φ70～80轴承钢棒材轧制过程的孔型设计及三维模拟
大圆钢轧制三维塑性变形有限元模拟
型有利 于改善成品道次的应力 、 变分布。 应
【 关键词 】 双圆弧
椭圆孔型 Ａ ｓ ｓＬ Ｄ Ｎ Ｎ Ｙ ／Ｓ Ｙ Ａ
Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｅ Ｓ ｃ ｉ ｎ Ｒｏ ｎ ｒ ｂ ｎ ｔ ｅ ｅ ｔＭ ｅ ｈ ｄ ｉ ｌ ｔｏ ｆＬａ ｇ ｅ ｔｏ ｕ ｄ Ｂａ ｙ Ｆｉ ｉｅ Ｅｌｍ ｎ ｔ ｏ
性有限元软件准确模拟材料加工过程 中金属塑性大
变形 ， 为全 面提 高产 品 质 量 和开 发 新 品种 提供 了 可
能。
形， 对该过 程进 行理 论 解 析 非 常 困难 。随 着计 算 机
三维模拟仿真技 术的飞速发展 ， 利用 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ Ｎ Ｙ ／ Ｓ—
Ｄ Ｎ Ｍ Ｃ Ｍ Ｒ Ｄ Ｆ Ｒ Ｄ等 大 型 通 用 非 线 Ｙ Ａ、 Ｓ ． Ａ Ｃ、 Ｅ Ｏ Ｍ ３
２ １单 圆弧成 品前椭 圆孔 型有 限元模 型建 立 ． 本 次模 拟采 用 的钢种 为 Ｇ ｒ５ 成 品规 格 １Ｏ Ｃｌ ， ５ ｍｍ， 热尺 寸为 中１２ｎｎ 坯 料尺 寸为 ￣１２ｍ ５ ｌ ， ｌ ｂ ８ ｍ。两 道次 的孔 型结构 如 图 １所 示 ， 两 个 孔 型 只是 孔 型 这
【 摘 要】 使 用 Ａ Ｓ ＳＬ — Ｙ Ａ通用有限元分析软件对 大圆钢 轧制过程进行 了模拟仿 真 ， 到 了采 用单 Ｎ Ｙ／ Ｓ Ｄ Ｎ 得
圆弧成品前椭 圆孔型的 大圆钢轧制 的等效应 力场 、 等效应 变场 ， 分析 了轧件 横截 面的等效 应变和等 效应力 分布 情
况 。 成 品 前 孔 型 改 为 双 圆弧 椭 圆孔 型 后 重 新 模 拟 轧 制 过 程 ， 模 拟 结 果 进 行 比 较 ， 出采 用 双 圆弧 成 品 前 椭 圆 孔 把 得
260mm×300mm轴承钢连铸坯生产Ф70～Ф75mm棒材的工艺实践
孔型系统重新 进行设 计 、 优化 ， 莱钢成 功开发了采用 ２ ０ｒｉＸ３０ｍ ６ ｎ ０ ｍ大断面连铸坯 生产 ７ ７ ｌ ａ ０～ ５Ｉｎ规格 Ｇ ｒ５轴承 ｉ ｌ Ｃ１
钢棒材 。实践表 明 ， 该工艺合理可行 、 轧制过程稳定 ， 品的各项性 能指标 均符合国家标准要求 。 且产
为 了避免 连铸坯 在加 热过 程 中出现粘 钢 ，连铸
坯 在 装 炉之 前 用 玻 璃水 涂 抹 ２０ｍ ６ ｍ两 个 竖 侧 面 。 轴 承钢连 铸坯 装炉 之前先 装 隔号坯 ，保温 时 留在 加 热 炉 炉 头 压平 台 ， 防止 炉 头 吸 人 冷 空气 ， 响轴 承 影
量； 过 Ｖ 通 Ｄ炉 真空 脱氢 、 氮 、 氧 ， 脱 脱 使钢 液 中氢 的
轴承钢棒 材 的先 例 。 了满 足市场 需求 ， 为 扩大轴 承钢
品种规 格范 围 ， 莱钢 特殊 钢厂 开发 了采 用 ２ ０ｍ ６ ｍＸ ３ ０ｒ 大 断 面 连 铸 坯 生 产 ７ ７ ｍ 规 格 ０ ｍ ｎ ０～ ５ｍ Ｇ ｒ５轴承钢 棒材 的新 工艺 。 Ｃｌ 由于 Ｇ ｒ５ 承钢连铸 坯要 经过足 够 的变形后 Ｃｌ 轴
７ ７ ０～ ５ｍｍ棒材 的工艺实践
叶黎华 ， 尚存进 ， 培 Ｉ， 赵 ｔ 亓官廷 ｌ
（ 莱芜钢铁股份有 限公 司 特殊 钢厂 ， 山东 莱芜 ２ １０ ） ７ １５
摘 要： 通过严格控制冶炼 、 轧制过程 ， 采取快速加 热工艺及对 ￣６０ｒｎＸ１Ｏ５ ０ｒｉ Ｘ１Ｏ５ ０ｒｉ ５ａ ｉ ／ ５ ａ ｎ ／ ５ ａ ｎ×４半连 轧生产线的
却一 收集一堆垛缓冷一精整修磨 （ 取样 ） 一打捆包
装一 称重一 人库 。 ２１ 冶炼工艺 ． ５ Ｅ Ｆ Ｕ Ｐ电弧 炉通 过全 程 泡 沫渣 工艺 ， ０ Ａ — Ｈ ｔ 采 用高 电压 、低 电流长 弧冶炼 操作 ，去 除初炼钢 液 中
