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不锈钢/碳钢热轧模拟及冷轧实验研究

作　者: 李晋
导　师: 马立峰
学　校: 太原科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 复合板轧制模拟残余应力退火界面分析
分类号: TG335
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本文针对不锈钢/碳钢/不锈钢三层复合板在轧制过程中容易出现界面变形不协调，界面内应力高，界面不平整，温降快等问题，基于热-机耦合算法，利用有限元软件Marc建立了三维弹性有限元模型。采根据实际轧制复合工况进行边界条件的简化和加载，模拟了三层复合板在高温（1200℃）轧制过程中,不同速度、不同压下率，对温度场、应力场分布的影响，同时对界面残余应力进行了分析。同时对二层复合板进行了冷轧模拟和冷轧实验，在退火后，对复合板力学性能和界面组织状态特征和成分进行了分析。具体研究内容及结果如下：(1)轧制过程中，轧辊辊速越快，复合板表面温度就越高，辊速为0.5m/s时，最低点温度为937℃，界面处温度升高2.3℃，辊速为2m/s时，不锈钢表层温度为1150℃，界面处温度升高5.35℃。20%压下率时，不锈钢表面温度降到1020℃，界面处温度升高1.97℃，30%压下率时，不锈钢表面温度降到960℃，界面处温度升高4.6℃。轧制过程中，最大应力值出现在轧制过程中不锈钢表层以及复合界面处。(2)运用MARC有限元的手段，对轧制完成的三层复合板残余应力进行了分析，并施加不同的条件后，分析了轧后复合板残余应力的变化。结果表明：经过弯曲降应力单元后与只有二辊轧制相比较，界面处残余应力值下降较为明显。轧制速度的提高，复合板最终的残余应力降低较为明显。弯曲降应力单元辊距由120mm增加到170mm时，应力明显下降至最低。在几组施加的前后张力中，当前张力为20MPa，后张力为3MPa时，复合板整体残余应力值最小。并确定了一个最小残余应力轧制方案。(3)建立了冷轧二辊模型，分析了二层板变形规律。进行了轧制对，拉伸和退火退火实验，发现：经过小压下率轧制后，复合板结合强度和极限强度都明显升高，经过退火后的复合板，屈服强度有所降低，屈服极限有所升高；经过弯曲后的复合板，弯曲处没有断层，弯曲性能良好。(4)金相观察发现，碳钢测组织为珠光体和铁素体，随着压下率的增加，靠近复合面的铁素体区明显减小。通过扫描电镜检查不锈钢侧靠近复合面，铁元素含量降低，Cr元素含量增大。并且拉伸断面呈脆性断口。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-23
  1.1 复合材料的定义及不锈钢复合板介绍  11-12
  1.2 不锈钢复合板制备技术  12-18
    1.2.1 固-固相复合法  12-16
    1.2.2 液固复合方法  16-17
    1.2.3 液液相合成法  17-18
  1.3 国内外研究现状  18-19
  1.4 复合材料结合的有限元模拟研究  19-20
  1.5 层状金属复合机理的研究  20-21
  1.6 研究目的及意义  21-23
    1.6.1 研究背景及意义  21
    1.6.2 本文的主要研究内容  21-23
第二章不锈钢/碳钢/不锈钢轧制复合有限元模拟  23-35
  2.1 复合板轧制的特点  23
  2.2 轧制模型的简化  23-24
  2.3 三维模型的建立  24-26
    2.3.1 推板的设立  24-25
    2.3.2 弯曲降应力辊辊距的确定  25-26
    2.3.3 弯曲降应力辊辊径的确定  26
    2.3.4 压弯量的确定  26
  2.4 边界条件确定  26-28
    2.4.1 传热条件  26-27
    2.4.2 塑性变形功热转化  27
    2.4.3 分离力的设定  27-28
  2.5 力学条件  28-29
    2.5.1 接触问题的数学描述方法  28
    2.5.2 摩擦模型  28-29
  2.6 张力载荷的施加  29-30
  2.7 材料属性  30-33
    2.7.1 其他热物理参数的设定  31-33
  2.8 本章小结  33-35
第三章复合板热轧数值模拟结果分析  35-55
  3.1 温度场模拟结果分析  35-37
    3.1.1 压下率的变化对温度场的影响  35-36
    3.1.2 轧制速度的变化对温度场的影响  36-37
  3.2 应力场结果分析  37-40
  3.3 复合板残余应力的研究  40-41
  3.4 不锈钢/Q235/不锈钢热轧复合板残余应力研究  41-54
    3.4.1 复合板轧制完成后残余应力的分布  41-44
    3.4.2 不同的压下量在通过弯曲降应力单元后复合板残余应力的变化  44-46
    3.4.3 辊速的变化对复合板残余应力的影响  46-47
    3.4.4 弯曲降应力压弯量的变化对复合板残余应力的影响  47-49
    3.4.5 弯曲降应力辊距变化对复合板残余应力的影响  49-51
    3.4.6 复合板带前后张力的改变对复合板残余应力的影响  51-53
    3.4.7 复合板不锈钢层残余应力最小的轧制放案  53-54
  3.5 本章小结  54-55
第四章不锈钢复合板冷轧模拟及实验研究  55-71
  4.1 冷轧模型的建立  55-57
    4.1.2 模拟图像对比  56
    4.1.3 复合板模拟与实际轧制界面结合强度对比  56-57
  4.2 实验目的及意义  57-58
  4.3 实验主要进行内容包括  58-60
    4.3.1 退火制度  58
    4.3.2 实验步奏  58-59
    4.3.3 拉伸试验平台测试研究  59-60
    4.3.4 弯曲试验平台测试研究  60
  4.4 结果分析  60-69
    4.4.1 拉伸结果分析  60-62
    4.4.2 拉伸试验数据分析处理  62-63
    4.4.3 弯曲实验分析  63-64
    4.4.4 轧制后金相组织分析  64-65
    4.4.5 扫描电镜分析  65-67
    4.4.6 退火后金相组织  67
    4.4.7 退火后扫描电镜分析  67-69
  4.5 本章小结  69-71
第五章结论及展望  71-73
  5.1 研究结论  71-72
  5.2 研究展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-79
攻读学位期间发表的学术论文  79-80

不锈钢/碳钢热轧模拟及冷轧实验研究

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