差温轧制6063/7072铝合金复合板有限元模拟及翘曲影响因素

高能量密度动力电池的发展对液冷板提出了高安全、高性能制造要求,针对传统“冲压-钎焊”工艺焊合可靠性低、界面抗冲击性差等缺点,本工作提出“差温轧制-吹胀”新工艺以制备结合良好、界面质量高的6063/7072铝合金液冷板。但异质金属的轧制易形成翘曲缺陷,导致后续吹胀工艺无法正常进行,因此亟需研究轧制液冷板的翘曲机理及其影响规律。本工作通过ANSYS/LS-DYNA有限元仿真和实验相结合的方式,研究了其差温轧制过程中的翘曲行为及其机理,分析了工艺参数对翘曲曲率的影响规律。结果表明:轧制方向的应力不协调导致6063铝合金板相对7072铝合金板需产生更大形变以达到应力平衡,轧制方向的应力差可以用来表征6063/7072铝合金液冷板的翘曲情况;提高轧制压下率、增大轧制温度差以及减小6063铝合金板厚度比例可有效降低液冷板的翘曲曲率,从而提高液冷板成形精度;实验与仿真的翘曲曲率相对误差小于5.58%,表明本研究的有限元模型准确可靠;通过差温轧制实验得到了6063/7072铝合金复合板,表明差温轧制复合板技术方案可行,为液冷板的高性能制造提供了有效途径。

差温轧制对07MnNiMoDR中厚板变形均匀性的影响

为了提高中厚板厚度方向的变形均匀性,模拟研究了差温轧制对变形量的影响。利用热模拟试验机进行07MnNiMoDR钢的热压缩试验,构建试验钢的高温变形本构方程,利用材料性能分析软件JMatPRo计算了该材料的温度场参数,采用DEFORM-3D软件进行差温轧制模拟。结果表明:与均温轧制相比,差温轧制使粗轧后心部等效应变增加了31.2%;表面和心部变形量差由0.85减少到0.18;差温轧制过程最大轧制力为80.20 MN,满足轧机轧制力小于100 MN的要求。

高强度海工钢特厚板差温轧制工艺

针对特厚板轧制后组织和变形分布不均匀问题,研究了差温轧制工艺对高强度海工钢特厚板变形和组织的影响规律。基于修正后的Gleeble热压缩试验数据构建了海工钢的材料模型,并对有限元软件进行了二次开发。采用冷却和轧制耦合的方法对差温轧制过程进行了模拟,研究了压下率和换热系数对特厚板厚度方向变形行为与动态再结晶晶粒尺寸的影响,并与传统等温轧制进行了对比。结果表明,随着换热系数的增大,钢板厚度方向的温度梯度逐渐增大,表层的等效应变逐渐减小,心部的等效应变逐渐增大,厚度方向的变形更加均匀。压下率越大,差温轧制对促进心部变形的效果越显著。差温轧制能够显著细化动态再结晶晶粒尺寸,换热系数越大,钢板整体的平均动态再结晶晶粒尺寸越小。

特厚板差温轧制参数建模及优化控制研究现状

差温轧制作为一种先进的轧制工艺,对提高特厚板的形性质量具有重要的促进作用。但是生产中工艺参数的制定与优化缺乏明确的理论指导,导致差温轧制技术的发展受到了严重的制约。为解决这一问题,本文从轧制力、缺陷压合、板形控制3个方面分别介绍了相关的建模方法及研究进展,深入分析了理论解析、有限元模拟以及神经网络在建模中的应用。现有研究表明,针对差温轧制生产的轧制力模型预测精度有待进一步提升。同时,差温轧制过程中缺陷压合与板形控制建模研究缺乏多参数耦合的定量描述,相关研究有待进一步深入。最后,随着生产过程中对精度要求的提高,基于人工智能技术的高精度建模和参数优化控制将成为轧钢未来重要的发展方向。