棒材切分轧制过程中三维弹塑性有限元模拟
棒材切分轧制过程中三维弹塑性有限元模拟
孙建林;许宝才;康永林;杨进航
【期刊名称】《青海大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2004(022)001
【摘要】采用三维弹塑性有限元法对棒钢三线切分轧制过程的金属变形区进行了模拟.通过建立数学模型和计算,对切分轧件的变形特征、应力与应变进行了分析,提出了预切孔金属流动变形的稳定性问题.如果预切孔内轧件的变形过大,切分楔附近的金属网格发生了很大的扭曲畸变,造成变形不均匀和金属的流动不稳定.根据模拟分析的结果,设计了直径为Φ12 mm带肋钢筋的三线切分孔型系统,轧制生产实验结果表明:采用优化的新切分孔型系统进行生产,提高了轧机的生产率,改善了产品质量.
【总页数】4页(P25-27,42)
【作者】孙建林;许宝才;康永林;杨进航
【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院,北京,100083;石家庄钢铁有限责任公司,河北,石家庄,050031;北京科技大学材料科学与工程学院,北京,100083;石家庄钢铁有限责任公司,河北,石家庄,050031
【正文语种】中文
【中图分类】TG335
【相关文献】
1.平三角孔型轧制TC4钛合金棒材的三维弹塑性有限元分析 [J], 帅美荣;周存龙;秦建平
2.平三角孔型轧制TC4钛合金棒材的三维弹塑性有限元分析 [J], 帅美荣;周存龙;秦建平
3.棒材四道次连轧过程中轧件变形的三维有限元模拟 [J], 王艳文;康永林;任学平;余智勇;袁大焕
4.棒材五连轧过程三维热力耦合有限元模拟分析 [J], 王瑞章;唐立志;章小峰;黄贞益
5.棒材热轧过程中组织变化的有限元模拟 [J], 王艳文;康永林;余智勇;袁大焕;陈跃南
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【CN109848384A】一种提高大规格轴承钢棒材心部平均晶粒尺寸方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910160113.0(22)申请日 2019.03.04(71)申请人 东北大学地址 110169 辽宁省沈阳市浑南区创新路195号(72)发明人 祭程 朱苗勇 杨琦 申德刚 李应焕 (74)专利代理机构 沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 21234代理人 孙奇(51)Int.Cl.B22D 11/12(2006.01)B21B 1/46(2006.01)(54)发明名称一种提高大规格轴承钢棒材心部平均晶粒尺寸方法(57)摘要本发明涉及一种连铸方法，具体涉及一种提高大规格轴承钢棒材心部平均晶粒尺寸方法。
本发明的技术方案如下：一种提高大规格轴承钢棒材心部平均晶粒尺寸方法，在连铸过程中，对凝固末端铸坯采用重压下方式，高温铸坯压下量达30mm以上后，采用热装送工艺将铸坯直接送入轧机。
本发明提供的提高大规格轴承钢棒材心部平均晶粒尺寸方法，使大规格轴承钢棒材心部的奥氏体平均晶粒得到明显细化，心部混晶缺陷大幅降低。
权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 109848384 A 2019.06.07C N 109848384A权 利 要 求 书1/1页CN 109848384 A1.一种提高大规格轴承钢棒材心部平均晶粒尺寸方法，其特征在于，在连铸过程中，在连铸过程中，对凝固末端铸坯采用重压下方式，高温铸坯压下量达30mm以上后，采用热装送工艺将铸坯直接送入轧机。
2.根据权利要求1所述的提高大规格轴承钢棒材心部平均晶粒尺寸方法，其特征在于，采用三阶段热装送过程对铸坯进行加热、保温以达到入轧机的温度要求。
