直接切削用非调质钢大棒材控乳控冷过程数值模拟研究
发布时间：2022-08-09 11:14
特殊钢属于高附加值、高技术含量的钢种,它是衡量一个国家是否为钢铁强国的重要标志。直接切削用非调质钢作为一种典型的特殊钢,具有节能环保、生产周期短、性价比高等优点,拥有广阔的市场前景。然而,我国对该钢种的研究还严重匮乏,其生产过程中的微观组织演变规律还不明确,该钢种大棒材产品还存在生产效率低、控冷工艺差、产品质量不足等问题。为此,本论文以直接切削用非调质钢大棒材为研究对象,设计了适用于大棒材生产的控冷工艺,并通过以数值模拟为主和适量实验验证的方法,对该钢种大棒材控轧控冷全过程进行了研究,为提高直接切削用非调质钢大棒材生产效率和产品质量提供了理论和应用依据。具体内容和结论包括以下几个方面:1.为了研究直接切削用非调质钢SG4201在热加工过程中的微观组织演变规律,本文利用Gleeble1500热力模拟试验机对该钢种进行了物理模拟实验。系统地研究了该钢种的晶粒长大行为、动态再结晶行为、亚动态再结晶行为和静态再结晶行为,并相应的建立了能够描述该钢种晶粒长大和再结晶行为的数学模型。利用Formastor-FII相变测定试验机测量了直接切削用非调质钢SG4201的等温转变曲线,得到了该钢种不同等温...
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 非调质钢介绍
1.3 直接切削用非调质钢介绍
1.4 轧制过程数值模拟研究现状
1.5 棒材控轧控冷过程研究现状
1.6 本文主要研究内容和研究思路
2 控轧控冷过程有限元数值模拟基本理论
2.1 引言
2.2 有限元基本原理
2.3 传热学和弹塑性力学基本理论
2.3.1 热传导问题及有限元方程
2.3.2 弹塑性力学问题及有限元方程
2.3.3 热-力耦合过程计算
2.4 控轧过程奥氏体晶粒演变基本理论
2.4.1 再结晶及晶粒长大概述
2.4.2 再结晶及晶粒长大模型
2.5 控冷过程奥氏体等温转变基本理论
2.6 本章小结
3 直接切削用非调质钢SG4201奥氏体晶粒演变及等温转变实验研究
3.1 引言
3.2 动态再结晶行为研究
3.2.1 实验方案
3.2.2 实验结果
3.2.3 动态再结晶动力学模型
3.2.4 动态再结晶晶粒尺寸模型
3.3 亚动态再结晶行为研究
3.3.1 实验方案
3.3.2 实验结果
3.3.3 亚动态再结晶动力学及晶粒尺寸模型
3.4 静态再结晶行为研究
3.4.1 实验方案
3.4.2 实验结果
3.4.3 静态再结晶动力学及晶粒尺寸模型
3.5 晶粒长大行为研究
3.5.1 实验方案
3.5.2 实验结果
3.5.3 晶粒长大模型
3.6 等温转变行为研究
3.6.1 实验方案
3.6.2 实验结果
3.7 本章小结
4 直接切削用非调质钢SG4201大棒材控轧过程数值模拟
4.1 引言
4.2 SG4201大棒材控轧过程有限元模型
4.2.1 实际生产线布局
4.2.2 几何模型及有限元网格
4.2.3 初始条件和边界条件
4.2.4 奥氏体晶粒度计算
4.2.5 数据传递技术
4.3 Φ90mm大棒材控轧过程数值模拟结果
4.3.1 Φ90mm大棒材温度分布与演变
4.3.2 Φ90mm大棒材应变分布与演变
4.3.3 Φ90mm大棒材应变速率分布与演变
4.3.4 Φ90mm大棒材轧制力变化
4.3.5 Φ90mm大棒材再结晶分布与演变
4.3.6 Φ90mm大棒材晶粒尺寸分布与演变
4.4 Φ140mm大棒材控轧过程数值模拟结果
4.4.1 Φ140mm大棒材控轧过程温度分布与演变
4.4.2 Φ140mm大棒材控轧过程再结晶分布与演变
4.4.3 Φ140mm大棒材控轧过程晶粒尺寸分布与演变
4.5 Φ100-180mm大棒材控轧过程数值模拟结果
4.6 SG4201大棒材控轧过程数值模拟结果实验验证
4.7 本章小结
5 直接切削用非调质钢SG4201大棒材控冷过程工艺设计与数值模拟
5.1 引言
5.2 SG4201大棒材控冷过程工艺设计
5.3 SG4201大棒材控冷过程有限元模型
5.3.1 实际生产线布局
5.3.2 几何模型及有限元网格
5.3.3 初始条件及边界条件
5.3.4 控冷过程奥氏体等温转变模拟
5.3.5 大棒材穿水冷却工艺与换热系数关系研究
5.4 Φ110mm大棒材控冷过程数值模拟结果
5.4.1 Φ110mm大棒材温度分布与演变
5.4.2 Φ110mm大棒材组织分布与演变
5.5 Φ140mm大棒材控冷过程数值模拟结果
5.5.1 Φ140mm大棒材温度分布与演变
5.5.2 Φ140mm大棒材组织分布与演变
5.6 Φ90-180mm大棒材控冷过程数值模拟结果
5.7 SG4201大棒材控冷过程数值模拟结果实验验证
