热轧带钢冷却过程中的相变模拟

Q235B热轧带钢的冷却相变行为及热轧工艺研究摘要：通过对Q235B带钢的高温相变平衡温度及相变开始温度的研究，并根据静态再结晶细化晶粒的原理，制定了适合Q235B带钢的热轧轧制工艺，并有效解决了Q235B厚规格屈服强度、抗拉强度及延伸率偏低等问题。

关键词：相变平衡温度、相变开始温度、贝氏体转变、静态再结晶1前言Q235B作为热轧板材中最普通、使用最广泛的钢种，在我国的每年产量至少在4亿吨以上，因其生产工艺相对较简单，大多数钢厂，尤其是技术力量相对较薄弱的民营企业普遍用该钢种作为主要的热轧板材产品，且大多以粗放式生产为主。

国内外鲜有报道对其热轧阶段的冷却相变行为进行充分的研究，导致指导生产的理论知识缺失，钢材（尤其是厚规格产品）经常出现批量的强度偏低、冷弯脆断、延伸率不符等问题，从而导致生产成本上升，无法及时兑现订单，严重影响公司产品形象。

本文以国内某钢厂（下称：S厂）Q235B板材为例，研究了其在热轧过程中的冷却相变行为，为Q235B产品，尤其是厚规格产品的生产提供了充分的实际保障和理论依据，提高了产品的一等品率，创造了良好的经济效益和社会效益。

S厂的1780mm生产线工艺流程如图 1 所示，该生产线的主要设备有三座常规式步进梁加热炉、一台定宽机、两架带立辊的粗轧机 R1 和 R2、七机架精轧机组 F1-F7、前置式超快冷及层流冷却装置、三台卷取机。

