（钢铁冶金专业论文）硬线轧制和水冷过程模拟及cct曲线的解析化.pdf

摘要 准确预报轧件性能，弗对之进行有效地控制是图内外钢材质鬃控制中的一个难 逝，尽管有定量板带钢性能预报韵研究成票见滔予文簸，组怒对于棒线衬，尤其 是高速线材的研究报道，尚未达到使用的程度。 文中对域线的轧制和水冷的工艺过程进行了模拟，在现有模型的基础上进约：了 台理的管形，将v b 编程浯言与大型商用有限元软件a n s y s 静功能糖结合，编镪 出了计算醚线轧制和水冷过程温度及组织变化情况的软件。软件中还包含在已知现 场工艺设备条件和f j t 缝激皮的情况f 反舅水冷工艺，给出水冷喷噍漉量、压力阁数 据的功能。进行了囱预报软件对工艺进行指导的初步尝试。 论文以廊钢高线二车问的现场条件为依据，计算了二车间轧制和水冷全过程的 湿度和缉织变化情况。所计算出的数攥与现场实测数据比较吻合。 论文的计算结票为焉续腻冷段的计算提供了初始条件和计算相交的依嘏。课题 的研究成果：鼠接影响着对风冷相变过稳的准确预报，在整个预报系统中起着至关重 要斡 乍用。课题帮媳冷过程毂研究结合剃一块j l 的成巢的闻世，可使工厂从投本上 消除由于轧制过程1 二艺不合理丽造成瀚硬线异议问鼷。同时，此硕研究为发髓控冷 过程的计算机仿真提供理论依据。 此羚，论文的另一项藤要内吝是对c c t 酋线l = | 曼行了解撰纯处瑾。c c t 蠡曩线是 指导实际生产熟处理的羹矮依据。但国内外目前对于c c t 曲线解析化问题的方法尚 处于研究阶段。文中对现有手册中的c c t 曲线，借助于o r i g i n 的拟合功能，将 c c f 蕊线由图形形式转化为瓣橱表达式蕊形式。然嚣耀趣邻碳食星戆c c t | l 线 乍 为边值曲线，采用插值法编制v b 程序实现对未知钢种c c t 曲线的预测。文中利用 4 5 钢和7 5 钢计算了6 0 钢的c c t 曲线，计算出的曲线与实测的曲线形状吻合得很 好。只是出予m n 含量酶影嗡导致鎏垂线兹位置有些镰左。堡已爵隧比较好瓣爱浚 c c t 曲线位置的变化规律。 论文对c c t 曲线解析化的方法进行了创造性的探索。论文的研究结果可以弥补 c c t 夔线鼗羹上筑不足。圃时会促进缝线热处理过程熬诗舅撬横缀蕊发疆。 关键词：硬线，温度场，组织场，c c t 曲线，模拟 河 ：理i 妒院坝十学位沦文 a b s t r a c t i ti sad i f f i c u l tp r o b l e mt op r e d i c tt h ep e r f o r m a n c eo ft h ef i n a lp r o d u c t i o ne x a c t l ya n d t oc o n t r o li t sq u a l i t yw h e n d o m i n a t i n g t h eq u a l i t yo f t h es t e e li ni n l a n do r o v e r s e a s ， h o u g h s o m es t u d yf r u i t sa b o u tp e r f o r m a n c ef o r e c a s to ft h ep a n e lo rs t r i ps t e e la r ep u b l i s h e di n l i t e r a t u r e ，t h es t u d yr e p o r t sa b o u tb a ra n dw i r e ，e s p e c i a l l yh i g hs p e e dl i n e ，h a v en o tr e a c h e d t h ed e g r e eo f a p p l i a n c e t h er o l l i n ga n dw a t e r c o o l i n gp r o c e s so ft h eh i g h c a r b o nw i r ei ss i m u l a t e di nt h e d i s c o u r s e ，a n dt h em o d e l sa r em o d i f i e d0 1 3 , t h ee x i s t i n gb a s e t h ea u t h o rc o m b i n et h ev b l m _ l g u a g ea n dt h ec o l n l t l e r c ef i n i t ee l e m e n ts o f t w a r ea n s y s ，a n dd e s i g nt h es o f t w a r eo f c a l c u l a t i n gt h ec h a n g e s t a t 3 1 i sa b o u tt e m p e r a t u r ea n dm i c r o s t r u c t u r e d u r i n gr o l l i n ga n d w a t e r c o o l i n g t h i ss o f t w a r ec o n t a i