1、驗收材料之五“降低優(yōu)特鋼表面劃傷不合格率”項目結題報告 2010-11月目 錄1 優(yōu)特圓鋼成品表面劃傷缺陷形貌及來源分析11.1 棒材廠主要設備概況11.2 軋件表面劃傷缺陷形貌分析11.3 優(yōu)特鋼表面劃傷造成的危害31.4 優(yōu)特鋼表面劃傷缺陷原因分析32 優(yōu)特鋼軋制過程的三維有限元模擬仿真分析112.1 模型的建立112.2 結果后處理212.3 按軋制程序表中工藝參數的有限元仿真結果302.4 修正軋制程序表后的有限元仿真結果302.5 圓鋼成品孔型的有限元分析332.6 優(yōu)特園鋼的三維有限元仿真結果363 解決優(yōu)特鋼軋件表面劃傷的措施374 存在的問題及改進意見505 實施效果506 項

2、目總結531 優(yōu)特圓鋼成品表面劃傷缺陷形貌及來源分析為研究優(yōu)特鋼棒材表面劃傷缺陷的機理，必須對優(yōu)特鋼軋制過程中軋件及成品表面劃傷缺陷形貌及來源進行分析，以找出解決措施，降低優(yōu)特鋼表面劃傷不合格率，以提高優(yōu)特鋼棒材產品綜合合格率。1.1 棒材廠主要設備概況棒材廠軋線主要設備布置示意圖如圖1.1所示，全線22架軋機平立交替布置，分為開坯、粗軋、中軋、精軋4個機組，開坯與粗軋機組為脫頭軋制，粗軋、中軋、精軋實現連軋，全線微張力或無張力無扭軋制，軋制過程由計算機自動控制。開坯機組是4架750的短應力線軋機；粗軋機組4架520和2架380的閉口式軋機；中軋機組6架380閉口軋機；精軋機組6架300預應力

3、軋機。為適應優(yōu)特鋼棒材生產2008年進行了改造，將中軋機組改為380短應力軋機，并對原推鋼式加熱爐燃燒系統(tǒng)進行了改造，現為天然氣、重油兩套燃燒系統(tǒng)可交替使用，在開坯機組前加高壓水除鱗系統(tǒng)。最高軋制速度為18m/s，設計年產量為30萬噸，實際達到55萬噸。1-加熱爐；2-1#夾送輥；3-開坯機組；4-160t熱平剪；5-2#夾送輥；6-粗軋機組；7-1#飛剪；8-中軋機組及1#活套；9-2#飛剪；10-精軋機組及2#-7#活套；11-3#夾送輥及3#飛剪；12-步進齒條式冷床；13-定尺冷剪；14-收集、打捆、稱重臺架圖1.1 武鋼棒材廠軋線主要設備布置示意圖1.2 軋件表面劃傷缺陷形貌分析表面

4、劃傷缺陷形貌特征.1 缺陷形狀及分布該缺陷特征比較明顯, 劃傷在棒材表面表現為通長縱向的一條或數條或短或長線狀劃痕，缺陷形貌見圖1.2。此缺陷出現的位置不固定，在棒材塞位側出現的較多。該缺陷的另一個特征是劃傷方向始終相同，即基本與軋件軸線平行。.2 缺陷金相組織及能譜分析為了進一步分析劃傷缺陷產生原因，對軋制45#鋼40圓鋼棒材成品劃傷處進行了金相組織分析，劃傷缺陷處的能譜分析及金相照片見圖1.3。缺陷處未發(fā)現異常的非金屬夾雜物。由金相組織照片可觀察到明顯劃傷痕跡，結合缺陷顏色發(fā)亮，初步認定此缺陷為硬性挫傷，中軋出口以后產生的可能性較大。圖1.2 優(yōu)特鋼劃痕特征試樣（500像素數碼相機拍攝）a

5、-軋制45鋼40試樣劃痕形貌；b、c-軋制40Cr鋼30試樣劃痕形貌.3 45#優(yōu)特鋼表面脫碳分析 圖1.3 劃傷缺陷處能譜分析及金相照片（(a)-電鏡能譜分析；(b)-金相組織） 圖1.4 2邊部脫碳 圖1.5 2組織：F+P+W的混合組織對軋制45#鋼40圓鋼棒材成品表面脫碳分析，4個試樣的加熱時間及脫碳深度見表1.1。其金相組織：1：F+P，邊部有W；2：F+P+W少；3：F+P，邊部有少量W；4：F+P，邊部有少量W。圖1.4為2#試樣邊部脫碳情況圖，圖1.5為2#試樣混合組織金相圖。而表面脫碳與鋼的高溫氧化密切相關，與其化學成分對比可知，脫碳層深度與試樣的含碳量、碳當量呈正比。表1.

