热轧带钢层流冷却过程中残余应力分析

针对热轧带钢16Mn轧后层流冷却过程,建立了温度与相变耦合计算的有限元模型,分析了冷却过程中带钢内应力的变化规律.结果表明.对于厚度为3.0mm的带钢经过层流冷却后沿带钢厚度方向温度趋于一致,沿宽度方向温差进一步增大.在不考虑初始应力的状态下,层流冷却结束后,带钢中部为18MPa的轧向拉应力,边部为-187MPa的轧向压应力.带钢边部存在的温度梯度和相变行为的差异是带钢在冷却过程中产生残余应力的主要原因,这种残余应力状态最终会导致带钢产生边浪.     

高强热轧带钢不均匀冷却及控制技术

通过建立12 mm厚度X70钢层流冷却过程中的热-力-相变耦合模型,研究了温度、组织、应力和应变的不均匀分布规律,采取三种工艺措施研究改善不均匀冷却的效果,并对计算的温度和组织场进行了试验验证。结果表明:在整个轧后层流冷却过程中,带钢宽度方向上的温度分布都是不均匀的,在卷取时刻中部和边部的温度差值为53.4℃,贝氏体含量差值为36.2%;均匀的初始温度和后区冷却工艺对改善温度、组织分布不均效果差于边部遮蔽方式,但后区冷却工艺可以减小带钢边部的残余塑性应变值;合理的边部遮蔽宽度可以显著改善带钢宽度方向上的温度、组织和残余应力的分布不均,消除边部的塑性变形。     

SPHC带钢冷却过程温度与相变耦合预测模型

考虑相变潜热影响带钢轧后温度场,建立了SPHC钢热轧后冷却过程温度与相变的耦合数学模型。采用Avrami方程和Scheil可加性法则,并应用Matlab数值方法计算相转变量,实现了温度和相变的耦合求解。结果表明:热轧低碳钢冷却后沿宽度方向温度分布明显不均,在距带钢中心600 mm处温度出现拐点,中心与边部温差为80℃;带钢边部铁素体含量低于中心的且铁素体分布更加细小弥散。该耦合模型的计算结果与实测值吻合良好,能够准确预测热轧低碳钢轧后冷却过程的温度和相变过程。     

热连轧带钢立-平辊多道次轧制热力耦合三维有限元模拟

对热连轧Q345B窄带钢精轧立-平辊多道次轧制进行了三维热力耦合有限元模拟,分析了轧制过程中轧件温度场、等效应力-应变场及轧件表面特征点流动规律。结果表明,模拟计算的带钢断面中心点温度及平轧各道次稳态轧制压力与实测值吻合良好;宽度方向轧件边、角部与中心温差较大是导致边部金属应变不协调,上翻至带钢边部表面的主要原因;轧件角、边部由于冷缩效应存在一定拉应力,会影响轧件角部缺陷的愈合或扩展;采用立辊侧压调宽对轧件边部减薄和翻平宽展可能造成的边部缺陷有明显的改善作用。表面节点位置变化规律可为现场轧制生产中轧件边部缺陷的溯源分析提供便利。     

层流冷却过程中热轧带钢的应力及计算机仿真

以Q235B带钢层流冷却过程为研究对象,建立了冷却过程的数学模型。通过FLUENT仿真得到了带钢表面不同位置的对流换热系数。采用ANSYS和MATLAB软件对带钢冷却过程中的温度变化、相变和应力分布进行了仿真。结果表明:水冷过程中,带钢上下表面的温度变化成锯齿状,中心温度基本是线性降低;冷却结束后,主要成分为铁素体,上表面的铁素体含量为93.2wt%;在水冷阶段,带钢应力急剧增加且呈锯齿状,在空冷阶段应力下降,冷却结束后,上下表面和中心的应力基本相等;后段主冷模式与前段主冷模式相比,Q235B带钢上下表面和中心位置的平均应力分别降低了47.6%、29.4%、11.2%。     