差温轧制工艺对7050铝合金厚板组织与性能的影响

通过调控轧制过程轧件表层与心部温差,实现厚度为76 mm的7050铝合金板的差温轧制。采用金相、硬度、室温拉伸、SEM和EBSD等方法研究差温轧制对厚板不同厚度层组织与性能的影响。研究结果表明:与常规轧制厚板相比,差温轧制厚板通过控制心部与表层的屈服强度,提高厚板变形均匀性,使厚板各厚度层难溶相尺寸均匀。但由于差温轧制人为降低板材温度、增大厚板的变形储能,使厚板再结晶程度提高。总体而言,差温轧制可提高7050铝合金厚板的厚向硬度与拉伸性能的均匀性;厚板各层硬度的不均匀性由10.7%下降到3.0%,厚板各层抗拉强度的不均匀性由9.0%降低到0.7%。

差温轧制连铸钢坯芯部孔洞压合过程数值模拟

基于“温度-形变”耦合控制的高渗透差温轧制技术,通过DEFORM有限元软件研究了差温轧制过程中轧制前强水冷与轧制压下率对铸坯芯部缩孔压合的影响规律.研究结果表明,温度梯度是金属变形流动的主要影响因素之一,增加水冷时间等工艺条件可以提高铸坯芯表温差,获得较大温度梯度,有效提升轧制变形渗透性;在提高铸坯温度梯度的条件下,通过增加单道次轧制压下率可以进一步提高铸坯芯部金属流动性,促进孔洞压合,改善铸坯内部质量.

差温轧制对7055铝合金厚板剥落腐蚀性能的影响

采用强制调控轧制过程表层与心部温差的方法,实现了7055铝合金60 mm厚板的差温轧制。对轧制后的板材进行双级固溶处理(390℃0.5 h+470℃1 h)和回归时效处理(185℃0.5 h+125℃22 h);采用剥落腐蚀、金相、SEM、EBSD、透射电镜等方法研究了差温轧制对板材不同厚度层组织与剥落腐蚀性能的影响,并与常规轧制厚板进行对比分析。研究结果表明:与常规轧制相比,差温轧制通过改善板材心、表温差,增大了厚板心部的变形能力,提高了变形均匀性,使厚板再结晶程度、晶粒平均尺寸和大角度晶界占比均有所增加,但其各层耐剥落腐蚀性能有所下降。

组织对差温轧制Al-Zn-Mg-Cu合金厚板晶间腐蚀性能的影响

采用光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射器(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)对差温轧制(DTR)和常规轧制(CTR)Al-Zn-Mg-Cu合金厚板各层试样的微观组织进行了分析测试,并利用电化学实验平台测试了差温轧制(DTR)和常规轧制(CTR)试样的极化曲线以及IGC实验。结果表明,通过采用差温轧制(DTR)工艺可以改善厚板各层晶粒尺寸的均匀性,通过抑制再结晶率可以减少大角度晶界占比,并使各层的晶界析出相细小及形貌差别变小,沉淀无析出带宽度变窄和差别减少;从而导致DTR试样的耐晶间腐蚀性能普遍要优于CTR试样。电化学曲线测试也表明,DTR工艺能改善Al-Zn-Mg-Cu合金板沿厚度方向的腐蚀性能均匀性,沿厚度方向各层的点蚀电位和腐蚀电位等电化学参数变化减小。

特厚钢板差温轧制工艺的研究与应用

在国内某厚板厂轧机前安装差温冷却装置,通过实施差温轧制工艺生产特厚板。同传统控轧控冷工艺相比,采用差温轧制工艺生产的特厚板厚度方向性能稳定,板厚1/2处带状组织得到明显改善,组织更加均匀,晶粒更为细小。

厚钢板同径异速蛇形/差温轧制力能参数建模与分析

蛇形/差温轧制可以细化钢板中心的奥氏体晶粒,促进变形向钢板心部渗透,改善钢板的微观组织和性能。为了满足轧机的设计和工艺参数设定要求,有必要建立蛇形/差温轧制力能参数模型。根据钢板厚度方向的温度梯度将钢板分为上、下表面层和中间层,结合蛇形轧制的变形区(后滑区、前滑区、搓轧区和反弯区),蛇形/差温轧制的变形区总共分为12个区域。考虑到非均布剪切应力和均布正应力,采用主应力法建立了同径异速蛇形/差温轧制轧制力和轧制力矩的解析模型。通过ANSYS软件对计算结果进行验证。结果表明,模型的计算结果与模拟结果相比,误差可以控制在10%以内,该模型可准确的预测同径异速蛇形/差温轧制过程中的轧制力和轧制力矩。

