低碳钢热轧计算机模拟及工艺优化研究

发布时间：2017-09-06 22:15

  本文关键词：低碳钢热轧计算机模拟及工艺优化研究

  更多相关文章： 棒材轧制 热压缩 正交试验 数值模拟

【摘要】：近年来,随着我国经济建设的不断发展,对钢材的应用越来越广泛,其中轧钢技术是我国钢铁材料成型的主要方法之一。在钢铁行业中,冶炼钢的90%以上都是通过轧制工艺来生产所需的钢材,其被广泛应用于汽车、建筑、能源、交通、机械制造用构件等国民经济支柱产业。因而在日趋激烈的市场竞争下开拓市场,就需要开发新工艺来不断提升产品的质量和力学性能。目前,相比于传统的分析手段应用计算机模拟技术对轧制全过程的仿真,可实现对棒材产品的可制造性和产品质量的预报,可以节省大量的资源。因此,本课题基于此背景以棒线材20A钢为研究对象,针对某钢铁厂实际轧制生产中存在的棒材尺寸精度、力学性能及产品质量等问题进行了系统的研究,所做工作如下:(1)20A钢本构模型及动态再结晶模型的理论研究,通过对试样在不同变形条件下应用G1500-leeble热模拟试验机进行压缩实验得到材料的真应力-应变曲线,并分析变形条件对流动应力的影响规律,最终建立材料的高温本构模型及动态再结晶模型,为后续轧制过程的模拟及分析提供理论基础;(2)轧辊孔型的优化设计,根据实际工厂生产提供的理论数据,结合轧制孔型设计的相关理论合理设计热连轧椭圆-圆轧辊孔型参数;(3)Deform-3D软件自带材料数据库的二次开发及UG三维建模,将建立的材料理论模型及材料的热物性参数添加到数据库中,根据设计的轧辊孔型在UG软件平台下进行三维建模;(4)通过设计正交试验,优化轧制工艺参数,应用刚塑有限元仿真技术,分析了不同轧制工艺条件下坯料的成形过程,得到了热轧阶段应力场、等效应变场、温度场、金属流动情况及晶粒尺寸演变情况,从而获得了优化的工艺参数;(5)轧制物理实验验证,通过将优化后的工艺方案进行轧制实验,在得到的热轧20A钢棒材进行取样,做相关的性能检测和试验,包括:外形尺寸检测、硬度测试、端面形貌及微观组织的观察,并与有限元模拟及仿真进行比较。将数值模拟结果与实验结果比较得出如下结论:利用有限元数值模拟技术可准确地模拟和仿真棒材轧制全过程,优化轧制工艺参数和轧辊,并能有效地缩短工艺开发周期,降低生产成本,降低产品开发风险,为轧钢厂提高产品质量,科学的制定轧制工艺和模具设计提供了良好的基础。具有较高的科学价值和实用价值。
【关键词】：棒材轧制 热压缩 正交试验 数值模拟
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 线棒材轧制国内外研究现状11-16
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-16
• 1.3 课题研究的内容、意义及方案16-19
• 1.3.1 研究内容16
• 1.3.2 研究意义16-17
• 1.3.3 研究方案17-19
• 第2章 轧辊孔型设计及有限元基本理论19-32
• 2.1 棒材连轧孔型系统设计19-22
• 2.1.1 连续轧制的定义19-20
• 2.1.2 连轧孔型设计内容及基本原则20-22
• 2.2 棒材连轧孔型设计中的宽展模型22-23
• 2.3 轧制力能参数模型23-27
• 2.3.1 轧制压力模型23-25
• 2.3.2 轧制力矩的数学模型25-26
• 2.3.3 轧制温度的数学模型26-27
• 2.4 刚塑性有限元理论简介27-30
• 2.4.1 有限元法概述27
• 2.4.2 刚塑性有限元法27-30
• 2.5 有限元软件介绍30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 20A钢的高温热压缩实验研究及模型建立32-47
• 3.1 前言32
• 3.2 实验材料与方案32-34
• 3.2.1 实验材料32-33
• 3.2.2 实验设备33-34
• 3.2.3 实验方案34
• 3.3 实验结果与分析34-36
• 3.3.1 20A钢应力应变曲线34-35
• 3.3.2 结果与分析35-36
• 3.4 20A钢热塑性变形的应力-应变本构模型研究36-45
• 3.4.1 动态再结晶激活能36-40
• 3.4.2 流变应力模型的验证40
• 3.4.3 应变模型40-43
• 3.4.4 动态再结晶模型43-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 20A钢大棒材轧制过程数值模拟及工艺优化47-70
• 4.1 引言47
• 4.2 实验轧机孔型系统及有限元模型建立47-51
• 4.2.1 轧制孔型系统的确定47-48
• 4.2.2 轧制初始条件的确定48
• 4.2.3 轧制三维模型的建立48-49
• 4.2.4 轧制模拟参数的设定49-50
• 4.2.5 轧制模型网格的划分50
• 4.2.6 轧制模型边界条件的设定50-51
• 4.3 Deform-3D有限元软件材料数据库的建立51-54
• 4.3.1 材料的化学成分及其物性参数51
• 4.3.2 Deform-3D中 20A钢材料数据库的开发51-54
• 4.4 轧制过程工艺参数的优化54-58
• 4.4.1 试验方案的设计54-55
• 4.4.2 试验结果统计及分析55-58
• 4.5 棒材轧制成形模拟及结果分析58-68
• 4.5.1 优化后的模型及参数的设定58
• 4.5.2 轧制模拟结果分析58-66
• 4.5.3 棒材微观组织晶粒尺寸的演变规律66-68
• 4.6 本章小结68-70
• 第5章 物理实验验证70-77
• 5.1 前言70
• 5.2 实验材料及方案70-71
• 5.2.1 实验材料及棒材性能要求70
• 5.2.2 实验方案70-71
• 5.3 实验结果分析71-75
• 5.3.1 尺寸形状分析71-72
• 5.3.2 硬度分析72-73
• 5.3.3 端面形貌及显微结构分析73-75
• 5.4 本章小结75-77
• 第6章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 喻海良,刘相华,李长生;多道次立-平辊轧制轧件角部金属流动状态有限元模拟[J];东北大学学报;2005年10期

2 洪慧平,康永林,冯长桃,陈溪强,韩畴;连轧大规格合金芯棒钢三维热力耦合模拟仿真[J];钢铁;2002年10期

，

本文编号：805744