6、1 不同試樣的加熱時間及其脫碳深度序號1234脫碳0.36mm0.40mm0.17mm0.15mm加熱時間min871202931.3 優(yōu)特鋼表面劃傷造成的危害圖1.6 帶連續(xù)劃痕40圓鋼（45鋼）試樣加工成零件優(yōu)特鋼表面質量缺陷有劃痕、折疊、凹坑等多種，但是劃痕是上述表面質量缺陷中最常見的一種。一般劃痕的深度超過 0.2 ，不能修磨，成為廢品。若帶有劃痕的優(yōu)特鋼出廠，在后續(xù)加工中會產生開裂、裂紋或金屬切削量不足等問題。很多熱連軋的優(yōu)特圓鋼棒材劃傷在下工序的酸洗、拉拔中無法消除。特別是熱劃傷其后的深加工尺寸減小，最終會在圓件表面暴露出一條重皮、夾層，去掉重皮后, 一條通長的深劃痕，不僅影響零件

7、表面的美觀和光潔度，并且由于劃痕部位應力集中，在用戶使用或再加工時易開裂，如圖1.6。1.4 優(yōu)特鋼表面劃傷缺陷原因分析針對武鋼棒材廠生產線實際工藝及設備運行情況，結合武鋼棒材廠軋制優(yōu)特圓鋼過程中，軋件表面劃傷統(tǒng)計數據分析及出現表面劃傷時整個軋制線的實際調整經驗。認為武鋼棒材廠軋制優(yōu)特鋼成品表面劃傷的主要來源在于軋制過程中的熱劃傷及軋后輸送輥道上、2#飛剪前后導槽引起的冷劃傷。引起劃傷的主要原因可歸結為工藝原因產生的劃線及設備原因產生的劃線。 工藝原因引起軋件表面劃傷.1 生產線上的軋制線偏離，使得軋件在軋制及其輸送過程中處于不穩(wěn)定狀態(tài)武鋼棒材廠原軋制線相對于軋機地腳板標高+800mm，整個生

8、產線的軋制線應該不變。由于武鋼棒材廠08年為提高中軋機組軋機剛度，將原來的閉口機架軋機改為短應力線軋機，以提高產品尺寸精度，以利于開發(fā)大規(guī)格優(yōu)特圓鋼。但隨后出現中軋機組沒有軋制線基準問題，使得粗、中、精軋機組及1#、2#、3#飛剪，包括軋后輸送輥道的溜鋼線不一致（參見圖1.7的輥道磨損情況，靠輥道傳動側單邊磨損嚴重與圖1.8 2#飛剪操作側劃傷情形一致）。圖1.7 3#飛剪與冷床制動滑板之間的軋件輸送輥道磨損情況圖1.8 2#飛剪前導衛(wèi)過鋼示意圖a-俯視圖，軋制30，40Cr鋼；b-主視圖，軋制40，45#鋼圖1.9 武鋼棒材廠中軋機組及機架間過鋼情況圖1.9為武鋼棒材廠中軋機組機架間過鋼情況

9、，軋制40圓鋼（45#）。明顯的相鄰機架軋制線（水平方向、垂直方向）均有不同程度的偏移，結合圖1.8可知，軋件在2#飛剪入口導槽處（偏向操作側接觸該導槽外側板）劃傷嚴重。.2 孔型設計修正后，進出口導衛(wèi)內腔尺寸設計不合理由于武鋼棒材廠考慮到優(yōu)特鋼與普碳鋼孔型的公用性，在孔型設計上作了相應修正，軋制優(yōu)特圓鋼的導衛(wèi)，是在原來軋制普碳圓鋼、螺紋鋼的導衛(wèi)修正而來。滑動導衛(wèi)內腔尺寸相對優(yōu)特鋼軋件尺寸過緊，由于滑動導衛(wèi)內表面與軋件表面為滑動摩擦。則一方面加劇導衛(wèi)內腔受力面磨損；或由于軋制工藝參數調整（如調壓下、調軋輥轉速等），可能引起機架間堆拉關系變化，加劇滑動導衛(wèi)內腔與軋件接觸面磨損。如不及時更換則可能

10、引起接觸表面熱劃傷。.3 鋼坯加熱不均勻及黑印 由于采用推鋼式加熱爐，加熱爐中的滑軌易出現黑印，加上加熱能力不夠，軋件上下表面溫度可能不一樣。軋件上下表面溫度不均勻軋機出口軋件頭部上翹問題在粗軋表現較為明顯，軋件在粗軋軋制速度較慢，軋件上表面溫度比下表面溫度低造成軋件出軋機時頭部上翹。頭部上翹存在兩種情況：水平軋機出口軋件上翹(主要是1H軋機)，由于軋件溫度不均勻，引起上下表面變形不均勻，另外，出口導衛(wèi)上沒有蓋板；立式軋機出口軋件上翹，按常規(guī)安裝進口導衛(wèi)的高度，進口導衛(wèi)夾持不住軋件，由于軋件溫度不均勻引起上下表面變形不均勻，引起出口軋件向上彎。上彎的軋件進入下一道軋機會沖擊其進口導衛(wèi)，加劇上表

11、面磨損，嚴重時會劃傷軋件上表面。側彎主要是指中軋、精軋水平軋機出口軋件，主要原因是進口導衛(wèi)間隙過大以及進口導衛(wèi)對偏，加劇進口導衛(wèi)或導輪單側磨損，嚴重時會劃傷軋件上表面。鋼坯加熱不均勻及黑印對軋制過程調整的影響由于武鋼棒材廠采用的是推鋼式加熱爐，由于加熱爐滑軌引起的水印，軋制過程中會出現軋制電流的較大波動，而計算機控制系統(tǒng)是采用張力電流法，只要電流有較大波動，微張力控制系統(tǒng)就會干預，其結果易引起堆拉關系混亂，一方面軋件尺寸可能有較大非正常波動，導致成品尺寸精度不夠高（特別是軋制大規(guī)格優(yōu)特圓鋼，即從中軋機組出成品），另一方面，軋件尺寸波動，增加人工調整頻率，導衛(wèi)與軋件接觸面摩擦力大小和方向都有可能