3.根据权利要求2所述的三阶段热装送过程，其特征在于，第一阶段通过辐射与对流的混合传热方式将压下后的高温铸坯加热到1000℃，第二阶段也主要通过辐射与对流的混合传热方式，将铸坯从1000℃加热1200℃，第三阶段为均热保温阶段，目的使得铸坯温度内外均匀。
棒线材孔型设计辅助计算软件的编写与运用
棒、线材孔型设计中辅助计算软件的使用说明5：
棒、线材孔型设计中辅助计算软件的存在缺陷及改进方向：
此孔型设计计算程序，使用Visual Basic编辑器进行编译，数据同Excel数据 库进行嵌套，程序计算后的各类数据以xls 格式自动进行保存，部分函数调用Excel库 函数。 存在缺陷： 一、存在缺陷： 同专业软件相比，在全面性方面有所 差距，但基本能够满足一般简单断面孔型 设计需求。在程序编译后，源代码开放并 留有更新接口，以便于在不断的实践过程 中进行继续修正完善，提高其运行流程及 计算精度。 改进方向： 二、改进方向： 在轧制力及轧制力矩等力能程序设计 上进一步完善，最终使此计算程序能够为 棒、线材轧制工艺任务的完成起到快速设 计与计算校核的作用。 另外学习运用有限元分析法对轧制过 程进行三维模拟，以减少轧制试验的风险。
条件具备后， 条件具备后，模型选择和 求解编译的难点何在？ 求解编译的难点何在？
你设计的程序有多少价值？ 你设计的程序有多少价值？
通过简单的方法解决复杂的问题，节省购买专业软件费用。 能够完成设计任务就是创造的价值。价值在实践中体现。
6、各道次变形 量的分配
7、确定轧件的断 面形状和尺寸
8、确定孔型的 形状和尺寸
9、绘制孔型及 配辊图
10、进行必要的校 核及辅件设计
2、出发点：孔型设计分为两类，一类是设计人员根据孔型设计公式结合经 、出发点： 验进行设计，另一类是利用计算机辅助孔型设计软件进行设计。 按照原始的公式计算方法进行孔型设计计算，公式复杂，计算工作量 大，尤其是在计算结果的检验校核及修改方面更是复杂。 在为了提高设计效率与设计精度，减少购买专业软件巨额投入的基础 上，分析总结了简单断面孔型设计方法，通过建模、数学求解、语言编写 将孔型设计中所运用的各类公式函数模型，通过Microsoft Visual Basic 编辑器进行软件编译，使复杂繁琐的数据计算工作转变为了快捷方便的计 算机运行程序。
棒线材孔型设计辅助计算软件的编写与应用
棒、线材工艺设计中——孔型计算软件设计的方法与运用王文强（山西中阳钢铁有限公司）摘要：分析了简单断面孔型设计中存在的问题，并运用一般计算方法进行了实例计算。
在自行设计的“孔型设计计算程序”中进行了演示，通过对6.5mm线材实际轧制案例的设计得出“孔型设计计算程序”编译正确、计算结果基本符合要求的结论，且在实际轧制过程中效果明显，为提高初学者对孔型设计的认识了解、简化孔型设计起到了一定促进作用。
关键词：孔型设计计算程序编译控制Rods, wire Process Design- Pass computing software design and applicationWang wen qiang (Shanxi Zhongyang Steel Co., Ltd.)Abstract: analysis of a simple section pass design problems, and applying the General calculation method instance. In the design of the "pass design calculation program" demonstrates, through to the actual rolling case 6.5mm wire design draw "pass design calculation program" compile correctly, the calculation result of the conclusions of