一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法技术

本发明专利技术公开了一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法，属于异质金属复合板轧制加工过程的有限元模拟仿真技术领域，该方法主要通过建立不锈钢复合板由基板和覆板构成的轧制坯料、轧辊以及推板的物理模型，并在有限元分析软件DEFORM的前处理模块中，设定材料的属性，运动及边界条件。然后在后处理模块对轧制后的模拟结果进行求解分析，获取了不同轧制工艺下的不锈钢复合板界面附近残余应力的数据。该方法可用于替代实际轧制生产过程，不仅可以实现对实际生产的不锈钢复合板残余应力的预测和控制，而且还可以节省大量的生产时间和成本，具有较大的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法
本专利技术涉及异质金属复合板轧制加工过程的有限元模拟仿真
，尤其是一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法。
技术介绍
近些年来，随着科学技术的飞速发展，材料的服役环境越来越严苛，传统单一的金属材料已经很难满足实际生产需求，这就对新型材料的性能提出了更高的要求。不锈钢复合板是将不锈钢作为复材，普碳钢作为基材，通过爆炸焊、轧制、堆焊等制备方法将不锈钢与低合金钢牢固地结合起来而获得的一种双金属层状复合材料。这种材料不仅具有不锈钢的耐蚀性、抗氧化性等优点，还具备高强度、高刚度、抗疲劳、耐磨等普碳钢的优点。不锈钢复合板已被广泛地应用于桥梁、船舶、海水淡化和油气输送管线等与腐蚀相关的领域。不锈钢复合板高温轧制过程极其复杂，同时轧制过程中由于基材和复材的热物性差异较大，在轧制时容易出现变形不协调的现象，这将导致轧制复合后的板材中存在一定的残余应力。在实际生产中，工厂往往只能根据传统的梯度钻孔、X射线衍射等方法来测定轧后复合板的残余应力。但是这样不仅耗时较长、测量难度大、同时成本也高。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法，能够在工艺参数准确受控的情况下很好地模拟复合板的轧制过程，所得残余应力数据可以较好地指导实际工业生产，从而实现轧后残余应力的优化控制。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法，通过建立不锈钢复合板轧制坯料、轧辊以及推板的物理模型，并在有限元分析软件DEFORM的前处理模块中，设定材料的属性，运动及边界条件；然后在后处理模块中对轧制后的模拟结果进行求解分析，获取不同轧制工艺下的不锈钢复合板界面附近残余应力的数据，实现对实际生产的不锈钢复合板残余应力的预测和控制。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述控制方法具体包括以下步骤：步骤1，建立轧制过程的物理模型：根据实际中的不锈钢复合板轧制过程，设计出轧辊、轧制坯料以及推板的形状尺寸；所述轧制坯料包括基板和覆板，分别对基板和覆板进行尺寸设计，再利用CAD计算机辅助设计软件建立出二维模型，并保存为DXF文件；步骤2，建立轧制过程有限元模型：将步骤1中构建的二维模型DXF文件导入DEFORM-2D中，在程序设置条件里面选择平面应变模式，轧制坯料采用四面体单元划分有限元网格，物体对象形式定义为弹塑性体，轧辊和推板均设定为刚体；复合坯料的轧制方式采用基板-覆板-覆板-基板堆叠对称轧制，为了简化运算，选择复合坯料的1/2进行求解分析，定义覆板的下底面为对称平面，轧辊位于基板的上方，覆板位于基板的下侧；步骤3，设定材料参数：轧制复合坯料的基板采用普通碳素结构钢板，覆板采用不锈钢板；当DEFORM的材料库中没有轧制坯料所对应的材料参数时，通过普通碳素结构钢板和不锈钢板的化学成分，利用JMATPRO软件分别计算出基板和覆板的材料性能参数，并保存为KEY文件；将含有材料信息的KEY文件导入到DEFORM软件中，构建出轧制坯料的材料数据库，完成轧制坯料材料属性的设定；步骤4，设定物块定位和接触边界条件：在物块定位模块中利用偏移和干涉命令，设定基板、覆板以及推板的位置关系，保证物块之间不发生相互干涉；设定基板、覆板、推板相互之间的接触关系；设定利用干涉条件设定轧制各道次压下距离，即轧辊沿着轧制坯料厚度方向的偏移距离；计算轧制总压下率；步骤5，设定初始及运动边界条件：在一般命令模块中设定轧制基板和覆板的初始热轧温度，在性质模块中设定基板和覆板的应变速率；在工具动作模块中设定轧辊的轧制速度；通过位移-时间关系来控制推板与基板、推板与覆板的相对运动；设定基板的上表面、基板与覆板侧表面为热交换面，并设定热交换系数；步骤6，求解分析和后处理：经过对创建作业的求解分析后，在后处理模块中可获得不锈钢复合板的残余应力数值，通过对比不同轧制工艺的残余应力，优化出最佳轧制工艺。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述基板、覆板、推板相互之间的接触关系，是利用干涉条件设定基板和轧辊相互接触，覆板和基板接触贴合，基板和推板接触贴合，覆板和推板接触贴合；基板和轧辊、基板和覆板、基板与推板、覆板与推板之间的摩擦类型为剪切摩擦，并设定剪切摩擦系数；复合界面处需设定粘接缝合条件产生粘结点。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤3中，所述材料性能参数包括但不限于杨氏模量、热传导率、热容、泊松比、线膨胀系数。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤4中，所述轧制总压下率为总偏移距离与起始基板厚度加上起始覆板4厚度之和的比值。