12、變化，加劇導衛(wèi)磨損，引起導衛(wèi)（特別是滑動導衛(wèi)）劃傷軋件表面。.4 活套參數的設置圖1.10為立式活套起套高度及其套量計算示意圖。設活套器壓輥間距為L，活套高度為h。將軋件在活套器內形成活套形狀近似看成正弦曲線，則活套量、活套跨度和活套高度關系如下: (1.1)式中，-活套量；-活套器壓輥間距；-活套高度。圖1.10 活套高度及其套量計算示意圖中精軋機組采用立式活套是為了實現無張力軋制，以保證成品尺寸精度。一方面由于直流主電機動態(tài)速降的影響，軋件咬入下一架軋機時，必然在兩機架間形成固定套量，另一方面軋制過程是一個動態(tài)過程，許多工藝參數的變化可能引起機架間秒流量的變化。其套量的變化與套高的平方成正

13、比，不是線性關系。如果活套高度變化過大，則其其活套量的變化會成平方關系變化，即套量的變化會很大，若活套輥的響應頻率不夠快，勢必形成瞬間堆鋼，會接觸前一機架的出口導衛(wèi)或下一機架的入口導衛(wèi)的底板或活套壓套輥的底板，形成滑動摩擦，則會劃傷軋件下表面。 設備原因引起軋件表面劃傷主要指軋制線上各種導槽、輸送滾道、滑板及群板輥道等設備的底面或側面與軋件產生滑動摩擦而引起劃傷。.1 生產線上的輸送輥道的磨損、堆焊、粘附氧化鐵皮軋制過程中的輸送輥道，主要指開坯機組前、后V形地輥及粗軋機組前后輸送水平輥道，見圖1.1114。 圖1.11 開坯與粗軋機組間輥道（中間有5個無驅動的自由輥道）圖1.12開坯與粗軋機組

14、間V形輥道組(a)-開坯與粗軋機組間V形輥道組；(b)-開坯02V出口V形輥道過鋼情況圖1.13 開坯與粗軋機組間V形輥道及其槽型(a)-V形輥道底部未予堆焊；(b)-V形輥道槽底堆焊圖1.14 開坯與粗軋機組間水平輥道及其磨損情況 (a)、（b）、（c）-輥道中間磨損嚴重后堆焊處理后結果；（d）-輥道中間磨損不嚴重后未堆焊軋件在這些輸送輥道以不同的速度運行，正常情況下與軋件接觸的輥道與軋件的運行速度同步，而靜止的設備是不與軋件表面接觸的。軋件在輸送輥道上運行劃傷的根源在于輥道表面有局部小凸起，表面粗糙，不光潔。輥道表面磨損、堆焊。由于高溫優(yōu)特鋼更易于氧化，雖經高壓水除磷，隨后還會二次氧化，故

15、軋件與輥道接觸時，可能出現打滑而出現相對滑動，如果為避免打滑在磨損的輥道表面（見圖1.14(a)、（b）、（c）、V型槽底（見圖1.13（b）堆焊處理，加上此時軋件單重較大，加重輥道表面磨損，這軋件表面可能劃傷；粘附氧化鐵皮。接觸物表面光滑，但在輸送過程中，由于優(yōu)特鋼表面產生的氧化鐵皮粘性大，氧化鐵皮極易在接觸物的易磨擦位產生局部堆積，而這些局部堆積又作用于軋件表面產生劃傷。如圖1.13V型輥道槽型側面；接觸物發(fā)生異常突起，有高于輥道平面的異物出現。如輥道間的過渡板和固定過渡板的螺栓是低于輥道平面的，當由于撞擊或裝配不合適，高于輥道平面后，就會于軋件下表面接觸而產生劃傷；輸送線出現死輥和自由輥

16、，包括停轉或相對停轉的輥道。如當輥道軸承壞死，輥道停轉后就會與運行的軋件下或側表面產生相對滑動而劃傷軋件表面。.2 軋后輸送輥道的磨損、粘附氧化鐵皮、擦輥道側板或底板圖1.15 中軋與3#倍尺飛剪之間過渡輥道示意圖圖1.16 過渡輥道磨損及其底板、側板示意圖圖1.17 3#飛剪與18V軋機之間的軋件輸送輥道及其過鋼情況圖1.18 3#飛剪與18V軋機之間的軋件輸送輥道與其附近底板情況 圖1.19 3#飛剪與冷床制動滑板之間的軋件輸送輥道側面立輥與其附近底板、側板情況圖1.20 3#飛剪與制動滑板輥道之間的軋件輸送輥道側面立輥裝配情況圖1.21裙板輥道工作原理圖示意圖圖1.22裙板輥道磨損分析示

