钢板桩轧制过程充型模拟及轧制力有限元分析.pdf

第33卷第1期
特殊钢
Vol. 33. No. 1
2012年2月
SPECIAL STEEL
Feb
ruary
2012?5?
钢板桩轧制过程充型模拟及轧制力有限元分析
李浩进杭乃勤孙志亮喻威
(武汉科技大学材料与治金学院,武汉430081)
摘要采用二辊可逆式轧机和万能轧机组轧制钢板桩(/%:0.12~0.22C、0.15~-0.5590.80~1.50Mn)。
通过热模拟试验得出该钢在980~1030℃、变形速率0.5-5.0s'时的应力-应変曲线。借助 ABAQUS软件,采用
弹塑性有限元法对钢板桩轧制过程进行了三维热力耦合模拟。针对生产中出现的轧机过载问题,分析了轧制过程
各道次的轧制力,通过改变相关道次孔型辊缝改善了充型和降低轧制力
关键词钢板粧弹塑性轧机过载热力耦合有限元法
Simulation of Groove Filling in Sheet Piling Rolling Process and
Finite Element Analysis on Rolling Load
ng iaidl
Zhili
(College of Materials Science and Metallurgical Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081)
Abstract The sheet piling (/%: 0. 12-0.22C, 0.15
by two-high
mills and universal tandem reversing mill. The stress-strain curves of the steel of sheet piling with strain rate 0.5-5.0s
at 980 1 030 C are obtained by thermal simulation test, and the three dimensional thermo-mechanical coupling simulation
on sheet piling in rolling process has been carried out by using elastic-plasticity finite element method and software
ABAQUS. In view of occurring mill overload situation in rol
ocess, the rolling load in each pass in rolling process is
analyzed and the groove filling improves and the rolling load decreases by changing relative passes roll gap
Material Index Sheet piling, Elastic-plasticity, Mill Overload, Thermo- Mechanical Coupling, Finite Element Method
钢板桩作为一种节能环保型钢材,在国外已得
钢板桩试轧条件
到广泛使用,但目前国内仍处于开发试生产阶
钢厂生产钢板桩的连铸坯尺寸为320mx480
段-?。由于钢板桩的轧制变形过程复杂,试生产mm。材料化学成分为(/%:0.12~0.22C、0.15
中往往出现孔型欠充满或过充满,主电机过载跳闻0.5550.80~1.50Mn)。通过热模拟实验得到该
等现象。利用有限元数值分析技术计算孔型轧制变材料在不同的温度和变形速率下的流动应力曲线,
形过程,有助于缩短开发周期,降低试轧成本。
如图1所示。
880
160
变形温度/℃
变形温度/C
变形温度/℃
-950
30
o?
ーこ-1030
00.20.40.60.81.01.200.20.40.60.81.01.200,20,40.60.81.01.2
应变
应变
应变
图1钢板桩的应力应变曲线:变形速率/s1-(a)0.5;(b)1.0;(e)5.0
Fig 1 Stress-strain curves of steel of sheet pilling; strain rate/s"-(a)0.5; (b)1.0; and(c)S0
通讯作者:杭乃勤,教授,武汉科技大学材料与冶金学院,武汉430081
特殊钢
第3卷
现场生产采用万能轧制法生产钢板桩,BD1、成品。其中,箱式孔型K轧制3个道次,箱式孔型J
BD2为二辊可逆式轧机,来料分别通过BD1和BD2轧制2个道次,其它异形孔型各轧制1个道次,钢板
轧制成型后,进入万能轧机组,多道次轧制轧成最终桩一共轧制14个道次。K~A系统图如图2所示。
型
孔型
J孔型
K孔型
E孔型
F孔型
C孔型
A孔型
C孔瘦
B孔型
图2轧机孔型配辊图:(a)BD1;(b)BD2;(c)万能轧机
ig 2 Schematics of roll pass outline of mill BD1 (a), BD2(b) and universal tandem reversing mill(c
BD1与BD2都是可逆式轧机,轧辊锟身长度为仑摩擦条件,轧
2300mm,轧辊中心距最大1120mm,最大轧制力为辊保持恒定转速
8000kN,在生产过程中,轧件在H孔型和E孔型中转动,轧件以…·
轧制时,轧制力很大,接近甚至超过BDl与BD2的定的初始速度向
最大轧制力,导致电机跳闻,生产中断。
辊缝运动,咬入
2有限元模型的建立
后靠轧辊与轧件
模型的假设条件为:(1)轧件为变形体,材料的之间的接触摩擦
物理性能参数随时间的变化而变化,比热容、导热系带动轧件,完成
数等是随温度变化的。轧件的材质均匀,为各向同整个钆制过程
性,温度分布均匀:(2)为了简化计算步骤,节约计对轧辊部件的参
算时间,将轧辊定义为刚体;(3)轧制接触摩擦过程考点施加X、Y、
采用库仑摩擦模型:材料遵循 Von Mises屈服准则:乙方向的约束,
每一道次模拟时,分別取该道次的孔型参数通过旋束,绕Y轴旋转env
塑性变形区内的行为服从流动准则
同时施加绕X
图3三维有限
本文主要考虑在异型孔型中的充型情况,进行轴旋转方向的约Fig,3 Schematic o3- dimensional f
转建立为轧辊几何模型。根据连铸坏的实际尺寸,方向的约束。
建立来料的三维模型。在上一道次轧件稳定变形部
轧制过程的传热方式主要由3部分组成:由于
位取一截面,然后拉伸建立实体模型,作为下一道次辐射引起的轧件在各道次之间的热损失、乳制过程
来料。有限元模型取其中一个道次如图3所示,其中的变形热以及与轧辊接触时轧件向轧辊的传热。
他孔型模拟的模型类似。
轧件处于空气中,与周围的环境以两种方式进行热
轧辊为刚体,不需要设置材料属性,主要对轧件交换:(1)轧件与空气的自然对流换热;(2)轧件与
设置材料属性。在热力耦合计算中,导热率和比热周围的辐射换热。在仿真计算时将轧件外表面作第
容均为温度的函数