中厚板多道次热轧过程的复合解析数值法模拟

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1、上海交通大学硕士学位论文第一章绪论来越多钢铁企业的重视，为企业在提高市场竞争力上发挥巨大左右。§1.2国内外中厚板生产的发展历史与现状中厚板的生产已有200多年的历史，按常规工艺生产也有近80年的历史。我国第一套轧机与1936年在安钢建成[4]。20世纪60年代以前，世界上中厚钢板的生产优势在美国，60年代以后，其优势被日本取代。中厚板在工业和国民经济的发展中有着广泛的用途，可以用来制造车辆、拖拉机、桥梁、锅炉、舰船、坦克及原子反应堆等。随着焊接技术的发展，还可用来焊成各种机械构件以代替铸件，减轻设备重量，缩短制造周期。因此中厚板

2、已成为机械制造业、交通运输业、化工、石油及国防工业各部门广泛应用的材料。因此，中厚板的生产水平也是反映一个国家钢铁工业水平的重要标志。近几年来，国内外中厚板生产技术均有了长足的进步。国内中厚板生产技术的进步主要有[5]：连铸板坯迅速增加，厚板连铸比以占绝对优势；采用步进梁式加热炉，并使用出钢机，实现了热装热送操作，使热装率>40%；轧机加大，刚度增加，主传动容量扩大，适应了控轧与板形控制的要求，成材率显著提高；已普遍使用快冷装置，并于TMCP技术（Thermo-mechanicalControlProcess）相结合，使热矫直能力

3、加强，并采用组合式矫直机，增加了矫直范围；冷床采用步进格板式和辊盘式，使钢板下表面划伤减小；积极采纳超声波探伤法检查钢板内部缺陷等。国外中厚板生产技术的发展与国内相比，还采用了以下先进技术：采用板坯去毛刺机，保证了板坯质量；采用去磁机，保证了低温用钢板性能；采用在线磨辊，减少了换辊次数；增加高压水压力，提高了铁皮清除能力；使用更加齐全的车间检测手段，为实现自动化生产奠定了基础。§1.3中厚板热轧过程中变形理论研究进展通常，人们宏观地把轧件视为连续介质，用力学的方法来解决轧制工程实验问题，这就是传统理论的内容。随着塑性加工自动化程度

4、的提高，生产过程计算2上海交通大学硕士学位论文第一章绪论机控制的日益广泛采用，控制用数学模型需要有针对我国的各个钢种，且具有相当高的精度和便于计算机实时控制的数学模型。轧制理论近年来的一些发展也恰恰是在解决这一问题中取得的。1.3.1平面变形理论1925年，VonKarman针对板带轧制宽展变形小的特点，从而忽略金属流动的宽展量，根据塑性理论以及微元体的力学平衡条件，建立了求解平面变形轧制力沿接触弧分布的平衡微分方程式。其假设条件为：（1）宽展可忽略不计，认为轧件变形为平面变形。（2）轧制前轧件中的垂直横断面，在变形区产生塑性变形

5、的过程中，仍保持为一平面，即沿断面高度均匀变形。（3）在横断面上没有剪应力作用，水平法应力沿断面高度均匀分布。（4）轧辊没有弹性变形，轧件为刚塑性体，只有塑性变形而无弹性变形产生。以Karman理论为开端，轧制理论的研究得到了较快的发展。然而人们在大量的实验中发现，轧制中的金属变形并非完全均匀，特别是热轧金属的不均匀变形十分显著。1943年，Orowan采用了Karman的某些假设，即轧件产生平面变形，但认为水平法应力沿断面高度并非均匀分布，且认为在垂直横断面上有剪应力存在，故有剪应变产生，此时轧件的变形是不均匀的。在此基础上，导

6、出了比VonKarman方程更加精确的近似平衡微分方程。以后许多学者在以上力学模型的基础上推导出了适用于各种情况的计算公式[6，7]。1.3.2滑移线法滑移线理论是本世纪20年代出现的。其基本思想是假设屈服切应力k在整个塑性区之内是常数。当主切应力值达到了屈服应力时，即沿着滑移线发生塑性变形。滑移线具有一系列特征，根据这些特征和边界条件可以做出滑移线场。沿着滑移线场应用Henky应力方程，可以得出静水压力p与滑移线转角的变化规律，从而来确定塑性区中各点的应力分布[8]。滑移线场法是数学、力学、几何学等巧妙的结合，它把塑性变形区中的

7、一些复杂的理论问题转化为构造滑移线场的技巧问题，使人们对金属的变形区域和变3上海交通大学硕士学位论文第一章绪论形方式有了一个非常直观的印象。1955年Alexander[9]首次将滑移线理论应用到求解热状态金属板轧制中。70年代以后又进一步用滑移线法研究了异径不对称轧制[10]，接触面下存在一个刚性区的中小辊径轧制问题等[11]。但是，构造一个精确的滑移线物理场十分困难，特别是对于带有混合边界条件的轧制问题，无法给出精确的速度边界值和应力边界值。另外，受材料加工硬化、金属流动、摩擦条件变化、压下量的不同等多种因素的影响，使滑移线场

8、的分布形态不断变化。同时，也无法解决诸如温度、材料性质等参量的不均匀分布问题。因此，利用滑移线法来解决轧制问题是相当困难的。上述Alexander的分析结果仅能适用于与其轧制条件（压下量33.3%，辊径板厚比R/h=86.7）相同的板轧制。1.3.