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GCr15轴承钢棒线材热连轧过程微观组织演化的数值模拟

廖舒纶  
【摘要】: 我国在许多年以前就已经跃居为世界第一产钢大国,然而到现在,仍然不能称之为钢铁强国。在生产一些高质量、高技术含量的钢材品种方面,我国与发达国家相比仍然存在着较大的差距,许多高质量、高技术含量的钢铁产品仍然需要从发达国家进口。想要改变这种状况,我国的钢铁企业必须着力于改进生产工艺,发展高性能、高技术含量的钢铁产品。在钢铁工业生产中,轧制是一种重要的生产方式,由于轧制过程的复杂性,长期以来,其研究主要建立在经验和反复试验基础上。在制定生产工艺时,往往需要反复的试验,这无疑造成研发周期的延长和生产成本的增加。近年来,随着计算机技术与有限元方法的发展,基于有限元理论的数值模拟方法为轧制过程的研究提供了重要手段。通过对轧制过程进行数值模拟分析,可以得到轧制过程中轧件变形、温度变化、等效应变变化、等效应变率变化、组织演化等,从而为轧制工艺的优化设计提供依据。 本文开发了GCr15钢热连轧过程微观组织演化的模拟系统,以东北特钢集团φ8 mmGCr15钢棒线材热连轧过程为对象展开了数值模拟。根据实际情况,将φ8 mm GCr15钢棒线材热连轧过程分为1-26道次控制轧制阶段和轧后控制冷却阶段,并分别进行了研究,主要研究内容及结论如下: (1)在对GCr15钢热连轧过程的组织演化进行数值模拟研究前,首先需要建立GCr15钢的奥氏体晶粒演化模型。本文在Gleeble-3800热/力模拟试验机上进行了GCr15钢的晶粒长大实验、单道次压缩实验、双道次压缩实验,得到了数值模拟研究所需要的GCr15钢的奥氏体晶粒演化模型,它主要包括晶粒长大、动态再结晶、亚动态再结晶及静态再结晶模型等。 (2)采用大型商业有限元软件MSC.Marc,建立了φ8 mm GCr15钢棒线材26道次控制轧制过程的有限元模型,模拟了φ8 mm GCr15钢从出炉到精轧结束的全过程。由于受计算机速度的限制,将整个轧制过程分为几个部分分别进行模拟,分析了整个轧制过程中轧件变形、温度变化、等效应变变化、等效应变率变化等。同时,本文在Marc平台上进行二次开发,开发了GCr15钢轧制过程中的奥氏体晶粒演化子程序系统,结合GCr15钢的晶粒演化模型,对GCr15钢轧制过程的奥氏体晶粒演化进行了模拟。温度的模拟结果与测量结果吻合较好,奥氏体晶粒尺寸的模拟结果也与实验结果吻合较好。 (3)采用有限元软件MSC.Marc,建立了GCr15钢轧后控制冷却过程的有限元模型,在Marc平台上进行二次开发,开发了轧后冷却过程中GCr15钢奥氏体组织转变子程序系统,与GCr15钢控制冷却过程的有限元模型耦合进行计算。该子程序系统中结合了GCr15钢的TTT曲线,考虑了相变潜热的影响,模拟得到了GCr15钢在控制冷却过程中的温度变化情况和奥氏体组织转变结果。模拟得到的轧件的最终组织全部是珠光体,这与实验结果吻合。此外,本文利用GCr15钢奥氏体组织转变子程序系统探讨了同一温度和不同冷却速度下GCr15钢的组织转变情况,可为轧后冷却工艺的优化提供参考。 本文开发的GCr15钢热连轧过程微观组织演化的模拟系统可以用来模拟GCr15钢轧制过程中轧件变形、温度变化、等效应变变化、等效应变率变化、组织演化等,对轧制生产工艺的优化具有参考价值。


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