17、意圖軋后的過度輸送輥道主要指除16、18圓鋼外，通過甩道次軋制較大規(guī)格2040圓鋼，甩掉的道次，需連接新的輸送輥道，見圖1.15，磨損情況見圖1.16；18V軋機至3#飛剪的輸送輥道，見圖1.17，磨損情況見圖1.18；3#飛剪與冷床制動滑板之間的軋件輸送輥道側面立輥及其磨損情況見圖1.19，裝配見圖1.20；冷床前的群板輥道工作原理圖示意圖，見圖1.21。軋件在這些輸送輥道以不同的速度運行，正常情況下與軋件接觸的輥道與軋件的運行速度同步，但3#飛剪后的滑板輥道及其后的制動群板起制動軋件的作用，相互間為滑動摩擦。輥道表面的磨損及粘附氧化鐵皮。由圖1.7可知，3#飛剪與冷床制動滑板之間的軋件輸送

18、輥道靠近傳動側磨損嚴重，說明軋件在該區(qū)間運行中心線偏向外側（傳動側），附近氧化鐵皮較多，易于粘附氧化鐵皮，冷卻后易于劃傷軋件表面。同時附近底板上氧化鐵皮較多堆積，冷卻后可能劃傷軋件表面，見圖1.18。圖1.19、1.20說明該處立輥作用很大，能有效避免軋件擦側面墻板，從而避免軋件側表面劃傷。圖1.22為冷床制動群板及制動群板輥道的磨損情況。3#飛剪后至冷床前的輸送輥道上，棒材的運動是加速勻速降速(制動)的過程。在該運動過程中輥子與棒材之間既有滾動磨擦也有滑動磨擦，而裙板及滑板與棒材之間是單一滑動摩擦，分析認為滑動磨擦是導致冷床制動群板及制動群板輥道輥面磨損及成品表面冷劃傷加劇的主要原因。軋后輸

19、送輥道的側板擦軋件。主要由于生產線軋制線水平偏移，致使軋后軋件向軋機的操作側偏移，參見圖1.7、圖1.16的輥道磨損情況。則如果沒有立輥的引導作用，軋后優(yōu)特圓鋼可能擦其輸送輥道外側板，引起表面冷劃傷。輸送輥道的輥道上表面與其底板間距。若輸送輥道的輥道上表面與其底板間距，過小，則一方面如果輥道表面磨損后，軋件可能由于其高溫形成的擾度較大（較小規(guī)格圓鋼更明顯），而接觸輥道底板劃傷下表面。.3 過橋或導槽粗中軋機組的相鄰機架間采用過橋引導軋件，飛剪前后也采用導槽或過橋引導軋件。軋件在這些設備中運行不暢，也可能引起優(yōu)特鋼軋件表面劃傷。機架間的過橋。如果相鄰軋機軋制線（溜鋼線誤差較大，如水平偏差或垂直偏

20、差），可能引起軋件在過橋中運行易于摩擦過橋側板或下底板；或因安裝不當，造成過橋底板高于運行中軋件下表面或其中心線偏離軋槽溜鋼線引起軋件擦過橋側板。運行中的軋件與靜止的過橋間形成滑動摩擦，再加上過橋內表面有粘附氧化鐵皮或焊瘤或其他凸起，必然會劃傷軋件接觸表面，引起熱劃傷。而軋制大規(guī)格優(yōu)特鋼時，由于隨后軋制變形愈合劃傷的機會減少，則這種熱劃傷會殘留到成品表面。飛剪前后的導槽。2#飛剪前的導槽見圖1.8，軋件與2#飛剪前導槽外側側板有滑動摩擦，導致軋件外側嚴重劃傷。其主要原因在于2#飛剪剪刃及其前面導槽水平中心線與12V軋機軋槽水平中心線發(fā)生較大偏移。加上2#飛剪前面導槽沒有立輥，其必與導槽外側墻板

21、接觸劃傷軋件表面?？紤]到武鋼棒材廠為軋制優(yōu)特鋼對原軋制普碳圓鋼及低合金螺紋鋼孔型修正設計后，進出口導衛(wèi)選型及內腔尺寸設計可能不合理，下一章將以其軋制45號鋼18的軋制程序表中的工藝參數為基礎進行三維有限元仿真，模擬出軋件紅坯尺寸、軋件溫度場、速度場、機架間堆拉關系及其力能參數變化規(guī)律。在此基礎上，分析軋機轉速變化（即工藝參數調整后）對軋件紅坯尺寸、機架間堆拉關系的影響。2 優(yōu)特鋼軋制過程的三維有限元模擬仿真分析有限元模擬分析的目的是通過模擬從1H到18V全部軋制過程過程，分析各道次金屬流動的規(guī)律，各個軋槽的充滿情況，各個軋制道次軋件的形狀、面積，天地和塞位的尺寸，分析各道次間的張力情況以及溫度

22、分布情況。從而為現場試驗的工藝參數提供依據。本分析采用45號鋼軋制18圓鋼為分析對象，軋制18圓鋼需要經過粗軋6架、中軋6架，精軋6架共18個道次的軋制，將除了開坯（兩架）外的所有軋機都使用上了，具有代表性。由于該模型很大，軋制道次很多，在軋制過程中軋件的網格畸變非常大，無法連續(xù)18道次軋制。故本分析采用各個機組分開分析，粗軋機組單獨建模分析，將粗軋后的單元模型轉化為幾何模型，切掉頭尾變形不好的部分，重新劃分網格，然后將粗軋后的溫度數據傳遞到新的模型上，接下來進行中軋機組的分析，中軋后的幾何模型和數據采用和粗軋一樣的方式。LS-DYNA是采用顯式算法，計算速度和精度都很高。由于軋制過程本身就是

