Q420中板轧制工艺及有限元模拟研究

论文摘要

本论文是以东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室与普阳钢厂联合钢种开发为研究平台,主要研究Q420钢的控轧控冷工艺对成品力学性能的影响。为此,以实验室的热模拟变形试验和轧制试验为基础,研究了不同变形工艺对组织和性能的影响,并在此基础上进行了Q420钢工业试验,初步达到预期目标。另外本文还对Q420钢轧制过程中的轧制力和冷却过程中温度场的变化进行了模拟。论文主要内容包括：（1）采用单道次压缩实验,研究了变形条件对试验钢变形抗力的影响规律,建立了实验钢的再结晶数学模型。同时采用两种方法计算了动态再结晶的临界应变。结论表明：试验钢的动态再结晶激活能为278.964KJ/mol,其热变形方程式：Z=εexp（278964/RT）,试验钢峰值应变和临界应变与lnZ关系式：εp=0.0365 lnZ-0.7151εc=0.0182lnZ-0.3599。（2）通过双道次压缩实验,研究了试验钢在奥氏体区的软化行为,分析了变形温度与间隔时间对静态软化行为的影响,采用应力补偿法计算了静态再结晶百分数,确定了试验钢的静态再结晶激活能,并建立了静态再结晶动力学模型。（3）利用热模拟试验机测定了试验钢静态、动态连续冷却转变（CCT）曲线。对两种不同工艺制度下的CCT曲线进行分析比较,结合显微组织分析,研究了热变形对该钢组织变化规律的影响。变形后的奥氏体相变点Ar3比未变形奥氏体的相变点要高,变形扩大了铁素体区,缩小了贝氏体区,为制定其热轧生产工艺制度提供依据。（4）通过实验室轧制试验,分析了变形量、精轧开轧温度和冷速对试验钢组织性能的影响,为下一步工业试验提供了理论依据。结果表明,随着精轧开轧温度的增加,屈服强度、抗拉强度和低温冲击韧性都有所降低,延伸率有所提高。（5）采用西姆斯公式计算和有限元法得出的轧制力能较好的接近实测轧制力,分析了轧制过程中轧件应力应变场的分布情况。通过对轧件冷却过程中温度场的模拟,得出了轧件在返红过程中的变化规律。结果表明,随着厚度和冷速的增加,水冷后心表温差增加,返红温升量增加,返红时间也增加。（6）通过两次现场工业试轧Q420钢,分析了试验钢产生缺陷的原因,试轧钢组织中存在的异常组织（贝氏体,甚至是马氏体组织）,在厚度方向魏氏体组织、夹杂物是产生延伸率偏低的主要原因。为制定合理的轧制工艺提出了改进方法。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 低合金高强钢
• 1.1.1 我国的低合金高强度钢
• 1.1.2 国外低合金高强度钢简介
• 1.1.3 钢中微合金元素的作用
• 1.2 钢的控制轧制与控制冷却
• 1.2.1 控轧控冷的意义和发展
• 1.2.2 控制轧制
• 1.2.3 控制冷却
• 1.3 本文工作背景及研究内容
• 1.3.1 本文工作背景
• 1.3.2 本文研究内容
• 第2章 奥氏体再结晶及连续冷却研究
• 2.1 奥氏体动态再结晶
• 2.1.1 试验方法
• 2.1.2 试验结果
• 2.2 奥氏体静态再结晶
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验方法
• 2.2.3 试验结果和分析
• 2.3 奥氏体连续冷却相变
• 2.3.1 试验方案
• 2.3.2 试验结果
• 2.3.3 试验结果分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验室轧制工艺试验
• 3.1 实验室第一次轧制试验
• 3.1.1 试验材料和方法
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.3 试验结果
• 3.1.4 试验结果分析
• 3.2 实验室第二次轧制试验
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试验方法
• 3.2.3 试验结果
• 3.2.4 试验结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 有限元法模拟热轧过程
• 4.1 轧制力的模拟
• 4.1.1 有限元模拟参数的确定
• 4.2 西姆斯公式计算轧制力
• 4.2.1 西姆斯公式
• 4.2.2 计算过程
• 4.3 结果比较与分析
• 4.4 轧件在轧制过程中应力应变场
• 4.5 中厚板温度场的模拟
• 4.5.1 不同厚度下的返红温升及返红时间
• 4.5.2 不同冷速下的温升和返红时间
• 4.5.3 结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 Q420钢工业轧制试验
• 5.1 第一次工业轧制试验
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 加热工艺
• 5.1.3 轧制工艺
• 5.1.4 力学性能检测
• 5.1.5 显微组织检验
• 5.1.6 试验结果分析
• 5.2 第二次工业轧制试验
• 5.2.1 试验材料
• 5.2.2 加热工艺
• 5.2.3 轧制工艺
• 5.2.4 力学性能检验
• 5.2.5 金相组织检验
• 5.2.6 试验结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生发表论文情况