the basic requirements, and the actual effect of the rolling process, to enhance employee awareness of the roll pass design, simplified pass design played a certain role.Keywords: pass design calculation program zhongyang steel在棒、线材工艺设计工程中，孔型设计是其重要的一个环节，而孔型设计中涉及计算内容的正确与否又直接影响孔型设计的成功与轧制过程的稳定，因此根据工艺装备水平及生产目标要求，进行正确的孔型设计计算工作就显得尤为重要。
GCr15轴承钢棒线材热连轧过程微观组织演化的数值模拟的开题报告
GCr15轴承钢棒线材热连轧过程微观组织演化的数值模拟的开题报告摘要：本文针对GCr15轴承钢棒线材的热连轧过程中微观组织演化进行数值模拟研究，利用有限元方法建立了热连轧的数值模型，考虑了材料非线性、热力学非平衡以及物理变形等因素对微观组织演化的影响，通过对不同参数和条件下的模拟计算，分析了其对材料组织结构、力学性能及热处理性能的影响，并与实验结果进行了对比分析，验证了模型的正确性和可靠性。
该研究对于优化热连轧过程参数、提高轴承钢材料的性能具有重要意义。
关键词：轴承钢；热连轧；微观组织演化；数值模拟；有限元法1. 研究背景和意义轴承钢作为一种重要的机械结构材料，在工业领域中有着广泛的应用，其性能的优劣对于机械设备的使用寿命和安全性起着决定性的作用。
热轧和冷轧是轴承钢最常见的成形和加工方法，但均存在一定的不足，如热轧易产生辊印、坯面质差等缺陷，而冷轧则容易产生裂纹、变形不易等问题。
热连轧作为一种钢材成形技术，兼有热轧和冷轧的优点，已经成为轴承钢制造领域的重要技术之一。
热连轧技术能够通过精密的轧制工艺来控制轧制温度、送辊速度、辊间间隙等参数，从而获得优良的加工性能和更好的材料品质。
但在热连轧过程中，轧制过程中高温和大应变率的作用会导致材料的微观组织和力学性质的改变，进而影响材料的功能和使用寿命。
因此，研究热连轧过程中材料的微观组织演化规律，优化轧制工艺参数，提高轴承钢材料的性能，对于轴承钢的发展和应用具有十分重要的意义。
2. 研究内容和方法本文主要研究GCr15轴承钢棒线材的热连轧过程中微观组织演化的数值模拟，利用有限元方法建立了热连轧的数值模型，考虑了材料非线性、热力学非平衡以及物理变形等因素对微观组织演化的影响。
需要考虑的因素包括轧制温度、送辊速度、辊间间隙等轧制参数，以及初始材料的宏观形态、晶体取向和合金元素分布等微观因素。
具体的研究步骤包括：1）确定材料的宏观形态、宏观力学参数、形位参数及物理力学参数等；2）建立轧制过程的数学模型，并在有限元软件上实现模拟计算；3）考虑材料的微观组织演化规律，采用晶体塑性学理论和变形材料学等方法，建立微观组织演化的动力学模型；4）通过数值模拟计算，分析材料的力学性能、热处理性能以及轧制过程中微观组织演化的规律和影响因素；5）与实验结果进行对比分析，验证模型的正确性和可靠性。
汽车前轴制坯辊锻工艺分析与三维数值模拟
２有限元模型的建立
辊锻成形技术是轧钢与锻造两种变形 方式交叉融合 而产生
具有鲜 明的特点 ， 它将轧钢常用 的定常孔型改变成沿 效、 精密、 清洁成形技术 ， 是先进制造技术的重要组成部分 是锻 的新技术 ， ， 使成形范围大大扩展 ， 也使变形 造行业应用最广的回转塑性加工技术 。 但要开发一种复杂零件的 轧辊周 向不断变化的辊锻型槽 ， 状 态 复杂 化 。 为 了更好 地 把握 辊 锻 变形 的特 点 和规 律 ， 到辊 锻 得 辊锻成形工艺 ， 仍需相当长的设计与调试周期 。这是 由于对成形 完成辊锻变形的三维模拟 ， 取整个 工件为 规律的认识仍处于经验阶段 ， 已有的轧制方面的研究成果只能提 成形过程的真实描述 ， 如图 １ 所示 ， 某型号前轴终成形辊锻件图。 供 方 向性 指导 ， 法提 供 较精 确 的计 算 方法 与 计算 结 果 。 复杂 轮 研究对象 ， 无