n st h er e v e r s ec a l c u l a t i o no f w a t e r 一c o o l i n gt e c h n i q u e s w h e nk n o u 7 i n gt h es p o tt e c l m i c a lf a c i l i t ya n dt h es p i nt e m p e r a t u r e a n do f f e r st h ed a t ao f t h en o z z t ep l a c k e td e g r e e 、t h ep r i m a r ya t t e m p ti sd o n ea b o u ti n s t r u c t i n gt e c h n i q u e sb y p r e d i c t i o ns o , w a r e b a s e d0 r tt h es c e n ec o n d i t i o no ft h e s e c o n d a r yw o r k s h o p i n h i g h - s p e e dl i n e o f f a n g s h a ns t e e lc o m p a n y t h e a u t h o rc a l c u l a t e st h et e m p e r a t u r ea n dm i c r o s t m c t u r e d u r i n g r o l l i n ga n dw a t e r c o o l i n g f h ec a l c u l a t i o nd a t aa n dt h es p o tm e a s u r ed a t aa r ei n o s c u l a t e d c o n s i d e r a b l y t h er e s u l t so ft h ec a l c u l a t i o np r o v i d et h ef o u n d a t i o nf o rt h e p r e l i m i n a r y c o n d i t i o na n d * - h es o l i d s t a t ec o n v e r s i o nd u r i n gt h es e q u e n t i a lw i n dc o o l i n gp r o c e s s t h er e s u l t so ft a s k a f f e c tt h ev e r a c i t yw h i l ef o r e c a s t i n gt h es o l i d - s t a t ec o n v e r s i o nd u r i n gt h ew i n dc o o l i n g p r o c e s s s oi t i sv e r yi m p o r t a n ti nt h ep r e d i c t i o ns y s t e m i ft h i sr e s e a r c hi sc o m b i n e dw i t h 啦er e s e a r c ho fw i n d c o o l i n gp r o c e s s ；t h e nt h ed i s s i d e n c ea b o u t t h e h i g h c a r b o nl i n e w h i c h i sa r o u s e db yt h ef a l l a c i o u sr o l l i n g t e c h n i q u e si nt h ef a c t o r y ，c a nb ee l i m i n a t e d 。a tt h e s a m et i m e ，t h i st a s k p r o v i d e s a c a d e m i cb a s i cf o rt h e c o m p u t e r s i m u l a t i o no ft h e m a n i p u | a t i v ec o o l i n g i na d d i t i o n t h ea n a l y t i cd i s p o s a la b o u tt h ec c tc i l r v ei sa n o t h e ri m p o r t a n tc o n t e n to f d i s c o u r s et h ec c 1c u r v ei st h ei m p o r t a n tb a s i si n s t r u c t i n gt h ef a c t u a lp r o d u c t i o nd u r i n g h e a tt r e a t m e n t ，i nv i r t u eo fs i m u l a t i o nf i m c t i o no ft h eo r i g i n ，t h ee x i s t i n gc c tc u r v e sr r e t r a n s f o r m e df r o mf i g u r et op a r s ef o r m u l ai nt h i sd i s c o u r s e a n dt h e n ，t a k i n gt h ec c t c u n ；e i 一 河i l 璃li 。