在定宽压力机之前、粗轧机架、精轧机前设有高压水除鳞系统，F1-F6 每个机架后设有带钢冷却水，F1-F7机架间设有水雾除尘水、逆喷等水冷却系统。

图1 S厂1780mm生产线工艺流程图2Q235B冷却过程相变初步分析Q235B 板坯在加热过程中主要发生奥氏体（用符号γ表示）晶粒长大和均匀成分。

随后经过粗、精轧机的轧制，该过程主要发生高温奥氏体区的再结晶及由再结晶引起奥氏体晶粒细化、碳氮化合物的析出以及低温奥氏体区的应变累积效应等。

当带钢出精轧机后，轧后冷却过程中首先发生的是奥氏体晶粒的长大，经由层冷达到奥氏体相变平衡温度以下发生相变，相变结束后铁素体晶粒长大。

热轧带钢精轧过程考虑相变的轧制力模型一、热轧带钢的概述热轧带钢是指在高温条件下，将钢坯经过多次轧制、拉伸、压制等工艺，使其变成具有一定形状和尺寸的薄板材料。

热轧带钢具有高强度、优良的塑性和韧性等特点，广泛应用于建筑、汽车、机械等领域。

二、精轧过程的作用精轧是指在冷却后对热轧带钢进行再次轧制，以改善其表面质量和尺寸精度。

精轧可以消除热处理留下的残余应力和变形，提高带钢的硬度和强度，并且可以使其表面更加光滑，减少表面缺陷。

三、相变对精轧过程的影响相变是指材料在经历温度或应力变化时发生的晶格结构改变。

因为在热处理过程中，热轧带钢会发生相变现象，在精轧过程中也会出现相同的情况。

这些相变对精轧过程产生了很大影响。

四、考虑相变的轧制力模型为了更好地控制精轧过程中的变形和质量，需要建立一个考虑相变的轧制力模型。

该模型可以预测在不同温度下带钢的变形和力学性能，从而指导精轧工艺的优化。

1. 建立相变模型首先，需要建立一个相变模型来描述材料在温度或应力变化时发生的晶格结构改变。

这个模型可以使用热力学理论、相图等方法进行建立。

2. 考虑相变对材料性能的影响接下来，需要考虑相变对材料性能的影响。

不同的相变会导致材料硬度、强度、塑性等性能发生改变，因此需要根据具体情况进行分析和计算。

3. 建立轧制力模型最后，在考虑了相变对材料性能的影响后，可以建立一个轧制力模型来预测在不同温度下带钢的变形和力学性能。

这个模型可以使用有限元方法等数值计算方法进行求解。

五、精轧过程中的控制策略通过建立考虑相变的轧制力模型，可以指导精轧过程中的控制策略。

具体控制策略包括：1. 温度控制根据轧制力模型的预测结果，可以调整带钢的温度，以保证其在精轧过程中的变形和质量符合要求。

2. 轧辊设计轧辊的设计也非常重要，需要根据带钢的材料性质和精轧过程中的力学特点进行优化。

例如，在考虑了相变对材料性能的影响后，可以采用不同形状和材料的轧辊来实现更好的精轧效果。

非合金钢热轧薄宽钢带的变形行为与冷却过程模拟热轧薄宽钢带是一种常见的金属制品，广泛应用于建筑、汽车、家电等行业。

为了提高钢带的力学性能和加工性能，了解其变形行为和冷却过程对钢带性能的影响至关重要。

本文将探讨非合金钢热轧薄宽钢带的变形行为与冷却过程模拟的相关内容。

首先，对于非合金钢热轧薄宽钢带的变形行为，研究重点主要包括塑性变形行为和应变硬化行为。

塑性变形是指钢带在外力作用下发生屈服和流动，产生塑性变形。

而应变硬化是指钢带的应变与应力之间呈现出非线性关系，随着应变的增加，钢带的抗力也随之增大。

了解变形行为有助于优化热轧工艺参数、提高钢带的强度和韧性。

其次，冷却过程对非合金钢热轧薄宽钢带的性能具有重要影响。

冷却过程一般分为空冷和水冷两种方式。

空冷是指钢带在室温下自然冷却，而水冷则是通过水冷却设备对钢带进行快速冷却。

冷却过程可以影响钢带的组织结构和性能，例如冷却速率的不同会导致钢带的硬度和强度产生变化。

因此，模拟非合金钢热轧薄宽钢带的冷却过程有助于优化工艺参数，提高产品质量和性能。

为了研究非合金钢热轧薄宽钢带的变形行为与冷却过程，可以借助数值模拟方法进行模拟和分析。

数值模拟方法可以基于材料的力学行为和热力学参数，通过数学和计算机方法确定钢带的变形行为和冷却过程。

其中，有限元方法是一种常用的数值模拟方法，可以通过将钢带划分为小元素，建立数学模型，模拟钢带在力学和热力学作用下的变形和冷却过程。

通过优化数值模型和参数，可以分析钢带的力学性能和冷却效果。

在进行数值模拟之前，首先需要确定非合金钢热轧薄宽钢带的物理性质和材料参数。

这些参数包括钢带的材料硬度、强度、塑性应变和热传导系数等，这些参数可以通过实验和测量获得。

接下来，需要建立合适的数学模型和边界条件，将钢带划分为小元素，定义材料参数，并考虑外力和热力学的作用。

然后，通过求解数学模型的方程，可以获得钢带在变形和冷却过程中的应力、应变和温度分布等信息。

通过数值模拟方法，可以分析非合金钢热轧薄宽钢带在变形和冷却过程中的力学行为和热力学性能。

20CrMnTiH连续冷却相变预测模型
杨婷;段路昭;刘需;白丽娟;张雲飞;孙力
【期刊名称】《特殊钢》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】采用DIL805型淬火变形膨胀仪测定了三种不同成分20CrMnTiH实验钢在不同冷却速度下的热膨胀曲线,对室温显微组织进行观察,并绘制连续冷却转变(CCT)曲线。

实验结果表明:成分波动主要影响20CrMnTiH钢冷却转变过程中贝氏体与马氏体相变冷却区间,对临界相变温度影响较小。

采用K-M方程拟合了三种实验钢的马氏体相变动力学参数。

结合优化的Li经验模型及临界转变温度的回归关系式,建立了20CrMnTiH钢在连续冷却过程中的铁素体、珠光体与贝氏体的相变预测模型,成功预测了成分波动对实验钢CCT曲线的影响。

进而,采用有限元分析方法建立了20CrMnTiH钢端淬仿真模型,较好地预测成分波动对实验钢淬透性的影响,此方法可为齿轮钢的成分优化设计与合理选材提供参考。

【总页数】5页(P82-86)
【作者】杨婷;段路昭;刘需;白丽娟;张雲飞;孙力
【作者单位】河钢材料技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TG142
【相关文献】
1.热轧带钢层流冷却过程中温度与相变耦合预测模型
2.再加热温度对Nb微合金化钢筋连续冷却相变及组织与性能的影响
3.30MnNiCuMoB-RE铸钢的连续冷却相变动力学研究
4.Cr-Ni-Cu桥梁耐候钢的连续冷却相变及其组织和硬度
5.SLD-MAGIC钢的连续冷却转变行为及珠光体相变动力学研究
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金属材料热处理过程中相变行为的数值模拟研究热处理是金属材料加工的重要工艺之一，通过对金属材料的加热和冷却控制，可以显著改变其微观组织和性能。

在热处理过程中，相变行为是十分关键的，它决定了材料的最终性能。

然而，由于相变行为受到多种因素的影响，并且其过程复杂难以观测，因此需要借助数值模拟方法来研究金属材料热处理过程中的相变行为。

数值模拟是一种能够在计算机上通过数学和物理模型对实际过程进行模拟和计算的方法，它能够提供热处理过程中相变行为的细节，揭示其中的规律和机理。

下面将介绍金属材料热处理过程中相变行为的数值模拟研究的方法和应用。

一、数值模拟方法1. 宏观尺度的数值模拟方法：宏观尺度的数值模拟方法主要通过有限元法（Finite Element Method，FEM）来模拟金属材料的热处理过程。

