极薄带异步轧制滑移带演化的晶体塑性有限元分析

以单层晶极薄带轧制为研究对象,采用多尺度晶体塑性有限元方法模拟其在拉-压-剪复合应力状态下的宏观剪切带和微观滑移带演化,优化极薄带材轧制工艺。在微观层次上,每个晶粒被离散成若干个有限元单元,且每个积分点采用单晶体本构模型。宏-微观层次模拟的共同特征是滑移带演化高度的各向异性和局部化,微观层次的模拟更加明显。结果表明:新剪切带随轧制区施加额外剪切变形而形成,在拉-压-剪复合应力下,强剪切造成已缩窄的主次剪切带随轧制压下的增大而又扩展。单系滑移带在各变形晶粒内的演化差异很大,存在主次滑移,随压-剪复合应力状态的增强而形成亚滑移带。在拉-压-剪复合应力下,单滑移扩展和叠加形成贯穿晶界的累积滑移带,晶界起到很好的滑移承载和传递作用。

基于机理与数据驱动的热连轧板凸度组合预测

针对传统热连轧出口板凸度预测方法存在的模型精度低、解释性差等缺陷,提出了一种将机理与数据驱动相结合的热连轧板凸度组合预测模型。通过热连轧板凸度机理预测模型得到热连轧板凸度基准值,将该基准值与实际值之间的偏差量作为机器学习模型的预测变量,再将偏差量预测值与基准值进行求和得出组合预测模型的板凸度预测值,并将该组合预测策略应用至多个神经网络进行方法验证。研究结果表明,提出的热连轧板凸度组合预测模型相较于传统预测模型具有更好的预测性能,其中有97%以上预测数据的绝对误差小于0.02 mm,82%以上预测数据的绝对误差小于0.01 mm,同时该组合预测方法具有较好的可行性与普适性,所提出的模型能够实现机理模型与数据驱动模型的优势互补,使得模型更加符合实际物理意义,该组合模型既缓解了神经网络预测结果由于过程黑箱导致解释性差、可信度低的问题,又弥补了机理模型预测结果偏离生产工况、无法实时修正的缺陷,对热连轧板带钢的板形控制以及热连轧产品质量的改善具有重要意义。

数据驱动与机理耦合的冷轧电机功率智能预测方法

电机功率计算在保证生产安全、制定轧制规程以及发挥设备能力等方面起到了重要作用。为提高计算精度,本文提出一种机理模型与数据驱动方法相结合的电机功率预测模型。首先,机理模型部分采用上界法得到解析解,然后将部分功率解析解(塑性变形功率、张力功率和剪切功率)与相关变量输入长短时记忆(long short-term memory,LSTM)网络中训练,以提取变量数据之间的深度特征和时序相关性。结果表明:本文提出的时序耦合预测模型相对误差不超过±3.9%,且在相邻卷带钢轧制规程变化较大时,预测效果明显优于上界法和人工神经网络(artificial neural networks,ANN);从残差分布直方图中可以看到,上界法由于遗漏了摩擦系数和损失功率与其他参数间的强耦合关系,导致残差集中在±50 kW附近且不符合正态分布,而ANN和本模型均基本遵循正态分布,但本模型拟合精度更高;对比更广泛的模型评估指标,本模型具有更好的综合预测性能。此外,通过模型输出结果分析了电机功率与轧制长度、轧制速度之间的关系,表明本模型除具有高预测精度外,还与已知的参数间物理规律有较强一致性。

H型钢轧制力的数值模拟分析

利用显式动力学有限元技术模拟了H型钢的热轧变形过程,给出了各变形参数对H型钢轧制力的影响规律,分析了这些主要影响规律的产生原因。研究结果表明:腰部绝对压下率、内宽、水平辊直径、温度以及腿宽等因素对水平辊的轧制力有比较明显的影响;腿部绝对压下率、腿宽、温度以及腿腰延伸比等因素对立辊的轧制力有比较明显的影响。

中厚板轧制过程中高精度的轧制力预测模型

结合首钢3500mm轧机改造项目,根据中厚板轧制工艺的特点,对影响轧制力的因素进行了详细的解析,包括变形区影响函数、变形率函数和变形速率影响函数等,给出了中厚板轧制过程中高精度的轧制力计算数学模型。分析了残余应变对轧制力计算的影响,得到了不同钢种的残余应变计算模型和轧制力在线计算时的修正策略。现场在线应用结果表明:给出的轧制力模型具有良好的预测精度,预测误差可以控制在5%以内。