7 ：i 洗硕 学位论义 w i t hc o n t i g u o u sc a r b o nc o i l t e n ta sl i m b i e1 2 u t n 7 e ，t h ea u t h o rw o r k o u tv bp r o g r a m 诵 b i n t e r p o l a t i o nt of o r e c a s tt h ec c t c u r v eo fu n k n o w nc a r b o ns t e e l t h ec c tc u r v eo f n o 6 0 s t e e li sc a l c u l a t e db yt h ec u r v e so fn o ，4 5a n dn o 7 5 ，a n dt h i sc u r v ei sc o i n c i d e n tv e r y m u c h 峨强t h ef h c m a lm e a s u r ec u r v e 。t 泌c u r v ei sm o v e dl e 建l i t t t eb e c a t t s eo ft h ei n f e c t i o n o f m a n g a n e s ec o n t e n t b u ti tc a nr e f l e c tt h ec h a n g e r u l eo fc c tc u r v e sv e r yw e l l a l r e a d y ， t h ea u t h o re x p l o r e st h ea n a l y t i c sm e t h o da b o u tc c tc u r v ei nt h ec o u r s e t h es t u d y r e s u l to ft h et a s kc a l lr e m e d yt h ei a c ko fc c tc u l w e q u a n t i w , a n d 贰t h e s a f f l et i m e 。i tw i l l a c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to f c o m p u t e rs i m u l a t i o na b o u tt h eh e a tt r e a t m e n to n l i n e k e y w o r d s ：h i g h c a r b o n w i r e ，t e m p e r a t u r ef i e l d ，t h ef i e l do f t h em i e r o s t r u e t u r e ，t h e c c t c u r v e ，s i m u l a t i o n - i l 一 独创性说嗳 本人郑重声明：所望交的论文是我个人在导炳指导“f 进行的研究 互馋及取得研究残暴。尽我所翔，除了文中特裂热以檬注弱致巍的地 方外，论文巾不包岔其他人已经发表或撰写的研究成聚，也不包含为 获得河北理 ：学院或蕻他教育机构的学位或证书所使用过的利料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任侮贡献均已在论文中镞了疆麓魄 说麓荠表豕了谢意。 签名： 鼙赣：冬一嚣臻 关于论文使震授权的说翡 奉太完全了簿河托理工学院有关僳甏、使蘑学位论文酶裁定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阕和借阅；学校 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用澎印、缩印或其他复制手 段保存沦文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：导师签名： e j 期：年一月一 j 河北理l ：学院硕十学位论文 引言 论文的研究内容属j 二硬线性能预报幂【：l 控制系统的一部分，主要磷究了硬线在轧 制及求冷过缓，其中豹溢凌场秘囊氏体再结晶及菇豢囊长大过程的解毒厅摇述，茏其是 对奥氏体连续冷却转变曲线进行解析化处理，是本研究课题的一颂重要内容。 硬线产晶由于市场需求量大，产晶附加值高，经济效益显著，因此该产品所占 的比重越束越多，在一些工厂硬线产鬣超过了7 0 。但是硬线性能润题也是潮抗国 内高线企业经济效益的关键问题，丰要是拉拔脆断问题表现突出，这也是国内露点 工程的硬线市场被| 一本p 二品占领的原拨所在。究其餍量问题的原闲不外乎是钢在冶 炼过程存在的夹杂物超标、成分编轿闯题，其中夹杂物问题尤为严重。但是，赢线 轧制过程的控轧和控冷工艺对高线质爨的影响也至关重要。