３１坯料 的变 形 过程 ．
度 场 。从 图 ４温 度 场 分带 情况 可 以得 出 以下 结 论 ： 轴 在 辊 锻 过 前 利用 Ｄ Ｆ Ｒ 一 Ｄ模 拟 软 件 ，对 汽 车 前 轴 精 制 坯 辊 锻 成 形 程 中 ， ＥＯ Ｍ３ 工件纵向和横 向的温度分布都是不均匀的 ， 辊锻过程中变 过程进行 了三维热力耦合有 限元模拟计算 ， 如图 ２ 示 ， 所 坯料第 形 复 杂 的部 位 温度 较 高 ， 高达 到 １４ ￣ ， 原 始 温 度 １０ ￣升 最 ２ ０Ｃ 较 ２０Ｃ
截面左右形状对称 ， 上下起伏变化较大 ， 因此成形工艺模拟
轧 ５ 流动规律、 成形机理、 内部应力应变场及流动速度场等， 可望得到 必须 按 三维 有 限元 问题进 行 。 件 材料 ４ ＃钢材 料 的 流动应 力 是 应变 和 应变 速率 的函 数 。 即 较满意的解决 。文献口中应用模 拟技术 ， ， 研究了管材斜轧中前张 轧 制温 度 、
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φ70～80轴承钢棒材轧制过程的孔型设计及三维模拟岳重祥;张立文;阮金华【摘要】A pass system to produce Φ70-80 bearing steel rod by using300mm billet was developed. With the aid of software MSC. Marc and its user subroutine, 3D FE models for the rolling process coupled with the microstructure evolution model of GCr15 steel were established to simulate the deformation of rolled piece and the rolling force at every pass. Meanwhile, the evolutions of temperature, strain, strain rate and austenite grain size in the rolled piece were obtained. The work realized the virtual computer rolling before practical rolling of rod.%开发了采用300mm方坯生产φ70～80mm规格GCr15轴承钢棒材的孔型系统.利用有限元软件MSC.Marc,建立了该生产过程的三维有限元模型.借助MSC.Marc软件的二次开发功能,将GCr15钢的微观组织演变模型与轧制过程的热力耦合有限元模型相结合,预测了该生产过程中的轧制力、轧件变形情况及轧件内部温度、应变、应变率与奥氏体晶粒尺寸的演变情况,实现了棒材实际轧制前的计算机虚拟轧制.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2011(000)002【总页数】5页(P60-64)【关键词】棒材;孔型设计;虚拟轧制;组织演变【作者】岳重祥;张立文;阮金华【作者单位】大连理工大学,材料科学与工程学院,辽宁先进连接技术重点实验室,辽宁,大连,116085;大连理工大学,材料科学与工程学院,辽宁先进连接技术重点实验室,辽宁,大连,116085;大连理工大学,材料科学与工程学院,辽宁先进连接技术重点实验室,辽宁,大连,116085【正文语种】中文【中图分类】TG332;TG335.6棒材断面形状简单,用量巨大,长度长,要求尺寸精度和表面质量高,适合进行大规模专业化生产。