中厚板轧制过程中的辊缝设定模型及其应用

结合首钢 35 0 0 m m轧机改造项目 ,根据中厚板轧制工艺的特点 ,详细分析了中厚板轧制过程中辊缝设定模型的各种影响因素 ,并给出了相应的高精度补偿模型 ,如轧机的自然刚度、油膜厚度变化等。分析了轧件入口厚度偏差对辊缝设定的影响及其在线消除。现场的在线应用结果表明 :运用给出的辊缝设定模型 ,可以大幅提高中厚板轧机的辊缝设定精度 ,为厚度精度的提高和 AGC控制打下了良好的基础。

500MPa级超级钢工业实验

为了使普通碳素结构钢 Q2 35的屈服强度提高到 5 0 0 MPa以上 ,对其化学成分进行调整 :提高 Mn元素的含量并加入微量微合金元素 Nb(小于 0 .0 2 % Nb) ,与控制轧制控制冷却工艺相结合。在本钢 170 0热轧机上进行了2次工业实验。结果表明 ,终轧温度为 85 0℃左右 ,卷取温度 5 5 0℃左右时 ,在细晶强化、相变强化和沉淀强化的综合作用下 ,实验钢屈服强度达到 5 0 0 MPa以上 ,冲击韧性良好 ,伸长率大于 2 5 %。

板带热连轧精轧机微张力模糊智能控制

介绍了应用于文丰钢铁公司板带热连轧精轧机上游机架的微张力模糊智能控制策略,给出了精轧机微张力控制电流记忆法的原理及速度级联策略;并且说明了模糊控制器输入量的模糊化以及输出量的清晰化方法,给出了相应的智能化模糊规则。实际应用结果表明,与传统的PID控制器相比,智能模糊微张力控制器避免了可能出现的带钢张力控制超调量大以及调节时间长等现象,控制效果明显得到改善。

中厚板MAS轧制过程的有限元模拟

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对MAS轧制过程及随后的展宽和精轧过程进行了模拟计算,分析了各变形阶段钢板的形状变化及不同MAS轧制参数对钢板边部形状的影响。结果表明:MAS轧制可以改善轧后钢板边部形状。钢板边部形状的改变不仅与MAS轧制的补偿面积有关,而且与MAS轧制段长度和压下量的比值有关,若MAS轧制参数选取不当,钢板边部会发生“过补偿”现象。根据计算结果选取MAS轧制参数,在中厚板轧机上进行了现场生产试验,效果良好。

板形锁定法在轧制宽薄中厚板中的应用

厚度控制系统特别是 AGC系统对中厚板板形的开环控制有一定影响 ,特别是刚度偏小的轧机在轧制宽薄中厚板时容易出现边浪。为此提出一种针对轧制宽薄中厚板的板形控制策略——板形锁定法 ,即在轧制宽薄中厚板的最后一两个道次 ,AGC不投入 ,而改用 APC控制 ,通过理论和实践证明 ,该策略对保证中厚板的板形有一定效果 。

轻型薄壁H型钢轧制条件研究

我国轻型薄壁 H型钢市场日益加大 ,有些型钢厂欲建设新轧机 ,生产该产品。生产轻型薄壁规格 ,应该使用连轧机。为此 ,就轻型薄壁 H型钢轧制的轧制规程、精轧温度 ,轧制力进行了实验研究。研究结果表明 :由于轧辊冷却水的作用 ,在连轧机上 ,薄壁 H型钢的腰部温度不高于 U EU往复可逆连轧机。使用 UEU强力往复可逆连轧机 ,比常规的连轧机更适用于轧制轻型薄壁

耐酸性高Mn奥氏体钢的实验研究

为适应特殊油气开采环境的复杂工况条件,提高设备的使用寿命和安全性,降低开采成本,不同于常规管线钢低C低Mn的合金设计思路,采用高C高Mn成分体系获得了综合性能优异的新型耐酸性奥氏体钢.通过拉伸实验、冲击试验以及氢致开裂实验等方法对其综合性能进行研究,并利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等手段对高Mn奥氏体钢的组织进行了观察分析.研究结果表明:实验钢抗拉强度达到1 153 MPa,屈强比仅为0.46,伸长率高达50%,-40℃冲击功达到123 J,同时A溶液条件下经96 h浸泡未发现氢鼓泡及裂纹.实验钢显微组织为单相奥氏体组织,组织中存在大量位错、层错以及孪晶.与常规管线钢相比较,实验钢具有低屈强比、高均匀塑性变形的优点.此外,奥氏体组织的溶氢能力极强,本实验钢具有优良的抗氢致开裂腐蚀性能.