轧制和冷却过程中的最 佳工艺参数的实旌不仅霹啦使得高线的性能达到鼓优。而且可以使最终产品的组织 形态与性能满足不同用户的不同要求。准确预报最终产品性能，并对之进行有效地 控制是国内外钢材质量控制的一个难题，尽管有一定量板带钢性能预报的研究成果 冕逶于文献，但是对予黪线栳，尤其是高速线孝葶魄研究报道，邂未达到使用滟程 度。 对实际生产过程进行模拟时，模拟余属冷却过糨中的相变过程，就需要用到金 餍爽氏诲冷却转变曲线。以茳较多豹楚采惩钢誊孝黢罄瀑转变( t t t ) 莲线，利鼹叠 加原理对过程进行禳拟。但是，实际生产过程中钢材的冷却是滤续进行的，鼹然前 述方法不可蝣免会引起些偏差，还怒采用钢材的避续冷却转变( c c t ) 曲线更为 淫惩。到整翦为出，露肉岁 对镪材冷却转变鲑垂线邀露怒援化处璎敬报道j 常少，对 连续冷却转变曲线解析化处理的方法上处在探讨阶段。 我们的研究一方面致力于用已有的数学模型，缀过适当的修正来模拟现实的高 速线誊砉弱生声遭程，以了舞工艺过程啄蕞终产燕熬关系，著以此为蔹撵对工艺提窭 可行性的改藩；另一方筒试图在现有钢种过冷奥氏体连续冷却转变曲线数值化的基 础上，预测出来知钢种的冷却曲线，既方便c c t 曲线应用于在线热处理的模拟i 二， 两刚还可 冀弥 c c t 篷线数量上羚不是。 河北理工学院硕士学位论文 这顼磷褒主要舒对嫒线，黠硬线浆轧裁露水冷过程秘滋发场程缝缓场遴雩亍模 拟，利用模拟结果给出吐丝温度变化时水冷段水量需作如何调熬。这部分借助于控 轧控冷的理沦，以v b 编程和大型a n s y s 有限元软件计算为手段，编制出比较广 泛适弱静瑟报疆线乾麓帮永冷过程中溪度和组缎交讫匏软 孚。翳一方嚣氆聚予v b 和o r i g i n 软件实现现有c c t 曲线的数值化，并在此旗础上通过播值的方法，将数值 化后的相邻碳含量的c c t 睦线作为边谯，计算求德中间碳含量钢萃申的c c t 曲线。 溧题翁骚究结果为嚣露静溅冷穗畿过程提供麓始数据帮毽论依据，直接影响着 对风冷相炱过程的准确预报，在整个预报系统中起潜至关重要的作用。课题和风冷 过程的研究结合到一块儿的成果的问溅，还能使工厂从根本上消除由于轧制过程工 艺不台理稀造成酌硬线辩议润题。藏时，遣为发袋羧冷过程静计算机谤真挺檄理论 依据。课题对c c t 曲线解析化的处璁，弥补了现有c c t 曲线数最上的不足，并在 此闯题的勰决方法上做了创造性的探索。 一2 一 河北理工举院硕士学位论文 第一耄文献综述 l ，l 国内夕卜硬线生产聪状及存在潮蘧 1 0 0 多年来，钢铁一赢是最重要的工程材料。中国在加入w t o 后，经济正融入 世界经济大潮，中国金属制品行业面临新的发展机遇和挑战。目前，世界线材生产 瀵费基本平撬，僵各国的生产积消费劳不平餐。中凝是线榜的簸大生产国，圜时也 是最大的线材消费国“。 世界金属制品目前年产量约为2 4 8 0 万t ，其中铜丝约为2 2 5 0 万t 。中国、日 本、德国、黟国、墨西鸯、巴疆等为主要生产晷。逐年来，随麓我国毫速线秘生产 线的陆续建成，我国的线材产量也迅速增加，2 0 0 3 年产量达到4 0 3 2 万t ，屠馓界首 位。线材的产品结构、生产和进出口情况见表1 1 。目前，金属制品用线材占线材总 璧故返2 8 左右，嚣氆羚上一些发达瓣家蕊金属艇熬蠲量占线撼憨藿豹7 0 以上。 表 1 近几年来我国线材生产、消赘和进出口情况2 1 t a b l e1 1t h e c o m p l e x i o no f p r o d u c t i o n 、c o n s u m p t i o na n d i m p o s ea n de x p o s er e c e n ty e a r so f o u r c o u n t r y 目静，我国线材供求关系在总量上基本平，衡，关键是优质线材鲍生产品种结构 不麓适应鹭隈经济发袋的需要。一骛离覆量、蒋绦用途静线拳孝， 韭需矛j 莺仍缀突 出。主要表现在线材规格少，钢质纯净度、通条性能、均匀性及稳定表面质爨等与 进口盘条相比尚有一定麓距，难以满足高档次线材制品专用盘祭要求。近几年来我 国每年都邋翻鑫条，主要是硬线、台会钢线寿才娃3 。在线寿才生产行业中，通常觳优质 一3 一 河北理f ：学院硕十学位论文 碳素结构钢中含碳遢4 ，5 的中高碳锏轧制的线材称为硬线【3 。它是生产高强锏 丝，诸如轮胎钢丝( c o 8 0 08 5 ) 、弹簧钢线( c o 6 0 0 7 5 ) 、预应力钢丝、镀 锌钢丝、钢绞线和钢丝绳等深加工产品的原料4 1 。 随豢制照工业的发展，对赢碳钢线挞的质量提燃了更惑蛇要求。麓强灌、大羹【 经、低睾公弛鞭应力锻丝黟镪绞线是近年来开发懿瑟产晶，毯界各鬣帮恕它看作为一 穆锻材薪领域静重要研究项嚣巧。 我国韵硬线产晶与国外先邋国家的硬线产晶相比，主要在以下几个方丽存在着 差距o4 ： ( 1 ) 化学成分。 碳含量的控制，国产盘条的稳定性、均匀性与国外驰蓑距较大，疑本享c 户生户： 的大规格裹碳盘条，每批供货时碳灼波动范固基本控制在o 奶以内，嚣国产为 0 。0 3 - - 0 i 。