5.8 本章小结
6 直接切削用非调质钢SG4201大棒材控轧控冷过程工艺优化
6.1 引言
6.2 SG4201大棒材控轧过程工艺优化
6.2.1 SG4201大棒材控轧过程存在问题
6.2.2 SG4201大棒材控轧过程工艺优化方案
6.2.3 SG4201大棒材控轧过程不同优化工艺效果对比
6.2.4 SG4201不同规格大棒材控轧过程优化效果
6.3 SG4201大棒材控冷过程工艺优化
6.3.1 SG4201大棒材控冷过程存在问题
6.3.2 SG4201大棒材控冷过程工艺优化方案
6.3.3 SG4201大棒材控冷过程优化效果对比
6.3.4 SG4201不同规格大棒材控冷过程优化效果
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点摘要
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]连铸板坯轧制过程缩孔闭合行为的数值模拟[J]. 汤磊,张炯明,翟明智. 炼钢. 2018(04)
[2]基于数值模拟的低碳钢热轧金属流动规律研究[J]. 单慧云,张驰,白梅,汪舜. 重庆理工大学学报(自然科学). 2017(07)
[3]控轧控冷工艺对900 MPa级热轧带钢组织和性能的影响[J]. 李正荣. 钢铁钒钛. 2017(03)
[4]L形截面环件径轴向轧制过程数值模拟与工艺优化[J]. 顾森东,张立文,张驰,申文飞,徐倩虹. 锻压技术. 2017(05)
[5]Microstructural Evolution of Nb–V–Mo and V Containing TRIP-assisted Steels during Thermomechanical Processing[J]. Erfan Abbasi,William Mark Rainforth. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2017(04)
[6]非调质钢36MnVS6轧后控冷对组织与性能的影响[J]. 甘伟. 金属热处理. 2016(10)
[7]Static Recrystallization Behavior of SA508-III Steel during Hot Deformation[J]. Ding-qian DONG,Fei CHEN,Zhen-shan CUI. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(05)
[8]我国特殊钢行业的现状及发展趋势[J]. 谢元林. 特钢技术. 2016(01)
[9]控制冷却对中碳高钒非调质钢组织性能的影响[J]. 陈思联,惠卫军,邵成伟,赵晓丽,董瀚. 钢铁. 2015(08)
[10]Effects of cooling rate and Al on MnS formation in medium-carbon non-quenched and tempered steels[J]. Meng-long Li,Fu-ming Wang,Chang-rong Li,Zhan-bing Yang,Qing-yong Meng,and Su-fen Tao. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2015(06)
博士论文
[1]三维曲面件连续柔性轧制成形工艺及其数值模拟研究[D]. 伦凤艳.吉林大学 2017
[2]特殊钢大尺寸棒材往复热轧过程数值模拟与工艺优化[D]. 顾森东.大连理工大学 2015
[3]异形环件热轧制过程数值建模方法与实验研究[D]. 孟文.山东大学 2015
[4]3104铝合金热轧过程有限元分析及应用[D]. 康煜华.中南大学 2011
[5]微合金非调质钢热变形行为与组织性能研究[D]. 赵阳.东北大学 2011
[6]大棒材产品孔隙性缺陷形成机理及控制研究[D]. 黄永建.燕山大学 2010
[7]棒线材轧制过程多场耦合数值模拟与工艺优化[D]. 岳重祥.大连理工大学 2010
[8]高强度线材热加工的组织演变和性能预报系统研究[D]. 张云祥.华中科技大学 2010
[9]GH4169合金热连轧过程的数值模拟与工艺研究[D]. 隋凤利.东北大学 2009
硕士论文
[1]径轴向环件轧制成形过程数值模拟研究[D]. 陈鹏.南昌航空大学 2018
[2]大规格棒材轧制变形渗透性研究[D]. 丁朝晖.安徽工业大学 2016
[3]钛合金棒线材轧制过程分析及参数优化[D]. 王东.燕山大学 2016
[4]Φ150 SAE4137大棒材轧制工艺优化研究[D]. 郝震宇.安徽工业大学 2014
[5]轴承钢穿水冷却工艺优化研究[D]. 任洪敏.安徽工业大学 2014