厚钢板差温轧制心部变形与实验研究

传统对称轧制在厚规格钢板生产中会出现心部变形不充分问题,导致心部晶粒粗大,基于轧前超快速冷却的差温轧制可以有效提高厚钢板心部变形。结合差温轧制实验并通过Ansys热力耦合有限元模拟了差温轧制过程,研究了差温轧制对厚钢板心部变形的影响,并与均温轧制进行了对比。结果表明:与均温轧制相比,相同条件下差温轧制心部应变可提高30.0%;差温轧制心部等效应变随对流换热系数和压下率的增大逐渐变大,钢板心部变形更加充分。通过实验验证了差温轧制可提高心部变形,有效细化钢板心部晶粒尺寸,消除带状组织,在一定程度上验证了有限元模拟的准确性。

差温轧制工艺在特厚钢板生产中的应用

温度及变形制度是中厚板轧制过程中的控制难点。尤其在采用控制轧制工艺生产特厚钢板时,实现全断面变形及温度均匀控制、保证组织性能均匀性的难度更大。差温轧制工艺就是在钢板轧制过程中实施极速浇水控冷,实现钢板上、下表面快速降温,与心部产生巨大温差,轧制时使钢板上、下表面的变形抗力远远大于钢板心部,心部变形量大于上、下表面变形量,从而提升特厚钢板心部性能,改善钢板整体性能。差温轧制工艺在国内尚处于起步阶段,尚未得到广泛应用。兴澄特钢结合自身品种特点,基于现有工艺装备条件,针对差温轧制工艺进行深入试验研究。

差温轧制对135mm特厚板探伤结果的影响

结合实际生产,以300mm厚的Q345D连铸坯轧制135mm的厚钢板,探索了差温轧制对钢板探伤结果的影响,结果表明:控轧钢板的探伤合格率较低,差温轧制过程中增大了钢坯心部变形量,有利于心部缩孔等缺陷的压合,钢板的探伤合格率明显提高。

10Ni5CrMoV厚板连续差温轧制工艺

厚板是船舶、化工、高压管道、压力容器等行业必需的钢材品种,但在轧制成形时由于心部变形不充分,导致内部孔洞难以压合,存在心部力学性能偏低、厚度方向上性能不均匀的问题。以10Ni5CrMoV厚板为例,研究了其在差温轧制工艺下的变形规律,目的是解决厚板心部变形不足的问题,为差温轧制在厚板成形中的应用提供理论依据。首先通过Gleeble热压缩试验测定了10Ni5CrMoV钢的高温真实应力-真实应变曲线,建立了10Ni5CrMoV钢的本构方程,基于此本构模型,应用有限元方法进行了10Ni5CrMoV厚板5道次轧制过程的数值模拟,分析了心-表温度分布规律和应变分布规律,并进行了轧制验证试验,对比了不同轧制工艺下厚度方向上的变形及组织均匀性。结果表明,当5道次轧制的总变形量为58.3%时,与均温轧制相比,连续差温轧制和首道次差温轧制10Ni5CrMoV厚板心部的等效塑性应变分别提高了5.40%和1.04%,连续差温轧制工艺最有利于心部变形,但是,需要进行道次间冷却才能维持厚板差温轧制所需的心表大温差的温度分布状态。10Ni5CrMoV厚板变形均匀程度依次为连续差温轧制>首道次差温轧制>均温轧制,连续差温轧制后内部晶粒明显细化、组织更均匀。连续差温轧制能有效促进变形向厚板心部渗透,这对均匀化组织、提高力学性能、改善质量具有重要意义。

