棒线材免加热直接轧制技术具有节能减排、成材率高、生产工艺流程简单等优势,在新建或改造棒线材生产线上得到普遍的应用。粗轧过程是棒线材直轧工艺的关键工序,由于其轧件温度头低尾高,较常规生产线轧制力大,进而使同批次产品产生性能差。针对轧制过程中轧件温度难以在线测量、由心部到表面温度变化难以确定,导致轧制工艺参数对轧制变形的影响难以把握的问题,本文依托于“国家重点研发计划重点基础材料技术提升与产业化重点专项”的子课题“直接轧制全流程绿色循环和负能制造技术开发及应用示范”项目,结合河钢集团承钢公司120吨‐三棒材直轧生产线的生产实际,根据现场生产数据,利用ABAQUS有限元软件建立了粗轧过程三维热力耦合有限元模型,深入分析了轧制过程中的变形结果、速度场、温度场、等效塑性应变和轧制力矩等,对制定更合理的轧制工艺具有指导意义。论文主要工作如下:(1)根据现场材料提供的成分,通过JMat Pro软件计算了材料的热物性参数和力学性能参数,为数值模拟提供了准确的原始数据;分析河钢集团承钢公司120吨‐三棒材直轧生产线的改造过程,根据河钢集团承钢公司120吨‐三棒材直轧生产线的工艺规程以及现场实际生产条件,确定了模型参数、材料参数、初始和边界条件,建立了直轧粗轧过程的有限元模型。(2)针对有限元模型计算后轧件轧后平均温度难以直接处理的问题,利用脚本实现了直接求解轧件任意区域平均温度、记录平均温度随时间变化的功能,提高了求解平均温度的效率。(3)根据ABAQUS软件模拟轧制过程的结果,深入分析了轧制过程中的变形结果、速度场、温度场、等效塑性应变和轧制力矩,发现了轧件厚度方向各层温度变化分为三个阶段的规律。分析轧件的多个横截面,确定了轧件头部和稳态轧制段最高温区域的各自位置,以及轧件头部和稳态轧制段最高塑性应变的相应位置。与现场数据对比,验证了模型的可靠性。(4)通过分析轧制过程中各传热量占总热量变化的比重,得出热传导的能量所占比重最大,其次是塑性变形产生的热量。通过计算轧制第一道次后轧件的头尾温度,发现头尾温差由50°C降为30°C左右,进一步分析了轧制速度、轧辊直径和延伸系数对轧件头尾温差的影响规律。通过棒材轧制过程的有限元模拟分析,基本掌握了棒材在粗轧阶段即高温段轧制速度、轧辊直径和延伸系数对温度场的影响规律,对优化直轧工艺参数、减少轧件头尾因温差引起的性能差异起到了较大的帮助作用。