[6]F45V非调质钢热锻造过程微观组织演变模型及均匀性优化研究[D]. 马文龙.青岛理工大学 2013
[7]大棒材连轧过程微观组织不均匀性研究[D]. 李男帅.燕山大学 2013
[8]贝氏体型冷作强化非调质钢的应用性能[D]. 杨金峰.昆明理工大学 2011
[9]AZ31镁合金板材轧制过程的有限元模拟与工艺研究[D]. 颜亮.湖南大学 2010
[10]轴承钢棒线材控轧控冷工艺研究[D]. 池武.上海交通大学 2009
本文编号：3672460
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 非调质钢介绍
1.3 直接切削用非调质钢介绍
1.4 轧制过程数值模拟研究现状
1.5 棒材控轧控冷过程研究现状
1.6 本文主要研究内容和研究思路
2 控轧控冷过程有限元数值模拟基本理论
2.1 引言
2.2 有限元基本原理
2.3 传热学和弹塑性力学基本理论
2.3.1 热传导问题及有限元方程
2.3.2 弹塑性力学问题及有限元方程
2.3.3 热-力耦合过程计算
2.4 控轧过程奥氏体晶粒演变基本理论
2.4.1 再结晶及晶粒长大概述
2.4.2 再结晶及晶粒长大模型
2.5 控冷过程奥氏体等温转变基本理论
2.6 本章小结
3 直接切削用非调质钢SG4201奥氏体晶粒演变及等温转变实验研究
3.1 引言
3.2 动态再结晶行为研究
3.2.1 实验方案
3.2.2 实验结果
3.2.3 动态再结晶动力学模型
3.2.4 动态再结晶晶粒尺寸模型
3.3 亚动态再结晶行为研究
3.3.1 实验方案
3.3.2 实验结果
3.3.3 亚动态再结晶动力学及晶粒尺寸模型
3.4 静态再结晶行为研究
3.4.1 实验方案
3.4.2 实验结果
3.4.3 静态再结晶动力学及晶粒尺寸模型
3.5 晶粒长大行为研究
3.5.1 实验方案
3.5.2 实验结果
3.5.3 晶粒长大模型
3.6 等温转变行为研究
3.6.1 实验方案
3.6.2 实验结果
3.7 本章小结
4 直接切削用非调质钢SG4201大棒材控轧过程数值模拟
4.1 引言
4.2 SG4201大棒材控轧过程有限元模型
4.2.1 实际生产线布局
4.2.2 几何模型及有限元网格
4.2.3 初始条件和边界条件
4.2.4 奥氏体晶粒度计算
4.2.5 数据传递技术
4.3 Φ90mm大棒材控轧过程数值模拟结果
4.3.1 Φ90mm大棒材温度分布与演变
4.3.2 Φ90mm大棒材应变分布与演变
4.3.3 Φ90mm大棒材应变速率分布与演变
4.3.4 Φ90mm大棒材轧制力变化
4.3.5 Φ90mm大棒材再结晶分布与演变
4.3.6 Φ90mm大棒材晶粒尺寸分布与演变
4.4 Φ140mm大棒材控轧过程数值模拟结果
4.4.1 Φ140mm大棒材控轧过程温度分布与演变
4.4.2 Φ140mm大棒材控轧过程再结晶分布与演变
4.4.3 Φ140mm大棒材控轧过程晶粒尺寸分布与演变
4.5 Φ100-180mm大棒材控轧过程数值模拟结果
4.6 SG4201大棒材控轧过程数值模拟结果实验验证
4.7 本章小结
5 直接切削用非调质钢SG4201大棒材控冷过程工艺设计与数值模拟
5.1 引言
5.2 SG4201大棒材控冷过程工艺设计
5.3 SG4201大棒材控冷过程有限元模型
5.3.1 实际生产线布局
5.3.2 几何模型及有限元网格
5.3.3 初始条件及边界条件
5.3.4 控冷过程奥氏体等温转变模拟
5.3.5 大棒材穿水冷却工艺与换热系数关系研究
5.4 Φ110mm大棒材控冷过程数值模拟结果
5.4.1 Φ110mm大棒材温度分布与演变
5.4.2 Φ110mm大棒材组织分布与演变
5.5 Φ140mm大棒材控冷过程数值模拟结果
5.5.1 Φ140mm大棒材温度分布与演变
5.5.2 Φ140mm大棒材组织分布与演变
5.6 Φ90-180mm大棒材控冷过程数值模拟结果
5.7 SG4201大棒材控冷过程数值模拟结果实验验证
5.8 本章小结
6 直接切削用非调质钢SG4201大棒材控轧控冷过程工艺优化
6.1 引言
6.2 SG4201大棒材控轧过程工艺优化
6.2.1 SG4201大棒材控轧过程存在问题
6.2.2 SG4201大棒材控轧过程工艺优化方案
6.2.3 SG4201大棒材控轧过程不同优化工艺效果对比
6.2.4 SG4201不同规格大棒材控轧过程优化效果
6.3 SG4201大棒材控冷过程工艺优化
6.3.1 SG4201大棒材控冷过程存在问题
6.3.2 SG4201大棒材控冷过程工艺优化方案
6.3.3 SG4201大棒材控冷过程优化效果对比
6.3.4 SG4201不同规格大棒材控冷过程优化效果