23、動力學過程,因此采用動力學方法進行分析將更符合實際情況。故本模擬采用LS-DYNA軟件來進行軋制18圓鋼仿真分析。2.1 模型的建立LS-DYNA只是有限元求解程序，其前后置處理程序，一般采用ANSYS、FEMB、HYPERMESH、LS-PREPOST等軟件，本分析采用ANSYS、LS-PREPOST和HYPERMESH軟件作為其前處理程序，進行參數化建模。2.1.1 粗軋模型的建立.1 軋件模型的建立.1.1 軋件的幾何模型的建立為了減少求解規(guī)模，考慮到軋件幾何形狀的對稱性，采用軋件的1/4模型來建立軋件模型。1H軋前的坯料尺寸B×H為1.50×1.50（m）,圓角半徑

24、為0.02m，長度取0.45m。由于采用1/4模型，所以軋件的實際尺寸B×H×L為0.75×0.75×0.45(m)。圖2.1為軋件橫截面幾何圖，圖2.2為軋件三維圖。圖2.1軋件的橫截面幾何圖 圖2.2 軋件三維圖.1.2 軋件的材料參數軋件的材料參數都是在高溫下的參數，具體如表2.1。表2.1 45號鋼材料性能參數溫度200800900100011001500彈性模量（Pa）0.199E+120.154E+120.143E+120.132E+120.122E+120.694E+11密度(Kg/M3)785078507850785078507850泊松

25、比0.30.30.30.30.30.3熱膨脹系數0.130E-040.149E-040.149E-040.149E-040.149E-040.149E-04比熱容533778778778778778熱傳導系數43.234.134.134.134.134.1加工硬化采用分段線性強化模型：圖2.3所示為45號鋼在1.6S-1的應變速度條件下的不同溫度的真應力與塑性應變的曲線圖。圖2.3 變形速度為1.6S-1 真應力真應變圖示.1.3 軋件的有限元網格模型由于是帶有軋槽的軋制，在軋件和軋輥接觸的部位，尤其是軋輥軋槽的圓角處金屬流動比較劇烈，故在此部位劃分的單元要密集些。在軋件的中間部位網格劃分的比

26、較稀疏。整個軋件采用SOLID164體單元進行劃分，生成6面體單元58350個，節(jié)點64628個。其軋件有限元網格模型見圖2.4、圖2.5。 圖2.4 軋件橫截面網格圖 圖2.5 軋件三維網格模型.2 粗軋軋輥模型的建立.2.1軋輥的幾何模型的建立采用對稱模型，軋輥只建立上輥的1/2模型，粗軋軋輥的幾個何模型見圖2.6，圖2.72.12為粗軋孔型圖。粗軋各軋輥的參數見軋制程序表2.2。.2.2 軋輥的材料參數軋輥的材料參數具體如下：彈性模量： E=210GPa；密度： 泊松比：圖2.6 軋輥的幾何模型 表2.2 軋制程序表機組機架孔型號原始輥徑/MM工作輥徑/MM線速度/(M/S)軋輥轉速/r

27、PM軋輥角速度/(rAD/S)粗軋1HG15560474.70.228.870.93粗軋2VG16560464.60.2911.921.25粗軋3HG17560502.80.4015.181.59粗軋4VG18560498.50.5320.202.12粗軋5HG19410372.30.7538.374.02粗軋6VG20410364.70.9951.945.44中軋7HG21450422.61.3360.016.28中軋8VG22450416.21.6977.398.10中軋9HG23450429.72.2599.7810.45中軋10VG24450425.72.78124.7313.06中軋

28、11HG25450435.63.60157.7216.52中軋12VG26450430.94.45197.3920.67精軋13HD30340327.05.55324.3333.96精軋14VD40340322.86.75399.1341.8精軋15HD50340329.37.86455.9647.75精軋16VD60340325.69.42552.6057.87精軋17HD70340331.711.70673.8470.56精軋18VD80340327.713.77802.384.02 圖2.7 1H 孔型圖 圖2.8 2V孔型圖 圖2.9 3H孔型圖 圖2.10 4V孔型圖 圖2.11 5

29、H孔型圖 圖2.12 6H 孔型圖.2.3 軋輥的有限元網格模型軋輥采用剛性輥，不考慮其彈性變形。軋輥的采用SOLID164單元劃分網格。軋輥長度方向上劃分20個單元，厚度方向上取1個單元，圓周上取80個單元。每個軋輥的六面體單元為1600個，節(jié)點數為3360個。軋輥的有限元網格模型見圖2.132.18。 圖2.13 1H軋輥1/2上輥有限元網格模型 圖2.14 2V軋輥有限元網格模型 圖2.15 3H軋輥有限元網格模型 圖2.16 4V軋輥有限元網格模型 圖2.17 5H軋輥有限元網格模型 圖2.18 6V軋輥有限元網格模型.3 加載.3.1 溫度載荷的加載軋輥溫度的加載軋輥原始溫度設定為1

