响影的度温变相及变相.pdfVIP

1 有限元在板材轧制过程中的应用 宝山钢铁集团技术中心 阴雪莲 焦四海 摘要：本为介绍了 ABAQUS 软件在板材热轧工程中的一些典型应用。分析了钢板加速冷却过 程中残余应力的影响因素，阐明了各因素对冷却后板坯温度分布的影响。分析了板材轧制过 程的传热状况，给生产设计提供了合理的工艺参数。最后，用有限元方法对 MAS 轧制过程的 厚度分布进行控制分析。 关键词：热轧 加速冷却 有限元计算 温度场 板形控制 1 前言 金属板带热轧过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程, 既有材料非线性、几何非线性, 又有边界接触条件非线性变化, 因此其变形机理非常复杂, 难以用准确的数学关系式来描 述。随着板带轧制技术的日益发展, 人们对其在成型过程中的变形规律、变形力学的分析越 来越重视。有限元技术随着大型有限元模拟软件的日益成熟和完善, 已成为一种被广泛应用 于板带轧制过程的有效的数值计算方法。 ABAQUS软件提供了复杂的非线性分析程序，且拥有功能强大的子程序接口。因此无 论是从计算收敛性、精确程度的角度，还是从方便程度的角度，均有较高的优选价值。 2 板材轧制过程的应用分析 2.1 钢板加速冷却过程中残余应力分析 加速冷却工艺广泛应用于生产高强度、高韧性和具有良好焊接性的钢板，但客户却普遍 反映钢板带有一定的残余应力，影响后续加工。这里用有限元方法分析了加速冷却过程中钢 板的残余应力，并在其中嵌入了用户子程序，体现了相变对力学性能的影响。 2.1.1 有限元模型 模型中板坯采用了宽度为 3.5m 的低碳微合金钢，厚度分别为 20mm、30mm、40mm 和 50mm。为节省计算时间并确保计算精度，板坯的长度定为 4m，宽度方向按对称面取一半 进行分析，如图 1 所示。材料的力学性能通过软件的用户子程序来实现，考虑到了冷却速度、 相变及相变温度的影响。 2 图 1 板坯网格划分 将冷却过程分为两个阶段，首先从 750℃开始进行 10s 的喷水冷却，然后进行第二个阶 段的空冷。对于 20mm 厚的板坯，水冷的平均冷却速度约为 25℃/s，冷却到平均温度 500℃ 截止。 在分析切割后钢板的扭曲变形时，用到了 ABAQUS 中 element remove 的功能。作为初 步研究，仅计算了切边宽度为 500mm 的情况。 2.1.2 分析方案 这里研究了板坯不同初始状况对残余应力的影响，板坯的初始状况包括初始温度分布及 板坯凸度。初始温度分布包括整体 750℃的均匀分布和边部 710℃、心部 750℃在宽度方向 呈抛物线趋势的不均匀分布。板坯凸度是指板坯中部和边部厚度的差值，这里分别研究了凸 度为 0mm、0.25mm、0. 5mm 和 1mm 的情况。在实际生产中，初始温度均匀分布、凸度为 0 的情况是不可能存在的，模拟这种情况只是作为参照比较的依据。 这里主要分析厚度为 20mm 的板坯，用以阐明初始状况对冷却过程的温度变化、残余 应力分布、切割后的板条变形情况的影响。 2.1.3 计算结果 1. 初始状况对板坯温度的影响 0 100 200 300 400 500 600 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Crown(mm) T e m p e r a t u r e (℃ ) Center Edge Corner Plate thickness: 20mm 0 100 200 300 400 500 600 Center Edge Corner Position T e m p e r a t u r e ( ℃ ) Homogeneous Inhomogeneous a 凸度 b 初始温度度分布 0 100 200 300 400 500 600 700 800 15 25 35 45 55 Thickness (mm) T e m p e r a t u r e ( ℃ ) Center Edge Corner 0 100 200 300 400 500 600 Center Edge Corner Position T e m p e r a t u r e ( ℃ ) Crown equals 0mm,inhomogenuous initial thermal profile Crown equals 1mm, homogeneous initial thermal profile Crown equals 1mm, inhomogeneous initial thermal profile Plate thickness: 20mm c 厚度