基于有限元分析法的棒材轧制工艺优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于有限元分析法的棒材轧制工艺优化方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
基于有限元分析法的棒材轧制工艺优化方法


[0001]本专利技术涉及钢棒材轧制领域，具体涉及一种基于有限元分析法的棒材轧制工艺优化方法
。

技术介绍

[0002]钢棒材是一种常见的钢材产品，广泛应用于航天
、
航空
、
军工
、
海工
、
风电
、
深井
、
高铁等众多领域
。
在钢棒材加工和生产过程中，由于钢自身组织缺陷以及连铸过程中的工艺问题等因素影响，棒材产品不可避免地会出现各种内部缺陷，其中芯部裂纹和中心缩孔尤为常见
。
这些缺陷严重影响成品的质量与力学性能，缺陷严重时甚至会引起断裂，为生产安全带来极大隐患
。
[0003]轧制工艺对于钢材的最终性能有着非常重要的影响
。
在钢的热连轧过程中，随着钢材在高温下变形，其内部的缺陷也会相应得到改善
。
例如中心缩孔，因为轧制压力的渗透，中心缩孔的上下表面逐渐靠近并最终贴合，在高温扩散的作用下，融为一体，即为焊合
。
[0004]除了不同钢种的特性，轧制工艺对于孔隙的焊合具有决定性影响
。
由于在连轧过程中，在中间道次的轧制过程中，无法将轧件取下进行分析，因此，亟需设计一种基于有限元分析法的棒材轧制工艺优化方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于有限元分析法的棒材轧制工艺优化方法，它可以确定影响轧件芯部质量的主要因素，并制定最优工艺
。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于有限元分析法的棒材轧制工艺优化方法，包括：
[0007]S1
，利用有限元模拟软件对轧件的现有轧制工艺进行模拟，获得钢棒材芯部的等效应力及等效塑性应变数据；
[0008]S2
，以
S1
中得到的钢棒材芯部的等效应力及等效塑性应变数据作为轧件芯部质量评估的原始数据和对照标准，确定影响轧件轧制质量的工艺参数变量，基于所述工艺参数变量制作田口表；
[0009]S3
，根据所述田口表中的参数组合，改变模拟时的轧制工艺参数，重复模拟实验，得到不同工艺条件下的模拟轧制结果，所述模拟轧制结果包括钢棒材芯部的等效应力及等效塑性应变数据；
[0010]S4
，基于不同工艺条件下的模拟轧制结果优化轧制工艺
。
[0011]进一步，
S1
具体包括：
[0012]S11
，依照轧件的现有轧制工艺，在有限元模拟软件前处理中建立粗轧过程中轧辊和轧件的模型；
[0013]S12
，将轧件的流变应力曲线导入所述有限元模拟软件，其中，轧件的流变应力曲线为材料性能模拟软件模拟得到的；
[0014]S13
，将轧辊面视为刚体，轧件视为变形体，推板视为刚体，设置轧辊和轧件的初始温度
、
轧辊与轧件之间的摩擦系数及换热系数
、
环境温度
、
轧件与环境间的换热系数
、
边界条件；
[0015]S14
，完成有限元计算
。
[0016]进一步，所述工艺参数变量包括轧件开轧初温
、
芯表温差及节点与轧件中心的距离
。
[0017]进一步，
S4
具体包括：
[0018]S41
，根据各工艺条件下的模拟轧制结果获得各工艺条件下的等效塑性应变值；
[0019]S42
，分析各工艺条件下的等效塑性应变值的正态性，并排列各工艺参数变量对轧件芯部应变影响的主次顺序；
[0020]S43
，根据所述主次顺序优化轧制工艺
。
[0021]采用上述技术方案后，本专利技术采用有限元软件对连铸产生的类长方形坯料孔型轧制过程进行模拟，以获得等效应变和等效应力的分布情况，然后根据轧制过程的应力应变变化情况，对轧件心部缺陷演变原因进行推断，确定影响轧件芯部质量的主要因素，并利用有限元模拟以及正交实验设计制定最优工艺，进而有效地去除中心缩孔，中心裂纹等缺陷，提高产品质量，提高材料利用率，提高生产效率，降低产品成本
