【摘要】：大尺寸棒材軋制作為一種型鋼軋制工藝技術,可生產(chǎn)非調(diào)質(zhì)鋼、軸承鋼、管坯用鋼、彈簧鋼等,具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟效益顯著等特點,在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著重要作用。但與中小規(guī)格棒材相比較,大尺寸棒材軋制有其特殊性,其生產(chǎn)過程還存在諸多問題。為了精確控制軋制過程,生產(chǎn)高性能、高技術含量和高附加值的大尺寸棒材產(chǎn)品,需要對其軋制過程中軋件內(nèi)部溫度、應變、應變速率等各宏觀場量和奧氏體晶粒尺寸、過冷奧氏體相變產(chǎn)物等各微觀場量的分布和演變進行較為全面、細致地研究。但考慮到軋制過程的復雜性和成本問題,傳統(tǒng)的在線實驗方法已經(jīng)不能滿足研究的需要。近幾年來,以物理冶金和有限元理論為基礎的多場耦合數(shù)值模擬方法已經(jīng)成為研究軋制過程的重要工具。借助該工具,研究人員可以實現(xiàn)虛擬軋鋼,不僅可以研究現(xiàn)有軋制工藝,而且能夠?qū)堜撨^程進行工藝優(yōu)化,預測產(chǎn)品性能。在前期工作的基礎上,本論文基于實際軋鋼過程,采用有限元數(shù)值模擬與實驗相結(jié)合的研究方法,圍繞特殊鋼大尺寸棒材往復熱軋過程熱-力-組織多場耦合數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化這一主題展開研究,主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：1.為了對38MnVS6非調(diào)質(zhì)鋼(38MnVS6鋼)大尺寸棒材往復熱軋過程進行熱-力-組織多場耦合數(shù)值模擬,首先開展了38MnVS6鋼奧氏體動態(tài)再結(jié)晶實驗、亞動態(tài)再結(jié)晶實驗、靜態(tài)再結(jié)晶實驗、晶粒長大實驗和等溫轉(zhuǎn)變實驗,系統(tǒng)的研究了38MnVS6鋼奧氏體晶粒演變行為和等溫轉(zhuǎn)變行為,得到了一整套適用于研究38MnVS6鋼大尺寸棒材往復熱軋過程奧氏體晶粒演變的數(shù)學模型和過冷奧氏體相變的等溫轉(zhuǎn)變曲線。2.基于實際軋鋼生產(chǎn)線和軋制規(guī)程,利用有限元軟件MSC.Marc及其二次開發(fā)功能,建立了38MnVS6鋼和GCr15軸承鋼(GCr15鋼)大尺寸棒材往復熱軋過程的多場耦合有限元模型,實現(xiàn)了這兩個鋼種大尺寸棒材往復軋制過程的三維熱-力-組織多場耦合數(shù)值模擬和軋后冷卻過程的二維熱-相變耦合數(shù)值模擬,詳細分析了軋制過程中軋件內(nèi)部溫度、應變、應變速率、奧氏體晶粒尺寸和過冷奧氏體相變產(chǎn)物的分布和演變情況。其中溫度、晶粒尺寸和相變產(chǎn)物的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好,驗證了模型的準確性。3.詳細分析并比較了不同規(guī)格的38MnVS6和GCr15鋼大尺寸棒材往復熱軋過程中軋件內(nèi)部各場量的分布與演變規(guī)律。模擬結(jié)果表明,軋制過程中軋件內(nèi)部奧氏體晶粒在溫度、應變、應變速率等的作用下,發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶、亞動態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶和晶粒長大,晶粒尺寸總體上不斷減小；不同規(guī)格棒材軋制過程中軋件內(nèi)部各場量的變化趨勢基本相似,但棒材尺寸越大,軋制過程中軋件內(nèi)部溫度越高,各場量的分布越不均勻,導致奧氏體晶粒尺寸及其分布的不均勻性越大：特別是GCrl5鋼Φ150mmm棒材,其軋制結(jié)束后中心奧氏體晶粒尺寸達到了88pm,表面與中心相差72μm。與38MnVS6鋼相比較,GCr15鋼棒材軋制過程中軋件內(nèi)部再結(jié)晶及晶粒長大行為對軋制參數(shù)的變化更為敏感。4.為改善軋后棒材內(nèi)部微觀組織,設計了4類特殊鋼大尺寸棒材軋制控溫方案,從各類方案中選取多種工藝對GCr15鋼Φ150mm棒材往復熱軋過程進行了優(yōu)化。然后根據(jù)典型工藝的優(yōu)化結(jié)果,比較了各類方案的優(yōu)缺點,得到了其中一類最優(yōu)方案。最后基于該類方案,對其他規(guī)格的38MnVS6和GCr15鋼大尺寸棒材往復熱軋過程進行了工藝優(yōu)化。結(jié)果表明,該類方案既能有效地降低熱軋過程中軋件中心溫度,又能減小內(nèi)部溫差,從而改善了軋后棒材內(nèi)部奧氏體晶粒尺寸及其分布�；谠搩�(yōu)化過程,某特鋼公司對其特殊鋼大尺寸棒材生產(chǎn)線進行了改造,進一步提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG335.62

【參考文獻】

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本文編號：2359041