冷轧薄窄规格低碳钢碎边浪板形问题研究

随着冷轧产品规格的拓展,冷轧机组的板形控制能力面临极大压力和挑战。针对行业内较难解决的低碳钢薄窄规格碎边浪问题,以某冷轧厂1 970 mm酸轧机组带钢板形为研究对象,试验和仿真结合对该问题进行了研究。结果表明：薄窄规格碎边浪缺陷是在上游机架产生,并在下游机架缺陷板形逐渐被消化遗传到出口形成的。碎边浪的产生原因：一方面由于低碳钢精轧过程中边部温降过快容易导致边部粗晶,使得边部相较于中部硬度低约15HRB;另一方面由于轧制薄规格带钢的过程中工作辊会产生更大的挠曲和弹性压扁,且宽幅轧机轧制窄规格带钢过程中轧机对辊缝凸度的调节能力有限,使得薄窄规格带钢更容易发生局部延伸不均。为此,针对全流程提出了改善碎边浪的一系列措施,包括设计边部带锥度的工作辊辊形以及VCL支撑辊辊形以减少边部区域金属的延伸,降低五机架轧机轧制力以提高对碎边浪的消化能力,对酸轧入口带钢进行切边处理或采用边部加热工艺以改善边部、中部组织性能均匀性等措施。试验结果表明：采用边部加热工艺相较于增大装钢间隙(至200 mm)、提高终轧温度(10℃)等措施对改善带钢宽度方向温度分布均匀性效果显著,冷轧带钢板形IU值降低43%,改善效果...     

冷速对热连轧钛合金棒材残余应力的影响

采用ABAQUS有限元分析软件,在钛合金棒材八道次连轧的基础上,对轧后轧件冷却过程进行热力耦合分析,研究了冷却速率对轧后棒材应力的影响。结果表明,自然水冷和强制水冷时,随着温度变化有较大残余应力产生。自然空冷和强制空冷时,残余应力随温度变化缓慢上升,尤其以自然空冷时应力上升幅度最小,棒材表面应力大约136 MPa,中心应力大约35 MPa。钛合金棒材冷却时最好采用空冷或更慢冷的方式,以降低残余应力。     

磁屏蔽板对带钢温度均匀性的影响

横磁感应加热较其他传统感应加热在对薄带钢以及居里点以上带钢加热时具有更高的效率。但横磁感应加热装置在加热带钢时，由于“边部效应”导致带钢温度分布不均。针对此问题，提出了在带钢两侧增加磁屏蔽板的方式，降低带钢边部涡流密度，使其表面温度分布更均匀。以800 mm宽的45钢带材为加热对象，采用COMSOL仿真软件分别对横磁感应加热装置在“有/无”磁屏蔽板的两种工况下带钢表面的涡流场和温度场进行了耦合计算，并将带钢在感应加热装置出口处沿宽度方向的温度值进行对比，分析了磁屏蔽板对加热过程的影响，得出磁屏蔽板的最佳安装位置。     

边部加热对热轧带钢板形的影响

边部加热对于均化热轧带钢横向温度分布、提高产品性能及尺寸精度具有重要影响。采用有限元法模拟计算了粗轧后轧件温度场分布，为边部加热宽度的确定提供了依据，现有生产试验的结果表明边部加热可以提高带钢的板形精度。     

薄规格热镀锌板边部过镀锌的原因及改进

分析了包头钢铁股份有限公司薄板厂热镀锌带钢边部出现过镀锌缺陷的原因,通过安装边部加热管以弥补带钢边部的热量损失,并对表面额定温度分别为200、400、600℃的加热管进行了试验,结果显示,表面额定温度为600℃的加热管能解决薄规格镀锌板的边部过镀锌问题。     