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤4中，所述轧制总压下率为70%。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤5中，所述轧制温度的范围为1000～1200℃，所述应变速率为1s-1，轧制速度1500mm/s。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：1、本专利技术通过建立不锈钢复合板轧制坯料、轧辊以及推板的物理模型，并在有限元分析软件DEFORM的前处理模块中，设定材料的属性，运动及边界条件；然后在后处理模块中对轧制后的模拟结果进行求解分析，获取不同轧制工艺下的不锈钢复合板界面附近残余应力的数据，能够实现对实际生产的不锈钢复合板残余应力的预测和控制。2、本专利技术能够在工艺参数准确受控的情况下很好地模拟复合板的轧制过程，所得残余应力数据可以较好地指导实际工业生产，从而实现轧后残余应力的优化控制。3、本专利技术可用于替代实际轧制生产过程，不仅可以实现对实际生产的不锈钢复合板残余应力的预测和控制，而且还可以节省大量的生产时间和成本，具有较大的实用价值。附图说明图1是本专利技术不锈钢复合板物理模型示意图；图2是本专利技术中不锈钢复合板模型表面特征示意图；图3是本专利技术中划分完网格后的不锈钢复合板的模型示意图；图4是本专利技术中轧制模拟过程中的残余应力云图；图5是本专利技术中轧制模拟不锈钢复合板界面两侧应力变化规律图一；图6是本专利技术中轧制模拟不锈钢复合板界面两侧应力变化规律图二；其中，1、轧辊，2、基板，3、推板，4、覆板，5、复合界面，6、对称面。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明：本专利技术的实施例是以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方法和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下面的实施例。Deform是一套专门用于金属塑性成形有限元模拟的仿真软件，通过在计算机上模拟不锈钢复合板的轧制过程，对模拟后的结果进行求解分析，可获得轧后复合板残余应力场。根据模拟得到的残余应力的数据对轧制工艺进行优化，这对工业生产实践和提高不锈钢复合板品质具有重要指导意义。实施例1如图1-6所示，一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法，按如下步骤依次进行：步骤1，建立轧制过程的物理模型：首先根据实际中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法，其特征在于：通过建立不锈钢复合板轧制坯料、轧辊（1）以及推板（3）的物理模型，并在有限元分析软件DEFORM的前处理模块中，设定材料的属性，运动及边界条件；然后在后处理模块中对轧制后的模拟结果进行求解分析，获取不同轧制工艺下的不锈钢复合板界面附近残余应力的数据，实现对实际生产的不锈钢复合板残余应力的预测和控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法，其特征在于：通过建立不锈钢复合板轧制坯料、轧辊（1）以及推板（3）的物理模型，并在有限元分析软件DEFORM的前处理模块中，设定材料的属性，运动及边界条件；然后在后处理模块中对轧制后的模拟结果进行求解分析，获取不同轧制工艺下的不锈钢复合板界面附近残余应力的数据，实现对实际生产的不锈钢复合板残余应力的预测和控制。


2.根据权利要求1所述的一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法，其特征在于：所述控制方法具体包括以下步骤：
步骤1，建立轧制过程的物理模型：
根据实际中的不锈钢复合板轧制过程，设计出轧辊（1）、轧制坯料以及推板（3）的形状尺寸；所述轧制坯料包括基板（2）和覆板（4），分别对基板（2）和覆板（4）进行尺寸设计，再利用CAD计算机辅助设计软件建立出二维模型，并保存为DXF文件；
步骤2，建立轧制过程有限元模型：
将步骤1中构建的二维模型DXF文件导入DEFORM-2D中，在程序设置条件里面选择平面应变模式，轧制坯料采用四面体单元划分有限元网格，物体对象形式定义为弹塑性体，轧辊（1）和推板（3）均设定为刚体；复合坯料的轧制方式采用基板（2）-覆板（4）-覆板（4）-基板（2）堆叠对称轧制，为了简化运算，选择复合坯料的1/2进行求解分析，定义覆板（4）的下底面（6）为对称平面，轧辊（1）位于基板（2）的上方，覆板（4）位于基板（2）的下侧；
步骤3，设定材料参数：
轧制复合坯料的基板（2）采用普通碳素结构钢板，覆板（4）采用不锈钢板；当DEFORM的材料库中没有轧制坯料所对应的材料参数时，通过普通碳素结构钢板和不锈钢板的化学成分，利用JMATPRO软件分别计算出基板（2）和覆板（4）的材料性能参数，并保存为KEY文件；将含有材料信息的KEY文件导入到DEFORM软件中，构建出轧制坯料的材料数据库，完成轧制坯料材料属性的设定；
步骤4，设定物块定位和接触边界条件：
在物块定位模块中利用偏移和干涉命令，设定基板（2）、覆板（4）以及推板（3）的位置关系，保证物块之间不发生相互干涉；设定基板（2）、覆板（4）、推板（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青峰，杨啸雨，吴炳南，高云哲，郭凯，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13