压下率对轧制单层晶极薄带晶界滑移特性的影响

采用退火态单层晶轧制铜箔为原料,进行不同压下率的箔轧.以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,建立了考虑潜在硬化和晶格转动效应的率相关晶体滑移本构模型,分析了压下率对轧制单层晶极薄带晶界附近区域变形分布特性、取向演化和滑移系激活规律的影响,并探讨其机理.确定了合理的材料本构参数,铜箔拉伸实验与晶体塑性有限元模拟得到的应力-应变曲线一致.所建立的晶体塑性有限元模型,可很好的模拟最大压下率达到80%时轧制单层晶铜箔的变形过程.结果表明:1)由于晶粒形状、晶界及晶粒取向的作用导致晶内-晶间变形分布非均匀性;2)由于晶粒间复杂的相互作用导致晶粒取向主要绕横向(TD)进行旋转,且旋转角度和取向分散度随压下率的增加而增大;3)在晶内-晶间不同区域的滑移系启动存在显著差异,启动滑移系随压下率的增加而增多,当压下率小于等于60%时,在晶粒表层和晶界处,滑移系成对发生启动,当压下率达到80%时,表层和晶界处为多滑移系启动情形;4)滑移最先从晶粒表层和晶界处开始,然后向晶粒内部延伸.

超快速冷却装置及其在新品种开发中的应用

介绍了一种国外新近开发成功的板带钢超快速冷却装置(UFC),该装置用带有压力的水从密布的小孔中喷向轧件表面,用于热轧带钢其冷却速度可达300℃／s以上,其实现超快速冷却的机理主要是能够大面积的击破冷却水与轧件间的汽膜。介绍了LIFC在生产线上布置的几种方式和典型应用例。对应用UFC开发超级钢,IF钢铁素体区热轧,双相钢、TRIR钢等高附加值产品作了介绍。

冷却工艺对HP295焊瓶钢板屈强比的影响

为探讨工业生产条件下降低铁素体/珠光体钢屈强比的有效办法,研究了前段冷却、后段冷却和两段式冷却3种工艺对HP295焊瓶钢板屈强比的影响规律,通过采用两段冷却方式并控制带钢卷取温度使攀钢HP295焊瓶钢板的屈强比低于0.8,屈强比合格率由此前的不足90%提高到100%,各项力学性能满足国家标准GB6653-1994要求。

中厚钢板侧弯的形成原因分析

基于4辊中厚板轧机,分析了坯料楔形、温度分布不均匀、轧机两侧刚度存在差异、推床对中不正、轧辊辊形和APC及AGC方式对中厚板侧弯的影响,得知温度分布不均匀、推床对中不正和轧辊辊形对侧弯影响较大,是今后控制侧弯的重要因素。这些分析对今后侧弯的控制方法提供一定的理论依据。通过首钢中厚板厂的应用实践,上述分析得到很好验证。

控轧控冷条件下Q345中厚板的生产工艺研究

通过试验模拟和实机轧制试验,对传统Q345钢的静态再结晶行为、应变累积效应和晶粒细化机制等进行研究,分析了影响中厚钢板显微组织和力学性能的主要因素。结合首钢中板厂3500mm机组的特点,确定出Q345中厚钢板的TMCP生产工艺。实践表明该工艺可使钢板的平均组织晶粒度达到10～12级,带状组织降至1.5级以下。

基于Matlab GUI串口通信的实时温度监控系统设计

为提高温度监控系统中数据处理速度和软件开发效率,设计了基于Matlab图形用户界面(GUI)的温度实时监控系统。系统利用Matlab串口工具箱,以Modbus协议为通信协议,通过计算机控制岛电SRS13A型温控器,实现了在金属加热过程中对其表面温度值的实时监控。系统软件界面简洁,操作方便,内存占用小,通过参数配置可实现多种工作方式。实验测试结果表明,系统运行稳定,以1 s的采样间隔和0.1℃的测量精度,快速准确地绘制了系统在不同参数配置下的温度响应曲线。

热轧卷板氧化铁皮形成机理及控制策略的研究

为了解决热轧卷板生产中出现的表面红色氧化铁皮问题,进行了实验室除鳞热轧实验以及调整轧制工艺的工业性试验。利用扫描电镜和EDX能谱仪对热轧板表面红色氧化铁皮在除鳞及热轧过程中的演变行为进行了研究,找出了红色氧化铁皮的形成原因,并提出新的热轧工艺制度修改方案,即采用高除鳞点温度、高温轧制、低温卷取的技术路线。在生产实践中采用此工艺路线后,产品表面红色氧化铁皮基本上被完全去除,大大提高了鞍钢产品的实物质量。

微量固溶Nb在钢中的作用

在实验室条件下进行了铌的质量分数为0.013%的含铌钢和不含铌钢的热轧试验,对含铌钢TEM观察结果表明,未观察到Nb(CN)从奥氏体中形变诱导析出,Nb(CN)在铁素体中也未脱溶析出。力学性能检验结果表明,在控轧控冷工艺及其他化学成分相同的条件下,微量的固溶铌(w(Nb)=0.013%)能使铁素体晶粒细化,造成钢的屈服强度平均提高55 MPa。