30、00攝氏度，將溫度加載在幾個軋輥的每個節(jié)點上。軋件溫度的加載軋件的初始溫度設定為1050攝氏度，將溫度加載在軋件的每個節(jié)點上。設定環(huán)境溫度為25攝氏度，軋件和環(huán)境的對流和輻射綜合換熱系數為250。軋件的功熱轉換系數為0.9。軋件和軋輥的熱交換軋件和軋輥接觸時采用綜合換熱系數11000 。.3.2 速度載荷的加載 軋件的初速度為0.2m/s,將速度加載在軋件的每個節(jié)點上，軋輥設定旋轉速度，其角速度見軋制程序表2.2.2.1.2 中軋模型的建立.1 中軋坯料模型的建立.1.2 中軋坯料幾何模型的建立由于軋制變形量大，網格畸變大，要繼續(xù)軋制就需要重新劃分網格，將粗軋后的軋件的網格模型導入HYPERM

31、ESH軟件，將其粗軋后的軋件網格模型轉化為實體模型，在該模型上截取一部分作為中軋的坯料，見圖2.19。 圖3.19 中軋坯料的幾何模型 圖3.20 中軋坯料網格模型.1.3 中軋坯料的有限元網格模型中軋坯料近似為圓柱體，軋件長度方向上劃分80個單元。圓弧邊30個單元，整個軋件采用SOLID164體單元進行劃分，生成6面體單元33000個，節(jié)點39087個。其軋件有限元網格模型見圖2.20。.2中軋軋輥模型的建立.2.1軋輥的幾何模型的建立采用對稱模型，軋輥只建立上輥的1/2模型，軋輥模型的尺寸為軋制程序表2.2所示。中軋軋輥的幾個何模型見圖2.21，圖2.222.27為粗軋孔型圖。圖2.21

32、中軋軋輥的幾何模型.2.1 軋輥的有限元網格模型軋輥采用剛性輥，不考慮其彈性變形。軋輥的采用SOLID164單元劃分網格。軋輥長度方向上劃分20個單元，厚度方向上取1個單元，圓周上取80個單元。每個軋輥的六面體單元為1600個，節(jié)點數為3360個。軋輥的有限元網格模型見圖3.28-3.33。 圖2.22 7H 孔型圖 圖2.23 8V孔型圖 圖2.24 9H 孔型圖 圖2.25 10V孔型圖 圖2.26 11H 孔型圖 圖2.27 12V孔型圖 圖2.28 7H軋輥1/2上輥有限元網格模型 圖2.29 8V軋輥有限元網格模型 圖2.30 8H軋輥1/2上輥有限元網格模型 圖2.31 9V軋輥有

33、限元網格模型 圖2.32 11H軋輥1/2上輥有限元網格模型 圖2.33 12V軋輥有限元網格模型取粗軋后軋件中間某個截面的溫度分布作為中軋坯料的初始溫度，將溫度加載在軋件的每個節(jié)點上。設定環(huán)境溫度為25攝氏度，軋件和環(huán)境的對流和輻射綜合換熱系數為250。軋件的功熱轉換系數為0.9。.3.2 速度載荷的加載中軋坯料的初速度為1.1m/s,將速度加載在軋件的每個節(jié)點上，軋輥設定旋轉速度見軋制程序表2.2。2.1.3 精軋模型的建立.1精軋軋件模型的建立 .1.1精軋坯料幾何模型的建立由于軋制變形量大，網格畸變大，要繼續(xù)軋制就需要重新劃分網格，將中軋后的軋件的網格模型導入HYPERMESH軟件，將

34、其中軋后的軋件網格模型轉化為實體模型，在該模型上截取一部分作為精軋的坯料。（見圖2.34）。 圖2.34軋件的幾何模型 圖3.35 軋件網格模型.1.2軋件的有限元網格模型中軋坯料近似為圓柱體，軋件長度方向上劃分150個單元。圓弧邊40個單元，直角邊30個單元，整個軋件采用SOLID164體單元進行劃分，生成6面體單元104850個，節(jié)點113250個。其軋件有限元網格模型見圖2.35。.2 精軋軋輥模型的建立.2.1軋輥的幾何模型的建立采用對稱模型，軋輥只建立上輥的1/2模型，軋輥模型的尺寸為軋制程序表2.2所示。中軋軋輥的幾個何模型同中軋機組類似。.3 加載.3.1 溫度載荷的加載 軋輥溫

35、度的加載和粗軋軋輥一樣設置。軋件溫度的加載取中軋后軋件中間某個截面的溫度分布作為精軋坯料的初始溫度，將溫度加載在軋件的每個節(jié)點上。設定環(huán)境溫度為25攝氏度，軋件和環(huán)境的對流和輻射綜合換熱系數為250。軋件的功熱轉換系數為0.9。.3.2、速度載荷的加載精軋坯料的初速度為5.2m/s,將速度加載在軋件的每個節(jié)點上，軋輥設定旋轉速度見軋制程序表2.2。2.2 結果后處理板帶軋制結果后處理采用LS-DYNA軟件自帶的后處理軟件LS-PREPOST1.0進行后處理。2.2.1 各個道次軋后的軋件的橫截面以及軋輥充滿情況圖2.36-圖3.53分別為1H到18V軋制道次軋后軋件的橫截面以及軋輥充滿情況。

36、圖32.36 1H 軋后橫截面及充滿情況 圖2.372V 軋后橫截面及充滿情況 圖2.38 3H 軋后橫截面及充滿情況 圖2.39 4V軋后橫截面及充滿情況 圖2.40 5H 軋后橫截面及充滿情況 圖2.41 6V軋后橫截面及充滿情況 圖2.42 7H軋后橫截面及充滿情況 圖2.43 8V軋后橫截面及充滿情況 圖2.44 9H軋后橫截面及充滿情況 圖2.45 10V軋后橫截面及充滿情況 圖2.46 11H軋后橫截面及充滿情況 圖2.47 12V軋后橫截面及充滿情況 圖2.48 13H 軋后橫截面及充滿情況 圖2.49 14V軋后橫截面及充滿情況 圖2.50 15H 軋后橫截面及充滿情況 圖2.