差温轧制工艺对FH36厚板组织与性能的影响

为提高特厚钢板的心部性能,对150 mm厚调质FH36的粗轧采用正常大压下工艺、差温小压下轧制工艺、差温大压下轧制工艺,轧制后采用同样的热处理工艺进行调质热处理。试验表明:正常大压下工艺,轧制最大单道次压下率22%,轧制扭矩达4000 N·m,轧制调质热处理后钢板晶粒度约9级,各项性能良好;采用差温大压下轧制工艺生产的钢板经调质热处理后,与正常大压下工艺相比,心部晶粒变小达到10.5级,钢板心部的冲击韧性和强度明显提升;采用差温小压下轧制工艺生产的钢板经调质后,心部冲击韧性与强度变化较小。因此差温小压下轧制工艺可以有效降低轧制生产负荷,或在生产特殊钢种时充分利用轧制能力有效增加压下量。

高线盘螺差温粗轧+低温精轧+风冷气雾冷却工艺实践生产应用

根据轧制理论,轧制过程中在较大温度梯度条件下,中心区域更容易变形,奥氏体组织更加细小,从而改善钢材组织和力学性能。

差温轧制建筑梁用7071铝合金板材微观组织及力学性能分析

通过板材表面喷洒乳化液实现快速降温的方式对7071铝合金板进行差温轧制,采用SEM、室温拉伸和EBSD等方法,研究常规和差温轧制下7071铝合金板表面和中心的组织及性能变化。结果表明:两种轧制方式下再结晶晶粒都在轧制方向上变长,再结晶度从表面往内部逐渐变小,常规轧制层的再结晶度小于差温轧制。采用差温轧制方法得到的固溶态板材不同位置中的难溶相具有更好的均匀性,心部区域的难溶相尺寸比常规轧制的小。经过差温轧制后板材不同位置的力学性能差异变得更小,达到更均匀状态。板材经过差温轧制后,其表面伸长率明显增加,但中心部位却发生一定程度的降低。采用差温轧制方法能够提高板材的力学性能。

差温轧制对厚板芯部变形的影响

采用有限元方法建立了厚板轧制的刚塑性有限元模型,以研究在厚板轧制过程中引入厚度方向上的温度梯度对钢板芯部变形的影响。并与传统均温轧制进行对比,研究了差温轧制对钢板头部变形与宽展的影响,以及在两种工艺下钢板厚度方向上应变分布的变化,分析了差温轧制条件下应变、压下量与板坯厚度之间的关系。结果表明,温度梯度轧制有利于增加坯料芯部变形,差温轧制钢板头部呈现单鼓形,而均温轧制钢板头部为双鼓形。均温轧制中心与表面宽展差值为差温轧制这一数值的16倍。随着板厚减薄,道次压下量增大,差温轧制钢板内部应变逐渐提高。但当道次压下率和板厚过大或过小时,差温轧制对中心应变的改善作用不明显。

采用新型差温轧制工艺生产Q690级特厚钢板

为了实现在厚度方向上具有优异强度均匀性的Q690级特厚钢板的研发,采用一种新型的差温轧制工艺进行了实验室轧制,并研究了差温轧制工艺对钢板显微组织、厚度方向上强度均匀性和力学性能的影响。结果表明：差温轧制工艺能够显著细化钢板芯部和1/4厚度处的原始奥氏体组织,增加芯部和1/4厚度处淬火组织中的两相区铁素体体积分数。通过差温轧制工艺生产的Q690级钢板具有优异的力学性能,钢板的伸长率和-40℃冲击功分别大于16%和60J,从表面到芯部,钢板屈服强度差异小于10 MPa。

非对称轧制及冷却对中厚板板形及应变的影响

基于非对称轧制与差温轧制在提高厚板心部变形程度的优势,在蛇形轧制的基础上研究了差温轧制对厚板心部变形程度和轧后弯曲的影响规律。采用有限元软件,模拟不同工艺参数下的中厚板蛇形轧制过程,研究不同错位量、异速比对心部变形及轧后弯曲的影响规律。根据轧后板材弯曲情况,设定轧后冷却策略,模拟非对称冷却抑制弯曲的影响规律。开展差温轧制模拟及实验,观察轧后板材心部变形情况,研究轧板组织性能变化。结果表明:蛇形轧制及非对称冷却均能够有效改善板形,如当初始厚度为60 mm、异速比为1.02、错位量为30 mm时,对轧后板材进行非对称冷却后,得到的板材最为平直。相对于均温轧制,差温轧制后板形心部变形程度提高,板材力学性能提升。以上研究为实际工业生产提供理论和技术参考。