精轧后冷却速度对700MPa级带钢残余应力及组织影响的实验研究

通过实验室轧制、电镜观察、残余应力和力学性能测试,研究了精轧后不同冷却速度对700MPa级高强度带钢残余应力和组织性能的影响。结果表明,带钢的残余应力均为压应力,奥氏体转变后的产物与奥氏体膨胀系数差别大的带钢所测得的残余应力值较大,反之,残余应力值较小;典型的析出相均为聚集析出,随着冷却速度的减缓,析出相的尺寸开始变大。在精轧后不同冷却速度下高强度带钢的强度和残余应力的变化趋势是一致的。因此,要适当控制精轧后的冷却速度,在降低残余应力的同时,满足其强度要求。     

热轧带钢均匀化冷却问题分析与控制措施

利用有限元模拟软件ABAQUS对带钢轧后冷却内应力生成机理及其变化过程进行分析,热轧带钢冷却后出现边浪是由于横向冷却速率和横向温度分布不均导致的;研究了超快冷喷嘴、U形层冷集管、侧喷水对带钢横向温度分布的影响。结果表明:冷却集管喷嘴长期处于高温环境,存在喷嘴锈蚀、老化、变形、堵塞问题,同时层冷水沿带钢宽度方向存在流量差异,导致带钢横向温度分布不均匀;侧喷的吹扫能力与侧喷角度、侧喷喷嘴磨损量、侧喷压力等有关,若侧喷吹扫不净,带钢上表面残余冷却水聚集,则会造成带钢宽度方向不均匀冷却。通过优化冷却集管流量分布的均匀性、调整侧喷水嘴的角度、优化侧喷吹扫效果,可以提高层冷区域带钢冷却的均匀性。     

热带精轧机架之间设置轧边机控制带钢边部减薄

为了改善热轧带钢的边部减薄,最近日本石川岛播磨工业公司与新日铁名古屋厂共同研究开发了控制带钢边部减薄的装置,即在热带精轧机组的后2架轧机之间设置轧边机。技术特点是:用轧边机对带有张力的带铜进行宽度方向的压下,使带钢边部形成     

直升机飞行安全件锻造残余应力与表面裂纹研究

针对残余应力导致某型直升机锻件表面裂纹萌生问题，系统研究了35Cr2Ni4MoA飞行安全件表面裂纹形成机理与防治方法。结果表明，35Cr2Ni4MoA锻后冷却方式对残余应力影响显著，空冷残余应力明显高于缓冷(坑冷),坑冷残余应力均值为1080 MPa。另外，残余应力受终锻温度影响显著，残余应力随终锻温度升高基本呈现增大趋势。锻后退火和吹砂可有效降低35Cr2Ni4MoA锻件残余应力。残余应力大于600 MPa时，35Cr2Ni4MoA锻件在盐酸下易产生应力腐蚀，且裂纹长度、宽度和深度与残余应力和腐蚀时间呈正相关。未进行退火处理以降低残余应力时，35Cr2Ni4MoA锻件不能进行酸洗处理。     

碳含量及冷却速率对钢件淬火残余应力的影响

研究了直径为ø12 mm、长度为50 mm的SAE8620、SAE8625及SAE8627钢试棒淬火后表面残余应力与碳含量及冷却速率的关系。研究结果表明在渗碳淬火处理后零件表面均为残余压应力,其值大小在200~600 MPa;随着碳含量和冷却速率的增加,心部硬度值增加,表面残余压应力值减小;同种碳含量的试样心部硬度相同时,冷却速率越高,表面残余压应力的值越小;采用较低的冷却速率有利于提高表面的残余压应力。     

大直径曲轴热处理后的残余应力分析

以巴克豪森噪声（BN）为基础,采用磁弹性应力仪测量大直径曲轴调质、定型（中间退火）、中频淬火过程的残余应力,并研究了残余应力的形成、沿截面分布规律以及对工艺的影响。结果表明,调质后曲轴表面残余应力为压应力,心部为拉应力,压应力层深约15mm;定型处理使表面压应力减少了100MPa左右,对中频硬化不利,需予以取消;中频淬火后表面残余应力为压应力,在8mm左右深度上,压应力稳定在420MPa左右,压应力总层深约13mm。     