因此述鄹盘条由于骏波动；l 起熬强震差可控制在3 0 n r a m 2 以内，丽 国产盎条逶常在3 0 1 0 0 n m m 2 之间；p 、s 含燕，进口盍条控箭程o 0 1 5 以下， 而国产盘条在o o i5 o0 2 5 之间，个别达至i j o 0 3 。 ( 2 ) 钢的纯净度。 从夹杂的种类饕进口盘条的夹杂比较单一，主要是m n s 、s i 0 2 、f e o ，仅个 别发现锚酸盐夹杂；国产盘条中，多为m n s 和铝酸盐的复合夹杂，甚至出现k 、 n a 、z n 等有害元素的富集。对于夹杂的尺寸，进日盘祭中缀难找- n 3 0 # m 鲶夹杂 物，但国内纛条普遗存在足寸 5 0 # 糖蛉大型夹杂糖。大夹杂及多类夹杂静密集是国 产盘条在拉拨过程中脆断的主要原爵之一。 ( 3 ) 金相组织状态。 进口盘条的索氏体化可达8 3 8 7 ，国内盘条达到7 5 就较困难了。奥氏体 晶粒不均匀，造成索氏体球团栅细不均，使得盘条初始强度偏低，延伸率、面缩率 达不到要求。 从上述分析可以知道，造成国产硬线与进口硬线质量差距蛇主要原因躲了镪在 冶炼过程存在的夹杂物趣标、成分傻板闽题外，轧铡过程中数控轧擦冷二 艺对矮线 产品质量的影嚷也是至关重要的。 4 - 河北理t 举院硕士学位论文 1 2 控制轧制和控制冷却技术 12 1 控制轧制和控制冷却技术的发展 采用控制轧制稆控制冷却工艺对钢材进行强化，较之于其他镪材强化工慧，其 有节约合金、筒仡工序，减少能耗酌特点。是国内外广泛推广的一顼先进轧钢工 艺。它能通过控制工艺的方法充分挖掘钢材潜力，大幅度地提高钢材的综合性 能，给冶金工业和社会带来巨大鲍经浚效麓强1 。 控制轧稍是在热轧过程中通过对念藕加热制度、变形制度和温度翩度的合理控 制，使热塑性变形与固态相变相结合，以获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综 台力学性我蟾$ l 裁蹶工艺。控裁冷鄯楚经裁乾爱镪耱致冷鼙速发达载改善镢糖组织 和性能的髫的。控制轧制和控制冷却栩结合能将热轧钢材的两种强化效果相加，进 一步提高钢材的强韧性和获得合理的综合力学性能。 2 0 世纪2 0 年代就开始磅究镪在热热工时，瀑漤霹交形等蘩馋黠显徽缝织蠢力 学性能的影响。t 9 2 5 年德嗣哈内曼( h a n e m a n n ) 等人做了这方面的试验和工厂实 践。第二次世界大战中，荷兰、比利时、瑞典等国一些没有热处理设备的轧钢厂， 为了提高钢瓣强度窝翻瞧，凌终辜l 滏震羧京l 在9 0 0 6 c 淤下，劳给予2 0 3 0 瓣道次 压下率，生产出具有良好韧性的钢材。这就形成了采用“高温大驻下”细化低碳钢 晶粒，提高强韧性的“控n s l $ 旷的最初概念。 5 0 年代寒察6 0 年代初熬，美謦秘藜苏联等爨隽嚣开震了镪瓣形交蕊楚瑷互琶 与钢材组织和性能关系的理论研究工作，它为控制轧制和控制冷却的机理研究和工 艺的实践奠定了基础。6 0 年代初，英国斯温顿研究所的科研人员提出，铁索体一珠 竞薅镧中嚣徽缝缓与毪裁之阖翁定爨关系，蠲表述蚕穆强纯疑裁 睾雳敬懿奇 ( p e r c h ) 关系式明确表明了热轧时晶晕直细化的重簧性。在低碳含量( 或低珠光体数 量) 的钢中，细化的铁索体晶粒加上弥敬沉淀析出的碳化物质点提高了钢的属服强 疫，同时也改善了镪戆塑性和蘩蠖。 6 0 年代中期，英国钢铁研究会进行了一系列研究：降碳改善辍性和焊接性能， 利用n b 、v 获得高强度，n b 对奥氏体再结晶的抑制作用以及细化奥氏体晶粒的各 耱途径。6 0 颦代螽蓊，荚鬻采震控篱l 筑籀工艺生产密盯， 4 2 2m p a 静含n b 钢板， 一5 - 河j g 理下学黼磺七学往论文 用来制造大口径输油钢管。 鼍本些钢铁公司用控制轧制工艺生产出强度商，低温 翻魏好蕊镶缀，并开发蠢系列耨懿茬麓筑稍工艺，箍螽了程盛靛控麓襞锱疆论。 在开发控制轧制_ 艺时，人们致力予降低终轧瀑度。在热轧带镪时，热轧王艺 保持不变，仅采穗较低瓣卷敬滋度，可溅除或减小扳卷头部、中部葶鞋尾掷款强嶷 蓉。镳费连禁冷却转交c c t ) 煞线为逸撵合逶翦冷裁邃度帮繁诵卷敬温凄提供了 第手参考数据说明轧届冷却速度和裙取濡度对带诵组织和性能有直接影响，戮 两引起人们对控制冷却的重视。 控制冷却技术最初鹿蔫在窄带帮中辱援生产上。鬻薏接裁冷却掇遴磁究羲不断 深化及其实践，除了在中_ 哼：钢板，热轧带铡生产中采用控制冷却工艺外，在线犍生 产中也驭褥了 k 较戏熟定型的接划冷却二藏。酝泰尔摩冷却法正式发袭予1 9 6 4 年。 它的鞲避基本解决了线誊菩的拉援缝熊。瑶聚又获聂了器耪类型鹃控制冷却方法，倒 翅瓣劳受法，滤马克一，、滔法，热水浴法簿。这些方法在世赛各国樽鲻了广泛鹣艘 撼，劳显在不戮液避享嚣撬出赫懿控割冷却方法。 近些年米，控制冷却已经成功的运用巍棒零季、蜾纹钢簸、钢管戳及型铜生产帮 合盘钢生产中，并取得了明鼹的经济效赫和社会效益。 年代扔，我耀在控制轧制、轧蜃冷却控露4 鄹锶枣孝变形热处理王艺职究方硬已 经怒步，并联褥翘步成巢。倒赡，对含蠢e “n i 、v 的超麓强度铡酶影变热筵邂王 艺艇究，辘承镪轧厝姨冷王艺错究，钢掇维织性能与轧剃王艺参数关系磺究等。