根据轴承钢棒材轧制过程对延伸系数的要求,Φ65mm以下尺寸轴承钢棒材一般采用小断面连铸坯生产,而Φ70mm以上规格轴承钢需要采用大断面连铸坯生产。
目前,采用小断面连铸坯轧制生产Φ65mm以下尺寸轴承钢棒材的工艺已经比较成熟,但采用大断面连铸坯轧制生产Φ70mm以上规格轴承钢的企业较少。
为了满足市场需求,开发采用大断面连铸坯轧制生产Φ70mm以上规格轴承钢棒材的工艺已经引起了冶金工作者的关注。
轧制过程中,轧件内部的应变、应变率及温度等各场量的变化情况不仅能够影响产品的最终尺寸,而且能够导致轧件内部微观组织的演变,进而决定产品的性能。
因此,研究热轧产品变形过程中各场量的变化及微观组织的演变,对于制定合理的生产工艺、提高产品质量具有重要的意义。
近十几年来,有限元法在热轧过程的数值模拟研究中取得了突破,已能比较精确地给出各种变形参数的分布。
如康永林[1,2]等采用三维弹塑性热力耦合有限元法对箱形孔型中轧方件、椭圆孔型中轧圆件以及椭圆-圆孔型系列两道次连轧过程进行了模拟,得到了轧件内部应变、应变率和温度的分布情况。
张立文[3-5]等借助大型有限元软件MSC. Marc模拟了GCr15轴承钢与304不锈钢棒线材的热连轧过程,得到了轧件内部各场量的分布情况。
杜凤山[6,7]等人采用非线性有限元法建立了中厚板轧制过程耦合微观组织演变的分析模型,通过数值模拟得到了轧件内部应变、应变率、温度及奥氏体晶粒尺寸的演变情况。
采用有限元数值模拟方法研究轧制过程已经取得了许多成果,但是这些工作基本上都是对实际轧制过程进行模拟,并通过与实际轧制结果进行对比来验证模拟的准确性。
本研究开发了采用300mm方坯生产Φ70～80mm规格GCr15轴承钢棒材的孔型系统。
然后借助大型有限元软件MSC.Marc,建立了该生产过程中三维弹塑性热力耦合有限元模型,并将该模型与GCr15钢的微观组织演变模型相结合,模拟了轧制过程中轧件内部温度、应变、应变率及奥氏体晶粒尺寸的分布情况,预测了各道次轧制时的轧制力及轧件变形情况。
本工作实现了棒材实际轧制前的计算机虚拟轧制,能够为棒材轧制过程的工艺制定及优化提供参考和指导。
轴承钢GCr15棒材主要用于生产轴承套圈及滚柱,其生产过程中的延伸系数要求大于10～15,所以采用300mm的大方坯生产Φ70～80mm规格GCr15轴承钢棒材是完全可行的。
考虑到各道次的延伸情况,将Φ70mm规格棒材的轧制过程分为六道次粗轧、六道次中轧和四道次精轧。
轧制Φ80mm棒材时,精轧后两道次空轧。
粗轧采用“平箱-立箱-椭-圆-椭-圆”孔型,中轧和精轧采用“椭-圆”孔型。
其中粗轧时椭圆孔型采用双半径椭圆,中轧和精轧时椭圆孔型采用单半径椭圆。
各道次孔型按平立交替分布。
按照国家标准GB/T 702—2004,Φ70～80mm圆钢二组精度允许偏差为±0.7mm,取热膨胀系数为1.013,则Φ70mm成品孔的宽度b和高度h分别为:扩张角取30°,滚缝取5mm,采用圆弧扩张。
Φ70mm成品孔的孔型图如图1(a)所示。
根据经验公式,确定Φ70mm成品前椭圆孔的宽度b和高度h分别为:滚缝取7mm,则Φ70mm成品前椭圆孔的孔型图如图1(b)所示。
Φ80mm成品孔与成品前椭圆孔的设计参照Φ70mm孔的设计。
设计延伸孔型系统(粗轧+中轧)的等轴孔时,首先将12个延伸孔分为6组,并确定各组的延伸系数,然后可以求出各中间等轴孔的尺寸。
图2为第2道次立箱孔和第4道次圆孔的孔型图。
中间扁孔的宽度b和高度h由下式求得:式中:β2和β1分别为轧件在中间孔型和后一等轴孔型中的宽展系数;A和a分别为前后等轴孔型的尺寸。
图3为第1道次平箱孔和第3道次双半径椭圆孔的孔型图。
由于棒材轧制过程的道次多、变形量大,本工作将Φ70～80mm棒材的轧制过程分为粗轧、中轧和精轧三个部分分别建模。
在中轧和精轧之间进行保温、冷却处理,保证精轧前轧件内部温度比较均匀,且不高于850℃,以防止网状碳化物的析出。
各模型间通过数据传递建立联系。
