【摘要】：大尺寸棒材軋制作為一種型鋼軋制工藝技術(shù),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(jì)效益顯著等特點(diǎn),在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guò)程還存在諸多問(wèn)題。為了精確控制軋制過(guò)程,生產(chǎn)高性能、高技術(shù)含量和高附加值的大尺寸棒材產(chǎn)品,需要對(duì)其軋制過(guò)程中軋件內(nèi)部溫度、應(yīng)變、應(yīng)變速率等各宏觀場(chǎng)量和奧氏體晶粒尺寸、過(guò)冷奧氏體相變產(chǎn)物等各微觀場(chǎng)量的分布和演變進(jìn)行較為全面、細(xì)致地研究。但考慮到軋制過(guò)程的復(fù)雜性和成本問(wèn)題,傳統(tǒng)的在線實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)不能滿足研究的需要。近幾年來(lái),以物理冶金和有限元理論為基礎(chǔ)的多場(chǎng)耦合數(shù)值模擬方法已經(jīng)成為研究軋制過(guò)程的重要工具。借助該工具,研究人員可以實(shí)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^(guò)程進(jìn)行工藝優(yōu)化,預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能。在前期工作的基礎(chǔ)上,本論文基于實(shí)際軋鋼過(guò)程,采用有限元數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,圍繞特殊鋼大尺寸棒材往復(fù)熱軋過(guò)程熱-力-組織多場(chǎng)耦合數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化這一主題展開(kāi)研究,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：1.為了對(duì)38MnVS6非調(diào)質(zhì)鋼(38MnVS6鋼)大尺寸棒材往復(fù)熱軋過(guò)程進(jìn)行熱-力-組織多場(chǎng)耦合數(shù)值模擬,首先開(kāi)展了38MnVS6鋼奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)、亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)、晶粒長(zhǎng)大實(shí)驗(yàn)和等溫轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn),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(fù)熱軋過(guò)程奧氏體晶粒演變的數(shù)學(xué)模型和過(guò)冷奧氏體相變的等溫轉(zhuǎn)變曲線。2.基于實(shí)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(kāi)發(fā)功能,建立了38MnVS6鋼和GCr15軸承鋼(GCr15鋼)大尺寸棒材往復(fù)熱軋過(guò)程的多場(chǎng)耦合有限元模型,實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)鋼種大尺寸棒材往復(fù)軋制過(guò)程的三維熱-力-組織多場(chǎng)耦合數(shù)值模擬和軋后冷卻過(guò)程的二維熱-相變耦合數(shù)值模擬,詳細(xì)分析了軋制過(guò)程中軋件內(nèi)部溫度、應(yīng)變、應(yīng)變速率、奧氏體晶粒尺寸和過(guò)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(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。3.詳細(xì)分析并比較了不同規(guī)格的38MnVS6和GCr15鋼大尺寸棒材往復(fù)熱軋過(guò)程中軋件內(nèi)部各場(chǎng)量的分布與演變規(guī)律。模擬結(jié)果表明,軋制過(guò)程中軋件內(nèi)部奧氏體晶粒在溫度、應(yīng)變、應(yīng)變速率等的作用下,發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大,晶粒尺寸總體上不斷減�。徊煌�(guī)格棒材軋制過(guò)程中軋件內(nèi)部各場(chǎng)量的變化趨勢(shì)基本相似,但棒材尺寸越大,軋制過(guò)程中軋件內(nèi)部溫度越高,各場(chǎng)量的分布越不均勻,導(dǎo)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(dá)到了88pm,表面與中心相差72μm。與38MnVS6鋼相比較,GCr15鋼棒材軋制過(guò)程中軋件內(nèi)部再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大行為對(duì)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(shè)計(jì)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(duì)GCr15鋼Φ150mm棒材往復(fù)熱軋過(guò)程進(jìn)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(diǎn),得到了其中一類最優(yōu)方案。最后基于該類方案,對(duì)其他規(guī)格的38MnVS6和GCr15鋼大尺寸棒材往復(fù)熱軋過(guò)程進(jìn)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(guò)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(guò)程,某特鋼公司對(duì)其特殊鋼大尺寸棒材生產(chǎn)線進(jìn)行了改造,進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG335.62

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2359041