立辊润滑工艺对铁素体区轧制Ti-IF钢组织性能及边部质量的影响

针对某热轧厂铁素体区轧制Ti-IF钢带钢边裂缺陷的问题,提出了采用立辊润滑的方法予以改善。分析认为,采用立辊润滑轧制工艺可减小立辊减宽过程中的摩擦力,减少低温下带钢边部表面的剪切力;同时,有利于立辊表面质量的改善,从而改善带钢边部质量。为此,研究了立辊润滑工艺对铁素体区轧制Ti-IF钢带钢微观组织、力学性能、析出物以及边部质量的影响。结果表明,采用立辊润滑轧制工艺,Ti-IF钢带钢的组织和析出物没有明显差异,但塑性显著提高;带钢边部表面的最大裂纹深度由361 μm减小到128 μm,边部缺陷数量明显减少;带钢截面形貌较为光滑,没有发现明显裂纹,边部质量得到明显改善。     

Al6061铣削精加工表层残余应力分布试验研究

目的探索铣削精加工工艺参数对Al6061工件表层残余应力的影响,提高零件的疲劳寿命。方法设计研究了只改变其中一个参数,其他参数不变的情况下,铣削精加工Al6061工件表层残余应力的分布情况。结果在平行于铣削进给方向(x direction)和垂直于铣削进给方向(y direction),所得表层残余应力均为压应力。随主轴转速的增大,所得工件表面残余压应力减小,残余应力最大值深度增加。当改变每齿进给时,随着每齿进给的增加,工件表面残余压应力减小,残余应力最大值出现在表面;随着铣削深度的增加,工件表面残余压应力减小,对残余应力最大值影响不大;随着铣削宽度的增加,工件表面残余压应力先减小后增大,残余应力最大值从表面向深度层移动。当主轴转速为10 000 r/min、每齿进给为0.015 mm、铣削深度为0.5 mm、铣削宽度为11.8 mm时,对表层残余应力的影响最大,影响层深约245μm,残余压应力最大值为147.67 MPa,其峰值深度约为80μm。结论 Al6061铣削精加工时,如果要获得较大的表面残余压应力,应该选择主轴转速、每齿进给、铣削深度、铣削宽度都较小。在切深方向,如果要获得较大残余压应力,应该选择较大的主轴转速和铣削宽度、较小的每齿进给、合适的铣削深度。     

基于逆焊接技术的T122/P122钢环焊缝残余应力消除工艺

采用ABAQUS有限元软件生死单元技术针对逆焊接消除残余应力的工艺方法进行分析,模拟计算了T122/P122钢环焊缝的逆焊接消除焊接残余应力的工艺过程,分析了逆焊接消除残余应力的操作工艺中不同热处理温度、冷却速率、冷却范围、冷却时间对消残余应力效果的影响. 结果表明,经过逆焊接处理后,Mises残余应力及环向残余应力均明显降低,且热处理温度对残余应力的消除影响最为显著,其次是冷却时间和冷却速率. 当热处理温度为400 ℃,冷却时间为20 s时不仅可以消除焊接残余应力,还可以在处理表面形成1.3 mm厚的压应力层.     

钢轨砂带打磨残余应力的试验与仿真研究

为直观了解钢轨砂带打磨后钢轨表面的残余应力状态，在磨削试验台上开展磨削工艺参数对残余应力影响的试验研究，采用便携式残余应力仪测量磨后轨面中线轨向残余应力。结果表明:打磨后轨面在磨削方向产生了拉伸残余应力，大小在100～300 MPa；而径向残余应力则主要以压应力形式存在，大小在0～-250 MPa。为研究残余应力形成过程中影响因素的作用机理，进行基于热力耦合的单磨粒划擦三维有限元仿真分析，揭示摩擦系数、切入深度和切削速度对钢轨表层残余应力分布的影响规律并分析其机理成因。最后，根据试验和仿真结果建议打磨列车的末端打磨单元采用开式打磨，砂带要求磨粒粒度小、自锐性强，磨削工艺优选低压、低速，并增设水介质冷却与润滑。