37、51 16V 軋后橫截面及充滿情況 圖2.52 17H 軋后橫截面及充滿情況 圖2.53 18V 軋后橫截面及充滿情況2.2.2 軋件尺寸及堆拉系數 表2.3為連軋相關參數、軋件尺寸以及堆拉系數。從表中可以看出：拉鋼軋制的是：1H和2V；3H和4V；5H和6V；8V和9H；9H和10V；11H和12V；14V和15H；16V和17H。堆鋼軋制的是：2V和3H；4V和5H；6V和7H；7H和8V；10V和11H；12V和13H；13H和14V；15H和16V；17H和18V。2.2.3 軋制力和軋制力矩2.2.3.1 粗軋機組2.2.3.1.1 粗軋機組的軋制力粗軋機組的軋制力變化曲線見圖3.5

38、4。表2.3 堆拉關系表機組機架工作輥徑/Mm軋輥轉速/rPM軋輥角速度/(rAD/S)軋件高/mm軋件寬/mm截面面積/mm2推拉系數粗軋1H474.78.870.93102.006162.616287.09粗軋2V464.611.921.25114.08113.612336.41.002088粗軋3H502.815.181.5979.04134.68751.3150.977443粗軋4V498.520.202.1293.17996998.3831.048333粗軋5H372.338.374.0258.501321154948.570.980803粗軋6V364.751.945.4467.5

39、9274.123722.4781.018892中軋7H422.660.016.2843.423283.42769.3260.970197中軋8V416.277.398.1052.028854.42152.4120.989334中軋9H429.799.7810.4533.034664.51634.2331.002548中軋10V425.7124.7313.0640.556642.81348.2471.028677中軋11H435.6157.7216.5225.102251.281016.9940.982104中軋12V430.9197.3920.6731.893233.086886.19411.

40、082713精軋13H327.0324.3333.9621.0138.9506645.40710.893549精軋14V322.8399.1341.826.17626.58529.38690.977158精軋15H329.3455.9647.7517.7932.2852457.43671.032921精軋16V325.6552.6057.872221.74380.77470.97497精軋17H331.7673.8470.5613.587828.6874307.39091.021043精軋18V327.7802.384.0218.2118.2324260.62670.9847072.2.3.1

41、.2 粗軋機組的軋制力矩粗軋機組的軋制力矩變化曲線見圖2.55。2.2.3.1.3 粗軋機組的堆拉關系（1）1H/2V堆拉關系從圖2.57可以看出軋件從咬入2V開始到離開時，1H的軋制力逐漸減小，到軋件開始拋出1H時，2V的軋制力開始上升。這說明1H和2V間是拉剛。從圖2.54圖，當軋件完全咬入2V后，1H的軋制力矩開始減少，軋件拋出1H后，2V的軋制力矩開始減少，這也說明1H和2V間是拉剛。這與表3.3中所述一致。圖 2.54 粗軋機組軋制力變化曲線圖2.55 粗軋機組的軋制力矩變化曲線（2）2V和3H軋件從咬入3H開始，2V和3H的軋制力矩開始較較小幅度的升高，這說明2V和3H間是堆剛。這

42、與表3.3中所述一致。（3）3H/4V從軋件咬入4V，3H的軋制力矩降低，4V的軋制力矩逐漸增大。這說明3H和4V間是拉鋼。這與表3.3中所述一致。（4）4V/5H從軋制力可以看出軋件從咬入5H，4V和5H的軋制力逐漸增大。這說明4V和5H間是堆剛；從軋制力矩來看，軋件從咬入5H開始，4V的軋制力矩開始升高，軋件拋出4V后，5H的軋制力矩開始升高，這也說明4V和5H間是堆剛。這與表3.3中所述一致。（5）5H/6V軋件拋出5H后，6V的軋制力開始較大幅度的升高，這說明5H和6V間是拉剛。這與表3.3中所述一致。2.2.3.2 中軋機組2.2.4.1 中軋機組的軋制力圖2.56中軋機組軋制力變化

43、曲線。圖2.56 中軋機組制力變化曲線2.2.4.2 中軋機組的軋制力矩圖2.57中軋機組軋制力矩變化曲線。圖2.57 中軋機組制力矩變化曲線.3 中軋機組的堆拉關系（1）7H/8V從圖2.56來看軋制力可以看出軋件從咬入8V開始到穩(wěn)定軋制，7H的軋制力逐漸增大。這說明7H和8V間是堆剛。堆鋼程度很小。從圖2.57看軋制力矩，軋件從咬入8V開始，7H的軋制力矩開始升高，這也說明7H和8V間是堆剛。堆拉程度不大。這與表3.3中所述一致。（2）8V/9H軋件從咬入9H開始，9H的軋制力矩開始逐漸升高，這也說明8V和9H是拉剛。拉剛程度不大。這與表3.1中所述一致。（3）9H/10V圖3.56為9H