健 蹩，枣予菜整缴灏，凌这方瓣敬研究工 蕈怒误了卡多年之久，壹到1 9 7 8 年考又羹麟 开始对控箭筑制和控箭冷却工艺及箕有关瑷论进行系统的研究。褥掰是在蓠家筇六 个釉第七个五年计划期间，圈家科委和冶惫部将控制轧制和控制冷却课题作为谶点 辩羧攻关顼翼，缝织裹餐浚羧、工_ 厂蟊辩獗良凝兹大援秘旗按拳久援对控隶接l 剡、 控制冷却工艺，设备及蠢关麓本理论进行系统地研究。在变形奥氐体辩结照规德、 变形奥氏体樱变机制、羰化物援出沉淀煺镎及其定星分蛎、强韧化帆制、微量元豢 翡佟嚣，茬潮轧裁窝控裁冷帮王艺裾开发，强及赣燕秘翡聚裁等方稻鄱取褥了甄大 成聚，在某些方谣已经接近躐达到繇际水平。1 。 * 6 * 河北理工学院硕j e 学位论文 1 2 2 控制轧制和控制冷却技术在线材生产上的j 囊用 随着线村轧制速度的提高，轧后控制冷却成为必不可少的一部分，但是控制轧 制在线材中的应用在7 0 年代后才开始发展。由予线慰的变形过程是出孔型蹶确定， 要改变套段的变形繁比较困难，载铡漫度鲍控铡主要取决于鸯鬟热瀑凄( 即开轧瀑 凄) ，在无中闺冷却豹条 牛下，无法控锚轧京过程中静湿度交亿。嚣戴，在过去静 线幸孝轧截中控翻轧稍很难实现。 为满足用户对线材的高精度、高质爨要求，高速线材轧机得到发展，无扭精轧 机组机型进一步改进。1 9 8 4 年以后，摩根公司掇供的1 0 0 m s 简速无扭机缎均为v 型结构。新一代v 型机组，在结构上做了熏大改进，机组重心下降，倾动力矩减 少，增加了机组豹稳定性。它噪音级别低，视野开阕，便予操l 乍管理，枧缀重量较 轻。在第一套v 型虮缓闯世以恁，褰速线楗轧枧将控铡章制技术弓 入了工艺设备等 慧体设计。 现代高速线材轧梳己能生产高精度的产品，有的在高速线材精辊机组前增设预 冷段( 可降低轧件温度 0 0 。c ) 及在精轧机组各机架建设水冷导位装置，以降低轧 件出精轧机组的温度等。般采用降低开轧温度的办法保证对温度的有效控制 ( 1 0 o 线材轧展冷却的目的主要是褥到产品所要求的组织及组织燃能媳均匀。眭以及减 少二次氧化铁皮款生成爨。为了减少二次氧化铁皮爨，要求热大冷却遮发。要褥到 绣要求静组织性能雯嚣要根据不阕品种控制冷却工艺参数。 一般线辛孝氧后控箭冷却过程可分为三个阶段，第一阶段主要目的越为相交作组 织准备及减少二次氧化铁皮生成量。一般采用快速冷却铡相变前温度，此灏度称为 畦丝温度；笫二阶段为相变过程，主要控制冷却速度；篇三阶段相变完了，有时考 虑到固溶元素的析出，采用慢冷，一般采用空冷。 按照控制冷却的原理与工艺要求，线材控制冷却的基本方法是：首先让轧铡是 的线毒孝在导繁或水籍盎用离压水快速冷却，器由吐丝极把线挝姨成环状，以数卷形 式分毒到运竣辊遂( 链) 上，接其按要求浆冷却速发均匈溅冷，最螽跌较恢的冷却 速度冷却裂蓉 集卷静温魔进行集卷、运输和打捆等。 河北理：_ i 二学院硕士学位论文 因此，工艺上对线材控制冷却提出的基本要求是能够严格控制轧传冷却过程菇 阶段的冷却速度和相变湿艘，使得既能保证产品性能要求又姥尽量的减少氧化擐 赶。 各钢释蟾戏分不羁，它们懿转变温度、转变露漓帮组织特征各不糯同。繇使潮 锱释，只疆最终粥途不同，所要求的组织和褴能也不尽相同。函此，对它们的工 艺要求敬决于钢种、成分和最终用途诤3 。 线材的轧后控冷工艺的合理制定是生产优质硬线的有力保证，是整个硬线生产 过程中质量控制的关键环节之一3 。硬线一般用于制作钢丝绳、预应力混擞土以 及车轮胎夹线等深加工产品的原料。所以硬线擞条的控制耍以提巍拉拔性能为黄要 目的。这就要求组织以拉拔性能极好的细珠光体( 即繁氏体) 为主，鳃织中铁素体 含量应尽可能少，虽以块状均匀分瘫嚣非憋状孝厅出。热外，组织中不褥膏淬火维绥 ( 马氏体或爱氐俸) 出现h 孙。 1 3 金属轧制过程计算机模拟的研究现状 在金属塑性加工过程中，人们通常都夯望能全匿、详纲地了解和掌握会属变形 过稷中的变形力能参数和照微组织变化。跨? 兄，并以此淹依据来调整秘优化工艺参 数，开发薪工艺襄凝竣荟，驮褥达到改善产茹矮羹、提离生产率帮降低成本静胬 的，满足用户对产菇数量稳菝量越采越高静要求。 然而，金耩塑性加工过程怒一个十分复杂的过程，在遮一过稔中，不仅要从加 工力学的角度来考虑和求解塑性变形时金属的流动、愈属内部的应力和应变及其分 布函数关系、变形力和变形力矩，而且还要通过传热学、金属学等考虑变形时的热 传导、金属内部的组织变化( 如动态、静态回复，动态、静态再缝最，晶粒长大， 相变以及第二棚粒子撰如) 等物理冶金现象。要全嚣、详缎地获取变形力糍参数黻 及了鳞上述物理冶金瑗象款本矮，必绥逶过各季孛实验手段对掘工过程加滋全_ 匿研 究。 在实际生产过程中，由于生产条件、设备阻及生产任务所限，不可能允许在生 产设备上获得这类实验及研究的结果。为此，就必须采用菜种经济的手段再现金属 塑性交形过程或变形过程中物理现象的重蛩特征的某种客体来代替真实的变形过程 一8 一 河北理工学院硕士学位论文 或物理现象，这种研究方法就称之为金属塑性变形过稳的模拟。随着轧制理论及计 算机技术的发展，借助予现代变形理论和计算机技术对塑性变形过程避霉有目的、 可控制的模拟，才能揭示变形过程的实质秘冬影嗡参数淫的关系，麸麓钱化工艺过 程，推动生产技术发展。 