。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的基于有限元分析法的棒材轧制工艺优化方法的流程图；
[0023]图2为轧辊轧件推板模型；
[0024]图3是轧件宽度厚度截面网格划分图；
[0025]图4是轧件长度方向网格划分图
[0026]图5是选取节点位置图
[0027]图6是轧件整体等效塑性应变云图
[0028]图7是轧件轴向截面等效塑性应变云图
[0029]图8是轧件芯部等效塑性应变的概率图
[0030]图9是轧件芯部等效塑性应变信噪比主效应图
[0031]图
10
是轧件芯部等效塑性应变均值主效应图
。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明
。
[0033]如图1所示，一种基于有限元分析法的棒材轧制工艺优化方法，包括：
[0034]S1
，利用有限元模拟软件对轧件的现有轧制工艺进行模拟，获得钢棒材芯部的等效应力及等效塑性应变数据；
[0035]S2
，以
S1
中得到的钢棒材芯部的等效应力及等效塑性应变数据作为轧件芯部质量评估的原始数据和对照标准，确定影响轧件轧制质量的工艺参数变量，基于所述工艺参数变量制作田口表；
[0036]轧件芯部位置的应力与应变越大，说明轧制力和变形向芯部渗透的效果越好，越
有利于轧件芯部的缩孔
、
显微裂纹等缺陷的焊合
。
故可根据
S1
所得等效应力及等效塑性应变数据，作为后续调整参数时，对轧件的芯部质量评估的原始数据与对照标准
。
在模拟过程中，哪个参数的变化对专利技术人关注的结果的影响大于预设标准，那么，这个参数就可以认为是影响轧件轧制质量的工艺参数变量
。
[0037]S3
，根据所述田口表中的参数组合，改变模拟时的轧制工艺参数，重复模拟实验，得到不同工艺条件下的模拟轧制结果，模拟轧制结果包括钢棒材芯部的等效应力及等效塑性应变数据；
[0038]S4
，基于不同工艺条件下的模拟轧制结果优化轧制工艺
。
[0039]本实施例考虑到轧件内部及表面金属流动的复杂性，以及诸多可变因素的影响，使得控制棒材中心缺陷上有很大困难，单纯依靠实验数据和操作经验的方法耗时费资，从而引入基于有限元模拟方法来辅助探索以何种工艺可以最大程度上降低轧件心部缺陷，并通过分析应力应变和变形的变化来解释本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于有限元分析法的棒材轧制工艺优化方法，其特征在于，包括：
S1
，利用有限元模拟软件对轧件的现有轧制工艺进行模拟，获得钢棒材芯部的等效应力及等效塑性应变数据；
S2
，以
S1
中得到的钢棒材芯部的等效应力及等效塑性应变数据作为轧件芯部质量评估的原始数据和对照标准，确定影响轧件轧制质量的工艺参数变量，基于所述工艺参数变量制作田口表；
S3
，根据所述田口表中的参数组合，改变模拟时的轧制工艺参数，重复模拟实验，得到不同工艺条件下的模拟轧制结果，所述模拟轧制结果包括钢棒材芯部的等效应力及等效塑性应变数据；
S4
，基于不同工艺条件下的模拟轧制结果优化轧制工艺
。2.
根据权利要求1所述的基于有限元分析法的棒材轧制工艺优化方法，其特征在于，
S1
具体包括：
S11
，依照轧件的现有轧制工艺，在有限元模拟软件前处理中建立粗轧过程中轧辊和轧件的模型；
S12
，将轧件的流变应力曲线导入所述有限元模拟软件，其中，轧件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄玉，朱兴治，来永彪，王天宇，宋建成，黄贞益，
申请(专利权)人：安徽工业大学常州中天特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：