轧件的初始尺寸为300mm×300mm,由于对称性,取轧件的1/4进行分析,图4为粗轧过程的模型图。
轧件定义为弹塑性变形体,采用六面体等参元进行离散划分,其长度大于三倍接触弧长。
轧辊定义为刚性体,其孔型尺寸按照设计设置。
在轧件后端设置一刚性推动体,道次间隙时推动轧件向前运行。
轧件初始温度1150℃,初始奥氏体晶粒尺寸设为200μm。
模型对于边界条件的处理,如摩擦及换热等详见文献[3]。
模型中采用更新Lagrange算法、Prandtl-Reuss流动方程及Von Mises屈服准则等理论处理轧制过程中轧件的热力耦合大变形问题。
模型在进行轧制过程热力耦合分析的同时,通过MSC. Marc软件的二次开发功能,耦合GCr15钢的微观组织演变模型,模拟轧制过程中轧件内部奥氏体晶粒尺寸的演变情况。
在高温热轧过程中,金属将发生加工硬化、回复及再结晶,产生新的奥氏体晶粒,这种微观组织的演变在很大程度上决定了产品的力学性能。
控制轧制过程的再结晶行为,进而得到细小的晶粒,是提高产品性能的重要手段。
自20世纪70年代英国人Sellars[8]提出利用数学模型预测钢材在热轧过程中的组织演变和最终力学性能以来,世界各国的冶金工作者已经建立了CMn钢和低合金钢在热变形中微观组织演变的数学模型。
由于金属的再结晶行为与微量元素的含量有关,所以这些模型不能准确地反映GCr15钢的组织演变过程。
为了对GCr15钢棒材轧制过程的奥氏体晶粒尺寸演变进行准确的模拟,本研究在Gleeble-3800热/力模拟实验机上进行了GCr15钢的单道次压缩实验、双道次压缩实验和奥氏体晶粒长大实验,并对实验结果进行回归分析,获得了GCr15钢的奥氏体组织演变模型[9,10]。
式中:d0为初始晶粒尺寸;ε·为应变速率;T为绝对温度。
一般认为再结晶分数符合Avrami方程:式中:t为再结晶持续时间;t0.5为发生50%再结晶所需时间。
发生50%动态再结晶所需时间为:动态再结晶平均晶粒尺寸由下式决定:亚动态再结晶t0.5的计算模型为:亚动态再结晶平均晶粒尺寸为:静态再结晶模型与亚动态再结晶模型相似,发生50%静态再结晶的时间和再结晶后的晶粒尺寸可由下列关系式描述:温度是热轧过程中重要的轧制参数,它不仅能够影响金属的变形情况,而且还影响着轧件内部微观组织的演变。
热轧过程中温度的精确控制是保证产品力学性能和微观组织均匀性的前提。
图5为模拟得到的轧件内部不同位置温度的演变情况。
从图5可以看出,轧件表面温度变化非常明显。
轧制开始前,表面温度因除磷水的作用而下降;轧制过程中,表面与轧辊间的接触传热使表面温度迅速下降;间隙时,轧件内部的热传导使表面温度回升。
轧件中心与1/4厚度处的温度变化趋势基本一致。
轧制时,轧件中心与1/4厚度处的温度会因变形热而升高;而轧制间隙时,温度呈缓慢下降趋势。
从图5还可以看出,中轧后轧件中心温度较高,中心与表面的温差较大;经保温、冷却处理后,精轧前轧件内部的温度比较均匀,中心温度低于850℃,满足轴承钢精轧时对温度的要求。
轧制过程中,轧件内部应变的大小决定了微观组织演变的方式,而温度、应变与应变率的共同作用决定了微观组织演变的进程,所以研究热轧过程中温度、应变与应变率的变化,是控制轧制产品微观组织和力学性能的基础。
图6(a)为6道次粗轧完成后轧件内部的总等效应变分布云图。
可以看出,轧件内部应变分布并不均匀,轧件斜向表面附近应变最大,中心应变最小。
图6(b)为第7道次轧制时轧件表面等效应变率的分布云图。
可以看处,轧件表面应变率的分布极不均匀。
在没有开始轧制和轧制已经完成的区域,应变率均为零;而在轧制区,应变率大于零,其中在轧制入口处,应变率达到最大值。
其他道次轧制时,轧件表面应变率的分布与图6(b)基本一致,只是最大应变率的取值各不相同。
轧制力是轧制生产所关心的重要参数,影响到轧制的安全、轧辊的使用寿命和轧件的质量等各个方面。
轧制工艺设计时,采用数值模拟的手段得到轧制过程中各道次的轧制力,对于确定轧制工艺的可行性具有重要的指导作用。