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点摘要
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]连铸板坯轧制过程缩孔闭合行为的数值模拟[J]. 汤磊,张炯明,翟明智. 炼钢. 2018(04)
[2]基于数值模拟的低碳钢热轧金属流动规律研究[J]. 单慧云,张驰,白梅,汪舜. 重庆理工大学学报(自然科学). 2017(07)
[3]控轧控冷工艺对900 MPa级热轧带钢组织和性能的影响[J]. 李正荣. 钢铁钒钛. 2017(03)
[4]L形截面环件径轴向轧制过程数值模拟与工艺优化[J]. 顾森东,张立文,张驰,申文飞,徐倩虹. 锻压技术. 2017(05)
[5]Microstructural Evolution of Nb–V–Mo and V Containing TRIP-assisted Steels during Thermomechanical Processing[J]. Erfan Abbasi,William Mark Rainforth. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2017(04)
[6]非调质钢36MnVS6轧后控冷对组织与性能的影响[J]. 甘伟. 金属热处理. 2016(10)
[7]Static Recrystallization Behavior of SA508-III Steel during Hot Deformation[J]. Ding-qian DONG,Fei CHEN,Zhen-shan CUI. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(05)
[8]我国特殊钢行业的现状及发展趋势[J]. 谢元林. 特钢技术. 2016(01)
[9]控制冷却对中碳高钒非调质钢组织性能的影响[J]. 陈思联,惠卫军,邵成伟,赵晓丽,董瀚. 钢铁. 2015(08)
[10]Effects of cooling rate and Al on MnS formation in medium-carbon non-quenched and tempered steels[J]. Meng-long Li,Fu-ming Wang,Chang-rong Li,Zhan-bing Yang,Qing-yong Meng,and Su-fen Tao. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2015(06)
博士论文
[1]三维曲面件连续柔性轧制成形工艺及其数值模拟研究[D]. 伦凤艳.吉林大学 2017
[2]特殊钢大尺寸棒材往复热轧过程数值模拟与工艺优化[D]. 顾森东.大连理工大学 2015
[3]异形环件热轧制过程数值建模方法与实验研究[D]. 孟文.山东大学 2015
[4]3104铝合金热轧过程有限元分析及应用[D]. 康煜华.中南大学 2011
[5]微合金非调质钢热变形行为与组织性能研究[D]. 赵阳.东北大学 2011
[6]大棒材产品孔隙性缺陷形成机理及控制研究[D]. 黄永建.燕山大学 2010
[7]棒线材轧制过程多场耦合数值模拟与工艺优化[D]. 岳重祥.大连理工大学 2010
[8]高强度线材热加工的组织演变和性能预报系统研究[D]. 张云祥.华中科技大学 2010
[9]GH4169合金热连轧过程的数值模拟与工艺研究[D]. 隋凤利.东北大学 2009
硕士论文
[1]径轴向环件轧制成形过程数值模拟研究[D]. 陈鹏.南昌航空大学 2018
[2]大规格棒材轧制变形渗透性研究[D]. 丁朝晖.安徽工业大学 2016
[3]钛合金棒线材轧制过程分析及参数优化[D]. 王东.燕山大学 2016
[4]Φ150 SAE4137大棒材轧制工艺优化研究[D]. 郝震宇.安徽工业大学 2014
[5]轴承钢穿水冷却工艺优化研究[D]. 任洪敏.安徽工业大学 2014
[6]F45V非调质钢热锻造过程微观组织演变模型及均匀性优化研究[D]. 马文龙.青岛理工大学 2013
[7]大棒材连轧过程微观组织不均匀性研究[D]. 李男帅.燕山大学 2013
[8]贝氏体型冷作强化非调质钢的应用性能[D]. 杨金峰.昆明理工大学 2011
[9]AZ31镁合金板材轧制过程的有限元模拟与工艺研究[D]. 颜亮.湖南大学 2010
[10]轴承钢棒线材控轧控冷工艺研究[D]. 池武.上海交通大学 2009
本文编号：3672460
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3672460.html
