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1、连轧37Mn5钢棒材有限元模拟和孔型系统优化摘要：用Marc对热连轧37Mn5钢棒材的应力、应变、温度以及轧制力等参数的变化特点进行有限元数值模拟，分析连轧棒材孔型对轧材质量缺陷的影响，根据模拟结果对热连轧棒材的孔型方案进行优化，达到提高轧材质量的目的.关键词：热连轧；孔型系统；有限元；优化中图分类号：TG335.6文献标志码：B0引言37Mn5钢是裂纹敏感钢种，常用于生产石油钢管，生产中容易出现外折叠缺陷，影响产品质量•为避免热轧钢管出现内外折叠等质量缺陷，不仅要保证形状尺寸，而且对37Mn5管坯钢棒材表面及内部质量有较严格要求，特别是表面裂纹的控制.
2、多年来管坯钢质量控制研究较多集中在冶炼及连铸工序[1-2],而连轧孔型系统对管坯钢棒材生产及质量控制的研究相对较少.本文针对裂纹敏感钢种37Mn5棒材热连轧工艺及孔型系统特点进行研究，应用Marc三维热力耦合有限元模拟技术对200mmX200mm连铸坯轧制①100mm棒材的孔型系统及工艺特点进行数值模拟，通过分析连轧过程轧件内部应力、应变、温度及轧制力等变化对连轧工艺的影响,对孔型系统及连轧工艺方案优化.1初始轧制条件及孔型方案37Mn5钢主要化学成分（wt,%）为[C]=0.36,[Si]=O.26,[Mn]=1.29,[P]=0.018,[S]=0.
3、007.坯料采用连铸坯断面尺寸为200mmX200mm,连轧孔型系统设计为“箱形孔（H1）、箱形孔（V2）、箱形孔（H3）、方形孔（V4）、椭圆孔（H5）、圆孔（V6）”（孔型方案I）・前两道次轧棍直径均为700mm,后四道次轧辐直径均为610mm,末道次轧制速度为750mm/s.开轧温度依据实测取为1080°C•环境温度为30°C,轧辗温度依据实测取3002有限元模型建立采用更新Lagrange法的热力耦合弹塑性有限元法及vonMises屈服准则和Prandtl-Reuss流动法则•为更好地满足连续轧制的工艺要求，机架间距取相邻机架轧棍直径和的一半.轧
4、件长度取为2400mm.因为圆角最先与轧辘孔型侧壁接触，其塑性应变较大且变形由表及里逐渐深入，因此对其断面采用网格偏差划分并细分圆角区域单元•长度方向取160等份，每个横断面取50个单元.采用八节点六面体等参单元类型，共取8000个单元和10626个节点.采用库仑摩擦模型，取P=0.3,泊松比为0.3,密度为7.83X10-3g/mm3.用热模拟试验机测定37Mn5热变形抗力曲线并加入Marc材料库，见图1.由图3〜5可见，在连轧①100mm37Mn5钢的各个道次,圆角位置节点C的等效应力最大•用连铸方坯连轧圆钢时，角部位置的温度、应力、应变及应变速率等
5、随时间的变化特点是轧制裂纹缺陷（裂纹、折皱等）容易在圆角附近出现的重要原因，特别是裂纹敏感性较强的合金钢轧制.因此在合金钢连轧孔型设计中要考虑尽量减少这种应力、应变和温度等分布的不均匀性.连轧过程各道次轧制力变化情况（①100mm37Mn5：孔型方案I）见图6,可知轧制力沿轧制方向随轧制道次递减（H5除外）.H5轧制力变大的原因是方形轧件进入椭孔轧制，存在较大变形量，可从H5的总等效塑性应变观察到（见图3）.另外在稳定连轧阶段，H5轧制力几乎达到H3轧制力，因此需要对该孔型系统进行优化•从H1到H4道次的孔型是由“箱-方”孔型组成，H5到H6由'‘椭-圆
6、”孔型组成，以此孔型系统轧制，较大变形发生在H5,同时该道次温度较低.可通过降低H5轧制力进一步优化该孔型系统，即将“方-椭”孔型从H5前移至H3并将H3到H6修改为“椭-圆”孔型系统.实际生产应用表明，孔型系统方案II能够较好地满足热连轧管坯钢棒材工艺控制的要求，同时①100mm37Mn5组织性能的物理检验结果亦满足质量要求.4结束语在热连轧工艺方案制订中应用三维热力耦合有限元数值模拟技术，能够有效地对不同轧制方案及工艺目标量的变化情况进行定量分析，通过模拟热连轧过程中轧件应力、应变和温度等的分布以及各道次轧制力学参数变化特点，能够有效地分析轧制过程质
7、量缺陷的成因，同时工艺参数的模拟结果可用于连轧工艺控制方案(包括孔型系统等)的优化，为提高轧材质量提供科学的理论依据.参考文献：[1]刘平，白月琴，王爱兰•37Mn5钢连铸坯表面纵裂纹产生原因分析[J].包钢科技，2004,34(4)：26-28.[2]张广军，陈玉辉.管坯钢夹杂物成因分析及工艺控制[J].炼钢，2006,22(6)：1-4.[3]魏军，洪慧平，赵爱民，等.①100mm20CrMnTi棒材连轧三维热力耦合有限元模拟及应用[C]//第七届(2009)中国钢铁年会大会论文集(中).北京：冶金工业出版社，2009(3)：243-249.[4]洪
8、慧平，康永林.椭圆孔型轧制合金钢方坯三维弹塑性有限元模拟[J].北京科技大学学报
