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热轧粗轧过程的有限元解析

郭太雄  
【摘要】:对于板带热轧而言,粗轧轧制过程中的不均匀变形行为与成材率密切相关,因而轧制过程中金属的变形规律及工艺条件对材料变形行为的影响一直是热轧板带生产厂家所关注的问题。但带钢热轧过程属于典型的高度非线性问题,变形机理及边界条件十分复杂,而且影响因素众多,从现场和实验中得到的规律很有限,而且大多是定性的,难以定量描述。 由于有限元法适于求解复杂边界条件的问题,且不需对实际问题进行过多的假设,因此,近年来,随着计算机技术的迅猛发展,以有限元法为核心的计算机数值模拟技术在板带热轧领域获得了广泛的应用。从已报道的情况来看,国内外采用有限元法对板带热轧过程的模拟研究主要集中于轧制过程的应力场、应变场、温度场分析及组织与性能的预报方面。虽然也对粗轧板坯调宽和控宽过程中材料的变形行为也进行了一些研究,但这些研究大部分是针对目前广泛应用的带孔型立辊调宽,或者仅是实验室模拟研究,缺乏与生产实际的结合。 本文基于MSC.Marc有限元分析软件平台,针对攀钢板带粗轧采用平辊立轧调宽的工艺特点,根据现场生产实际工况建模,采用三维弹塑性有限元法,通过计算机离线仿真模拟,解析了板坯在立辊及水平辊轧制过程中的变形规律,以及不同轧制工艺条件对轧后中间坯头尾形状尺寸及宽度的影响。此外,还采用三维热弹塑性有限元对E1-R1第一道次轧制过程进行了热力耦合解析,分析了轧制过程中轧制力、应力、应变的分布及轧件的温度场分布。 模拟解析结果表明:①模拟计算结果与实测值能较好地吻合,所建有限元分析模型及边界条件的确立是正确合理的。②立轧时,轧件宽度被压缩,断面形成狗骨形,头尾部形成鱼尾形,且造成头部失宽。水平轧制时,轧件产生宽展,头尾端的宽展量较中部大,同时,头尾部形成舌形。在立辊—水平辊连轧过程中,轧件的变形并非前两者变形的简单叠加。③随着立辊侧压量、水平辊压下量及板坯原始宽度的增加,中间坯鱼尾形加剧。随着立辊侧压量向后道次移,或水平辊压下量向前道次移,中间坯鱼尾形尺寸减小。④综合考虑提高立辊调宽效率,减小鱼尾形尺寸,以及减小头尾失宽量,建议第3道次立辊侧压量大于第1道次,同时,第1、第2、第3道次水平辊压下量依次递减。⑤轧制过程中,在轧制变形区内,轧件外表面与轧辊产生接触换热,使轧件表面温度急剧下降,而在轧件内


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