热载过程计葬梳模攒系统建立的主要舀的在予了解与热轧过程密切相关的应 力、应交、温度以及工件内部受微组织的变化情况，从而通过工艺参数的确定及优 化，实现轧制生产既要保证钢材精确成型，又要改善钢材组织和性能的目标。 热轧过程的计算机模拟主要有四个方面的模型来完成：( 1 ) 温度模型：描述和 模拟轧件及轧辊温度；( 2 ) 。轧制力能参数模型：预报应力及威力分糍，求鳃轧制 力、轧制力距、电机功率、变形摅力：( 3 ) 组织变化模型：颈摄舆氏钵燕粒尺寸 ( 动、静态霉结是、回复霹晶坡长大) ，秘变过程；( 4 ) 性能颓搬模型：预缀轧辛芎最 终极攘蝰能( 屈鼹强度、按拉强度、 牵长率和磺度) 。 对予前两个方谣的模型，各国学者已做了大量的研究j = 作，目前舀进入实用化 阶段。然而，对于8 0 年代才开始的热变形过程微观组织的变化和轧后材料力学性能 的预报尚处于进一步的研究中“。 前面我们已经提到，控n s f l i b ； n 控制冷却工艺的合理性对硬线产晶的性能有很 大的影响。对线材轧制鄱冷却过程进行计算机模拟，准确预报硬线产品的组织性 能，磬慰之进行有效控刿是国内处钢材质量控制静个难题。尽管有一定瀣板豢销 性戆瑗擐麴磺究成巢见诸予文献，键是对予棒线材，茏萁怒高速线材瀚研究报道， 滏束达到佼蟊j 鹊程度。 1 4 钢的冷却转变曲线解析化的研究现状 准确预报钢材产品的组织愁能，除了要了鳃其在转到过程中晶粒破碎及长大黪 馕溅外，还必绥了解葵在冷却过程中的楣变过程。钢黔冷却转变整线不仅是铡定热 处理工慧熬疆论基磷，麓对也是模熬在线热楚瑾过程的藿要理论依据。 钢加熬至稿界点以上，保澄一定时间，将形成高温稳定组织奥氏体。奥氏 体冷却至临界点以下，如果过冷度较大，这时的奥氏体组织是不稳定的，一般称之 一9 - 河北理i 学院硕十学位论文 为过冷舆氏体。过冷奥氏体在研i 同的冷却条件下，最终可能转变为珠光体、贝氏 体、马氏体或它们的混合组织，从而导致铡材最终性能的多棒性4 、。 钢的过冷奥氏体转变鳇线分为两种，秘是等遗转变动力学( t t t ) 蛙线，另 秘是连续冷却转变动力学( c c t ) 夔线。瞧予t 霹蕊线描述弱楚等瀑热楚理过程 瓣转变动力学，它不能直接应用予计算瓿高溢开始瀚冷帮过程的金褶转交过程 5 l 。1 下t 图只能对连续冷都的热箍理工艺提供定程数据。在实际工作中，c c t 曲 线圈比t t t 曲线图有更广泛的实用价值。但是，直到现在，钢的c c t 曲线图一盥 是由实验测定的。由于c c t 曲线图的测定较为复杂，对仪器要求较高，而且由于对 转变产物金相观测上的嘲难，使得实验结果精确度受到限制。因此，耳髓c c t 曲线 图的数量较少，精确度也比t t t 曲线图差“，这大大影响了c c t 蛙线的应鬟。因 此就提出了c c t 蝰线载解析化翘题。 c c t 篷线静解橱纯是措在将琥有c c t 萄线数值化楚理的基础上，将各彩桐 c c t 醢线位罱的因桑对c c t 曲线位置的影响关系鹫化，使得通过已有的c c t 曲线 可以方便的通过计算预测出未知钢种的c c t 曲线。目前国内外此方面的报道非常 少，对c c t 曲线解析化的方法尚处于探讨之中。 l 。5 硬线轧割相水冷过程模拟致c c t 篷线瓣析化静意义 强嚣露产硬线与晷外先进国家疆线产品褚魄在蔟量上述存在一定差距，主要表 蕊在通条往差，索氏体化章不商，表西存在缺陷等方面，线材的拉掇脆断问题突 出。解决硬线生产的质最问题除了提高炼钢过程的纯净度外，正确制定线材生产时 的控轧控冷工艺也是至关重要的。 钢材的内部组织决定着钢材的性能。通过控轧控冷工艺控制钢材的组织，进巅 控制钢树的性能，首先必须了嬲钢材在整个生产过程中最微组织的变化壤况。薅钢 材奁生产过程中的湿度变化是计算显微组织变化蛉基础。对硬线的生产过程进薯亍模 拟熬罄懿就是逶过诗算乾佟在轧制帮冷却过程中靛温度场帮组织场的变纯，了解过 程工艺参数对产晶组织和性能的影响。磊前对于高速线材逸方简的研究报道尚未达 到使用的程发。 一1 0 河北理1 ：学院硕士学位论文 论文磺变癌吝矮子凝线毪栽羲擐号控裁系统戆都劳，赞对疆线戆聋l 翻耱承冷 过程，编制出比较广泛邋用的计算硬绒温度场和组织场变化的软件。计算出的吐丝 时线材断蕊濑度分布和舆氐体晶粒尺寸分布结果为籍续风冷段湛庹场和组织场鲍计 葵鬟筷窝鲶数据。漂题鹣褥究或票誊接影髓羞对疑冷柱变过程鹃瀑穗颈摄，在整个 预报系统中超着至关重辫的作用。谍题和风冷过秘的研究结合到一块儿的成果的问 擞可以代蛰生产试验的作黑，具有经济，简便，可煎复等优点：还能使工厂从根本 主渍豫枣予裁裁过程工艺不合瑾磊遗戏鹃硬线舅议翊嚣；对魏场工艺豹裁定凝毒深 远的指导意义。 在计算硬线末冷过攫瀑度场融，我 】氆助了大型商爱有陡元软俘a n s y s 戆诗 簿魂筏。蘧是，v b 与a n s y s 翁连攘溺嚣是一个滚题。文孛季l 瘸宏程痔帮鼗獬文t i 牟 解决了两者之间的数据传递问题，使得从v b 界筒中可以方便的淑变a n s y s 程序 浆诗算参数，a n s y s 鲍诗冀结果也霹以方便鲍为v b 诗冀过程黪裂餍；这个瓣题戆 簿决，为类憾较孝 静开发搔明了道路。是论文静削新之楚。 对硬线性能的准确预报离不开对冷却过程相变过程的模拟计算，而准确计算相 变过程要懿c c t 益线为袄攥。