厚规格钢板差厚轧制数值模拟与工艺研究

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厚规格钢板作为重要的钢铁品种,广泛应用于国民经济建设各个方面。如何克服连铸坯内部组织疏松、晶粒粗大和偏析等问题在较小压缩比条件下生产高质量的厚规格钢板产品,保证其产品质量与性能,尤其是特厚板产品的内在质量,是一直困扰各中厚板生产企业和轧制工艺研究需要着力解决的一个重要问题。本论文提出采用差厚轧制技术来改善厚规格钢板轧制条件,克服厚坯轧制时的咬入限制,减小头部冲击造成力矩峰值的影响,增加单道次压下量,提高变形渗透性,进而提高产品性能。本文基于差厚轧制基本理论研究,通过应用ABAQUS有限元软件建立厚规格钢板差厚轧制模型,通过数值模拟获得工艺、轧件、设备条件对变形过程应力应变分布、金属流动规律以及对轧制负荷和变形渗透性的影响规律,为改善轧制条件、提高厚规格钢板产品内在性能,进一步丰富变厚度轧制技术的应用领域,具有重要的理论和现实意义。本文的主要研究内容包括:(1)分析差厚轧制与常规轧制轧制过程的不同点,阐述差厚轧制的基本理论。从楔形段轧制过程的变形、运动学和力学条件出发,推导差厚轧制过程中咬入角、中性角、接触弧长、前滑公式,确定与差厚轧制控制密切相关的轧制速度、楔形段轧制时间等参数。(2)基于常规轧制AGC基本理论,对中厚板变厚度轧制过程的AGC模型进行研究,开发差厚轧制下的厚度控制方法。从中厚板轧机AGC模型入手,对轧制中常见的AGC模型进行了分析、理论推导和比较,得出差厚轧制过程板厚控制的实现方法,为中厚板变厚度轧制过程的AGC模型的开发和应用奠定了理论基础。(3)基于ABAQUS有限元软件采用显式动力学算法对中厚板三维常规轧制与差厚轧制热力耦合过程进行模拟仿真获得差厚轧制变形区金属流动与应力、应变分布规律,建立差厚轧制工艺条件与变形渗透性关系模型。通过数值模拟和理论分析,研究常规轧制与差厚轧制不同道次轧制状态、不同轧制工艺参数(压下率、来料厚度、摩擦系数等)条件下的应力应变分布、金属流动规律及其对轧制负荷的影响;分析差厚轧制对咬入条件的改善,获得差厚轧制工艺条件对厚规格钢板变形渗透性的影响规律。(4)结合生产工艺,建立厚规格钢板差厚轧制过程的精确设定和控制模型,开发适合工程应用的差厚轧制生产工艺,实现该技术的实际应用,提高厚规格钢板产品性能。采用差厚轧制模型对轧制过程中钢板的产品性能及轧制过程力能参数进行分析计算,计算结果与实际生产情况进行对比,以验证差厚轧制模型的精度、有效性及差厚轧制控制对于钢板渗透性效果。本课题研究成果能够丰富变厚度轧制技术应用领域,完善厚规格钢板产品内在质量的控制手段,具有重要的理论和现实意义。
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