热轧工艺对低合金釉化用钢组织和力学性能影响的研究

发布时间：2017-08-11 02:20

  本文关键词：热轧工艺对低合金釉化用钢组织和力学性能影响的研究

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【摘要】：本课题的研究对象是生产热水器内胆所用的釉化用钢,由于内胆在工作时要承受一定的温度和压力,对生产内胆的低碳钢的屈服强度有一定要求。釉化用钢在釉化烧结过程中,性能会相应地发生变化。热轧工艺对釉化用钢轧制态和釉化烧结后的性能有重要影响。本文采用实验和有限元模拟相结合的方法,对相同成分、不同热轧工艺的釉化用钢进行研究;基于实验和有限元模拟的结果分析了釉化用钢热轧工艺参数、显微组织和力学性能之间的关系。主要的研究结果如下：通过对不同热轧工艺的釉化用钢的显微组织和力学性能的对比分析可以发现,采用应变诱导铁素体相变(DSIT)的轧制工艺,控制后三道次在Ar3温度附近轧制的钢板在热处理后仍可以获得相对较细小的晶粒和高强度。这是由于应变诱导铁素体相变的临界形核尺寸比一般奥氏体-铁素体相变的尺寸小。在轧制过程中,钢板多次经历应变诱导铁素体相变和铁素体逆变为奥氏体的过程,获得更加细小的铁素体晶粒的同时,也可以使应变能得到释放,避免残余应变能造成热处理后晶粒的长大,获得较高的强度。研究还发现,适当提高轧后冷却过程的降温幅度、降低终冷温度、提高冷却速度可以避免在轧后降温过程中的晶粒长大。4#钢板采用DSIT热轧工艺,控制控制后三道次的开轧温度均为840±10℃：轧后冷却过程的降温幅度为340℃-360℃；终冷温度为440℃-460℃；冷却速度为21℃/s-23℃/s,热处理前后晶粒尺寸均为约6μm左右,热处理后屈服强度从370MPa提高到380MPa-390MPa,性能与连铸连轧工艺生产的钢板性能相近。通过实验和有限元模拟结果发现,当轧件与轧辊之间的热传导系数为5～10kw/m2·k,轧件与环境之间的热交换系数为0.02～0.05kw/m2·k时,轧制的板形、最大轧制力和开轧温度的模拟结果和实验结果吻合良好。轧制力随轧制温度的降低而增大；随道次压下率的增大而增大；随轧制速度的变化相对不明显。DSIT热轧工艺的后三道次的轧制力是前三道次的2-3倍。因此,在采用控制轧制工艺时,制定轧制温度和道次压下率应考虑避免轧制力超过轧机最大所能承受的力,保护工作辊表面不受损伤。DSIT热轧工艺的钢板在第四道次开轧前,轧件心部温度比表面温度高25℃以上；第四道次轧制后,轧件心部温度和轧件表面温度逐渐趋于一致。后三道次轧制时,钢板均出现600℃左右的温度回升,导致后三道次轧制时的温度高于实际设定温度。因此,将后三道次的开轧温度设为略低于Ar3温度的钢板可比开轧温度略高于Ar3温度的钢板获得更细小均匀的晶粒和更高的强度。模拟结果还发现,单道次压下率超过60%时,轧制过程相对不稳定,有造成轧件开裂、破损的可能性,同时有可能损伤工作辊表面。轧制速度低于750mm/s时,轧制时应力波动幅度相对较大,轧件表面的温降幅度相对较大,轧制过程相对不稳定。
【关键词】：釉化用钢 热轧 显微组织 力学性能 有限元模拟
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335.11;TG142.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 釉化用钢概述9-11
• 1.2.1 釉化用钢的发展与种类9-10
• 1.2.2 釉化用钢的显微组织10-11
• 1.2.3 釉化用钢的性能要求11
• 1.3 釉化用钢的强化机制11-13
• 1.4 釉化用钢热轧工艺13-16
• 1.4.1 钢板轧制工艺的国内外研究进展13-14
• 1.4.2 釉化用钢的热轧工艺14-16
• 1.5 轧制过程有限元数值模拟16-19
• 1.5.1 有限元法概述16-17
• 1.5.2 轧制过程有限元数值模拟研究现状17-18
• 1.5.3 DEFORM软件介绍18-19
• 1.6 本课题研究目的和内容19-21
• 第二章 实验材料和实验方法21-29
• 2.1 实验研究路线21-22
• 2.2 实验材料22
• 2.3 轧制设备和热处理设备22-23
• 2.3.1 轧制设备22
• 2.3.2 热处理设备22-23
• 2.4 热轧工艺流程及参数23-24
• 2.5 热处理工艺流程及参数24-25
• 2.6 显微组织观察及力学性能测试25-27
• 2.6.1 显微组织观察25
• 2.6.2 晶粒尺寸测量25-26
• 2.6.3 力学性能测试26-27
• 2.7 热机械分析实验27
• 2.8 轧制过程有限元计算分析27-29
• 第三章 热轧工艺对釉化用钢显微组织和力学性能的影响29-45
• 3.1 轧制工艺的影响29-41
• 3.1.1 成分和热轧工艺参数29-31
• 3.1.2 显微组织和力学性能31-41
• 3.2 卷取工艺的影响41-43
• 3.3 本章小结43-45
• 第四章 釉化用钢热轧工艺的有限元模拟45-64
• 4.1 热轧过程有限元模型的建立45-49
• 4.1.1 几何模型45-46
• 4.1.2 材料模型和材料特性参数46-48
• 4.1.3 初始条件和边界条件48-49
• 4.1.4 热轧模拟的基本假设49
• 4.2 DSIT热轧过程的有限元模拟与分析49-57
• 4.2.1 板形49-51
• 4.2.2 轧制力51-52
• 4.2.3 等效应变场和等效应力场52-54
• 4.2.4 温度场54-57
• 4.3 轧制压下率的影响57-59
• 4.3.1 压下率对轧制力的影响57
• 4.3.2 压下率对等效应力场的影响57-59
• 4.3.3 压下率对温度场的影响59
• 4.4 轧制速度的影响59-62
• 4.4.1 轧制速度对轧制力的影响60
• 4.4.2 轧制速度对等效应力场的影响60-61
• 4.4.3 轧制速度对温度场的影响61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第五章 结论64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 硕士期间发表的学术论文71

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本文编号：653794