44、/10V軋制力變化曲線；圖3.57為9H/10V軋制力矩變化曲線。從圖3.57看，軋件從咬入10V開始，10V的軋制力矩開始較大幅度的升高，這說明9H和10V間是拉剛。（4）10V/11H軋件從咬入11H后，10V的軋制力矩開始升高，這說明10V和11H間是堆剛關系。（5）11H/12V軋件從咬入12V后，11H和12V的軋制力開始降低，這說明11H和12V間是拉剛關系。.3 精軋機組.3.1 精軋機組的軋制力圖 2.58為精軋機組軋制力變化曲線。圖2.58 精軋機組軋制力變化曲線.3.2 精軋機組的軋制力矩圖2.59為精軋機組軋制力矩變化曲線。圖2.59 精軋機組軋制力矩變化曲線.3.3 精

45、軋機組的堆拉關系（1）13H/14V圖2.58為 13H/14V 軋制力變化曲線，從圖2.59軋制力可以看出軋件從咬入14V開始，13H的軋制力逐漸增大，軋件拋出13H后14V的軋制力下降。這說明13H和14V間是堆剛。堆鋼程度很小。（2）14V/15H軋制力變化可以看出軋件從咬入15H開始，14V和15H的軋制力逐漸減小，這說明13H和14V間是拉剛。拉鋼程度很小。（3）15H/16V軋制力變化可以看出軋件從咬入16V開始，16V的軋制力逐漸增大，這說明15H和16V間是堆剛。堆鋼程度很小。（4）16V/17H16V和17H間是拉剛關系。（5）17H和18V軋制力變化可以看出軋件從17H拋出

46、，18V的軋制力略微減小，這說明17H和18V間是堆剛。堆鋼程度很小。2.2.4 各個道次軋后的軋件表面及心部溫度變化.1 粗軋機組的溫度曲線圖2.60為粗軋機組的溫度變化曲線。圖2.60 粗軋機組的軋件溫度變化曲線.2 中軋機組的溫度曲線圖2.61為中軋機組的溫度變化曲線。圖2.61 中軋機組的軋件溫度變化曲線圖2.62 精軋機組軋件的溫度變化曲線.3 精軋機組的溫度曲線圖2.62為精軋機組軋件的溫度變化曲線。2.3 按軋制程序表中工藝參數的有限元仿真結果粗軋機組軋件的塞位尺寸都比設計值大，塞位尺寸比天地尺寸最大大約10%。中軋機組軋件的塞位尺寸都比設計值大，塞位尺寸比天地尺寸最大不超過7%

47、。精軋機組軋件尺寸基本和設計值一致。由軋件尺寸可知，隨著軋制速度的提高及精軋機組由于形變熱效應引起軋件溫升，摩擦系數降低，導致寬展系數降低，軋件寬展系數隨著軋制道次的增加是逐漸減小的。2.4 修正軋制程序表后的有限元仿真結果 機組堆拉關系調整根據表2.4 堆拉關系表的堆拉關系，得出軋制道次與堆拉系數的曲線圖（見圖2.63）。根據現有的堆拉系數，為了保持無堆拉軋制，以18V連軋常數為基準，修正其它各架軋機的轉速，在新的轉速下再按照前述的方法計算得到新的軋件尺寸和堆拉關系。表2.4為修正前后軋件尺寸、橫截面積及堆拉系數對比表。圖2.64為修正前后各個道次的堆拉系數曲線圖。圖2.63 修正前軋制道次

48、與堆拉關系數表2.4 修正前后軋件尺寸、橫截面積及堆拉系數對比表機組機架軋輥轉速/RPM軋輥轉速（修正）/RPM軋件寬/mm軋件寬（修正）/mm截面面積/mm2截面面積（修正）/mm2推拉系數推拉系數（修正）粗軋1H8.878.443162.60162.8816287.0916302.462V11.9211.323113.60113.4012336.4012327.581.0020880.9997623H15.1814.752134.60135.588751.328830.060.9774431.0016814V20.2018.78599.00102.446998.387093.671.048

49、3330.9962365H38.3736.265115.00107.644948.574859.000.9808030.994746V51.9448.33474.1277.803722.483743.881.0188921.013677中軋7H60.0157.37783.4083.202769.332767.130.9701971.0023748V77.3975.03054.4054.202152.412147.790.9893340.9912369H99.7896.18564.5064.881634.231637.461.0025481.00601810V124.73117.25642.80

50、44.281348.251365.831.0286770.99931111H157.72150.49251.2851.241016.991016.670.9821040.99060112V197.39174.50933.0937.42886.19940.611.0827130.996159精軋13H324.33319.87538.9538.80645.41644.310.8935491.00008614V399.13404.13326.5826.72529.39531.290.9771581.00856715H455.96445.54232.2932.92457.44461.291.0329211.00590816V552.60555.59921.7421.88380.77383.230.974970.99512617H673.84661.42928.6928.81307.39307.951.0210430.99699418V802.3802.30018.2318.06260.63258.220.9847070.991207圖2.64 修正前后各個道次的堆拉系數曲線圖從表2.4及圖2.64中可以得到修正后軋制18圓鋼時，采用修正后的各機架的堆拉系數，各個機架間基本上為無堆