在不同注塑参数下进行数值模拟,找出在模具温度、熔体温度、注射速率及保压压力等工艺参数对注塑残余应力的影响程度.结果表明:所选的工艺参数对于注塑件残余应力的影响程度不一,通过优化参数可以将注塑残余应力值降低,从而达到注塑产品质量的提高.     

高强铝合金厚板淬火残余应力数值分析

采用有限元分析方法,利用deform软件模拟分析了高强铝合金厚板的淬火冷却过程。获得了高强铝合金厚板淬火温度场、应力场和变形场分布规律。并利用点跟踪技术分析了厚板内部和表面不同位置的淬火冷却曲线、平均残余应力曲线以及沿长、宽和厚方向的三个应力分量分布曲线。结果表明,板件的残余应力主要决定于X方向的残余应力分量。厚板表面X方向的残余应力分量值达到最大,最大压应力值为-135 MPa;厚板内部X方向的残余应力分量值达到最大,最大拉应力值为156 MPa.