但嚣蓠手麓孛静c c t 夔线均为溪形形式，将萁曩予 模拟较件串糍必须转纯为解析表达式的形式。困既，我稍对现有销种的c c t 懿线进 行了数值化处理。处理的结果为硬线风冷相变过糨计算提供了艘论依据，同时，也 可以蝽其方便的痊爝到葵毽生产过程的在缝热整理过程翡模援上。考意裂c c t 澈凌 数量较少太大限割了c c t 曲线在实际中静应用，在数值纯的c c t 曲线基础上又对 c c t 曲线进一步进行了解析化处理。对利用已知c c t 曲线通过计算预测未知c c t 馥线在方法乏送行了截造健鹣探索。鸯弥褥c c t 鲢线数量瓣不足露替代实验溅萋 c c t 曲线提供了理论上麴依据。 河北理l ：学院硕十学位论文 第二耄轧制和水冷过程的溢度变化模拟 温度场是计算组织场的基础，因此，对生产过程的温度场进行模拟计算在整个 性能颚掇穗控制系统中超羞攀是轻夔静 乍用。我们分亳蓐了磺线轧割帮东冷过程中影 漆澄度变化簿因素。在对现有模型进行合瑾修正酶纂确上，借驹子v b 和a n s y s 二者功能的结台，计算了轧制和永冷过程的温度变化。对于研究过程中遇到的v b 与a n s y s 连接的难题，我们通过宏程序和数据文件实现了二者之间数据的相互调 用。在计算过程中要用到冷却水和钢材的热物性参数，但是手册上的数据均是各物 性参数对温度的离散值，为了使用的方便，将它们拟合为解板式的形式。 2 。l 轧制过程温度变化的计箨 2 11 影晌轧制过程中温度变化的因素 许多学者研究证明，在轧制过程中只有相当于总变形功的6 7 用来使金属晶 格扭曲，作为弹性位能存储在金属中。藤绝大郏分变形功转化为热能进入l 传内 部。所以乾划时的变形热在$ l 制过程中起菪提塞轧 譬涅度数 乍溺，并参与轧利捺全 过程。此姊， l 件还以辐射、传导、对流酶方式向羚散发热量。轧钢生产过程中求 解温度变仡静影桶因素主要包括以下凡个方丽； ( 1 )轧件塑性交形的变形功转化为热能，结聚使轧件的温度上升，以，。表 不： ( 2 ) 轧件表硬闽周围辐射热量，结果馒$ b l 牛鲍湛度下降，以茁。表示； ( 3 ) 在变形区内，由于轧件和轧辊表萄星稻着获态，轧件淘轧辊遗行燕传导， 由轧辊带走热量，结果使轧件温度下降，以m 。表示； ( 4 )轧制过程用于冷却轧稽和导卫装置的冷却水飞溅到轧件表两带走热量，结 果使轧件温度下降，以f 。表示； ( 5 )轧传在运行过程中南予空气对淡繁走一部分热量，茭结采馊轧譬 温度下 降，瞄& ，表示； - 1 2 - 河北理r 学院硕十学位论文 辫筑伟彝茕囊接触表瑟熬裰刘摩擦运交产生缒薄蒙热，绪粟嫒茕薅滋度上 升，以心，黢示。 如鬃愁镪坯热热澄度提为黉数，剐辊巷l 过程中每一道次的瀑皮变位珂以写戏 下式： = a t p + a t ，一( a ，口+ a t 。+ a t ，+ a t d ) ( 2 1 ) 歇式( 2 。1 ) 可以蓍浅，每一道次豹温度变纯楚上述诸嚣索瓣综台缝暴。不窝熬 生产条件，各因素的差异甚大。对予高速连续式轧枫，随着速殿的提高，抟撼、辐 射和对流锋带走的热量损失将大为减少。 乾毒过獠中冷却承带走蕊量所雩 怒戆漫度辫怒个寝难楚遐鹣鼗据。溷为在鞋 制过程中一般对轧件并不进行专门冷却，只是在冷却轧辊、轴承和导卫时冷却液体 溅落在轧件巴造成的热凝损失。在一般情况下此因索对轧件每道次温度变化影响 甚徽，显影响程度帮毒k 载遽疫或夏魄。雯癸，筑裂速凄在一定程瘦上决定蓉特氧薅 闯。生产豁连续性愈强戴反映也就慰明显，并可近似地认为岔。魑待轧对间的函数。 轧件在待轧过程中对流热损失相对予辐射热损失来说也小得多，二者同样是特轧时 蠲斡番鼗。为了运算篙馁，掇囊现场实灞鼗摇薅薅换算，对& 。、矗乞魏岔。臻鲡下 处理： 尉# + a t 。+ a t ：= k a t p ( 2 2 ) 式孛，k ，飘疑麓式系数。连续式茕穰取鬣。= t 5 。 如果旌= 轧制过程中聚用强制手段冷却轧件，式( 2 2 ) 就不潞当了，这时艨按具 薅媾嚣分剩接导诗算方摇。 许多学卷研究表弱，a t ，同a t ，对沈可以怒略不计，这样简化厢韵方程式可以写 成 & = f k # 矗屯一矗炙 ( 2 + 3 ) 2 1 ，2 轧制j 髓程温度变化计算的实现 通过上述分板，我们将乾制过栏濑度酶变化分为三蘸分考虑；变形功l 越的漫 凌主嚣( 摩擦热弱变黟麓榻毙，忽礴不诗) ；辖羹幸孳 起夔潼魔下降( 其孛麓糕了枣 - 1 3 一 塑! ! 型j ：兰堕堕堂丝堡壅一 于冷拳承骜走麓熬量帮蠢予空气对浚赘走翡热量) ；峦予氯辍热传导誉走静热餐。 三者的代数和即为轧制过程的总温降。 ( t ) 变形功引起的灞鏖上升计算 翔骜所述，变形功的9 4 豹麓羹转化为蕊麓， 制功所产生的温度变化为： 0 9 4 a t 一2 9 g c x 4 2 7 对予一令完整靛变黟基采浚，氯 ( 2 辱) 式中，变形功( k g m ) ： g 变形区所包含的轧件熏量( k g ) ； # 毫蘧状态下碳蘩黪平均跪蕊，e * e ，1 6 6 ； 4 2 7 热功当最。 如果变形区长度和轧件断砸尺寸以毫米为计算单位，贝t 变搿医嚏所包禽的会羼 重量( 廷) 爵麓下式计冀： g = 五b 均7