低碳低合金细晶钢生产工艺的研究与开发

论文摘要

以低碳钢为研究对象,通过工业实验与实验室金相、力学性能实验及用ANSYS软件模拟等实验相结合对低碳低合金细晶钢的生产工艺进行研究及开发。针对20MnSi和Q235等钢通过控轧控冷工艺质量升级研究进行的。在充分阐述晶粒细化的材料科学理论、分析比较现有控制轧制、控制冷却经验和实践的基础上、在现有生产工艺条件下,通过模拟设计了控制冷却工艺。将HRB335级别的20MnSi钢,经过常规的轧制、使其达到屈服强度大于450MPa、延伸率大于27%的四级钢筋水平。在工业生产条件下,轧件终轧温度9501050℃时,通过控制轧件冷床自回火温度,反馈控制冷却强度,将钢筋的性能控制在一定的范围之内。试验数据说明,Φ1020mm的钢筋将冷床自回火温度控制在620650℃,铁素体晶粒细化到8μm以下,使性能控制在上述范围。该工艺在不增加轧制负荷前提下,细化铁素体晶粒和珠光体集团,实现了普通钢材质量升级目的。经过理论计算,修正、建立了针对品种钢棒材热连轧过程后的温度场模型的仿真分析,应用ANSYS10.0有限元分析软件进行温度场的模拟,且通过VB编程对相变动力学和热力学进行计算,为定量描述整个轧制过程微观组织演变及预测最终力学性能奠定了基础。采用晶粒细化手段获取高强度高韧性的低碳钢,使钢的铁素体晶粒细化到510μm以下的细晶粒钢,且生产出的细晶粒钢的组织为铁素体+珠光体,铁素体晶粒尺寸为不超过10μm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 金属热变形时显微组织变化模拟的研究现状
• 1.2.1 加热过程中晶粒细化过程分析
• 1.2.2 轧制过程奥氏体晶粒长大过程分析
• 1.2.3 形变诱导相变理论的利用
• 1.3 课题研究的目的、意义及内容
• 1.3.1 研究目的和意义
• 1.3.2 研究的主要内容
• 2 热轧细化试验研究
• 2.1 研究方法和技术路线
• 2.2 实验材料和实验方案
• 2.3 热轧棒材晶粒细化机理
• 2.4 热轧棒材工业试验及结果
• 2.4.1 工业试验方案及材料
• 2.4.2 工业试验结果及讨论
• 2.4.3 工业试验热轧棒材的显微组织分析
• 2.4.4 实验室力学性能分析
• 2.5 本章小结
• 3 对低碳钢细晶钢组织的影响的分析
• 3.1 化学成分对低碳钢细晶钢组织的影响的分析
• 3.1.1 Mn、C 含量对低碳钢细晶粒钢显微组织和机械性能的影响
• 3.1.2 微合金元素对低碳钢细晶粒钢显微组织和机械性能的影响
• 3.2 金属组织细化的影响因素
• 3.2.1 塑性变形温度对组织细化的影响
• 3.2.2 变形量对组织细化的影响
• 3.2.3 变形速率对组织细化的影响
• 3.3 本章小结
• 4 棒材轧后穿水过程中温度场的变化及组织的分析
• 4.1 传热学的应用
• 4.1.1 非稳态导热
• 4.1.2 瞬态热分析公式
• 4.1.3 傅立叶定律
• 4.1.4 边界条件和初始条件
• 4.2 棒材轧后冷却过程的传热模型分析
• 4.3 穿水冷却
• 4.4 温度场模拟过程中物理参数的确定
• 4.4.1 对流系数的确定
• 4.4.2 膜态沸腾的计算
• 4.4.3 密度、比热容、导热系数的确定
• 4.5 利用ANSYS10.0 来模拟温度场
• 4.5.1 构建模型
• 4.5.2 施加载荷计算
• 4.5.3 求解
• 4.5.4 后处理
• 4.6 计算结果的分析与讨论
• 4.7 本章小结
• 5 连续冷却过程中奥氏体相变模型
• 5.1 穿水过程中 γ-α、γ-P、γ-B、γ-M 相变的热力学分析
• 5.1.1 相变热力学模型
• 5.1.2 相变平衡开始温度的计算
• 5.1.3 计算结果
• 5.2 相变动力学的计算
• 5.2.1 铁素体转变
• 5.2.2 珠光体转变
• 5.2.3 贝氏体转变
• 5.2.4 马氏体转变
• 5.2.5 计算结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A HRB335 穿水HRB335（规格为Φ16*12）质量情况汇总
• 附录B HRB335 穿水HRB335 质量情况汇总
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集