FEM将材料划分为有限数量的小单元，针对每个单元的温度场进行计算，并考虑材料的热传导和相变等物理过程，最终得到整个材料的温度分布和相变行为。

2. 微观尺度的数值模拟方法：微观尺度的数值模拟方法主要通过分子动力学模拟（Molecular Dynamics，MD）或相场模拟（Phase Field Method，PFM）来研究金属材料的热处理过程。

MD模拟基于牛顿力学原理对原子级别的运动进行模拟，可以揭示金属材料的微观结构演化和相变行为。

PFM模拟则通过描述相场变量的演化方程来模拟金属材料的相变行为。

二、数值模拟应用1. 相变行为的数值模拟：通过数值模拟方法，可以模拟不同温度下金属材料的相变行为，指导热处理工艺的设计和优化。

例如，可以通过模拟金属材料的冷却速率对其固溶体析出相变行为进行研究，以获得理想的细化效果。

2. 微观组织演化的数值模拟：热处理过程中，金属材料的微观组织演化对其性能有着重要影响。

利用数值模拟方法可以研究热处理过程中材料晶粒的长大、残余应力的分布等问题，为合理设计热处理工艺提供依据。

3. 应变和应力的数值模拟：热处理过程中，金属材料会发生体积变化和应力分布的改变，这对材料的性能和变形行为都有重要影响。

层流冷却过程中带钢温度场的数值模拟王洪彬1¹孙正旭1孙丽荣1苏艳萍2(1:莱芜钢铁集团有限公司板带厂 莱芜271126;2:北京科技大学高效轧制国家工程研究中心 北京100083)摘要 建立了温度与相变耦合的二维有限差分预测模型,并对带钢轧后冷却过程带钢厚度和宽度方向的温度场进行了模拟计算。

根据连续等温转变实验曲线,采用A v ram i 方程和Sche il 的可加性法则来计算带钢相变潜热,实现温度和相变耦合求解,计算结果和现场实测结果吻合。

关键词 热轧带钢 有限差分 层流冷却 温度分布中图分类号 TG 335 文献标识码ASi m ulati on of Te mperat ure Distributionof Stri p Duri ng La m inar Cooli ngW ang Hongbin 1Sun Zhengxu 1Sun L irong 1Su Y anp i n g1(1:Lai w u Iron and Steel Group Co .,Ltd .Shandong 271126;2:N ational Eng i n eering Researc h Center for Advanced Ro lling .UST Be iji n g ,Be ijing 100083)AB STRACT A t w o -di m ensi onal te mperature and phase transfor m ation coupli ng predicti on model based on f-i n ite d ifference m et hod w as establi shed to ca lcu l a te the te m perature distr i buti on o f hot ro ll ed str i p coo l ed on run -ou t tab le a l ong thickness and w idt h d irec tion .Based on TTT curve ofm a terial st udied ,A vra m i equati on and Sche il addi-t iv it y rule we re applied to predict t he l a tent heat of phase transf o r m ati on ,and the coup li ng so lv i ng o f te m pera t ure and phase transfor m ation w as carr i ed out .The resu lts o f si m u lati on m atch we ll w ith actua lm easure m en t on spot .K EY W ORDSH o t roll ed strip F inite difference L a m i nar coo li ng T e mperature d i str i bu ti on1 前言对于带钢的热连轧过程来说,温度是直接影响轧制产品的尺寸精度和机械性能的重要因素之一。

第40卷 第4期 2005年4月钢铁Iron and SteelVol.40，No.4 April 2005热轧板带钢冷却过程中热力耦合计算及变形分析韩 斌1， 佘广夫2， 焦景民2， 张中平2， 刘相华1， 王国栋1（1.轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学），辽宁沈阳110004；2.攀枝花钢铁（集团）公司热轧厂，四川攀枝花617062）摘 要：采用有限元分析工具ANSYS ，利用不同的表面传热系数，进行了热轧板带钢在常规强制对流层流冷却（冷却速度在30℃/s 左右）以及超快速冷却（UFC ，短时冷却速度可达300℃/s 以上）情况下的热力耦合分析，计算出带钢在不同冷却强度下温度与应力的二维分布，在此基础上进行了残余应力及由此引起变形的理论分析。

通过比较分析的结果，初步得出UFC 的适用范围。

关键词：层流冷却；UFC ；温度场；应力场；有限元；残余应力；变形中图分类号：TG335.11 文献标识码：A 文章编号：0449-749X （2005）04-0039-04Thermo-mechanical Coupling Simulation and DeformationAnalysis for Hot Strip in Cooling ProcessHAN Bin 1， SHE Guang-fu 2， JIAO Jing-min 2， ZHANG Zhong-ping 2，LIU Xiang-hua 1，WANG Guo-dong 1（1.The State Key Laboratory of Rolling and Automation ，Northeastern University ，Shenyang 110004，China ；2.Hot Strip Mill of Panzhihua Iron and Steel Co.，Panzhihua 617062，China ）Abstract ：For two typical cooling process of hot strip ，usual forced convection laminar cooling （cooling rate is about 30℃/s ）and UFC （ultra fast cooling ，cooling rate could be greater than 300℃/s ），the thermo-mechanical coupling field was simulated by ANSYS FEM software with different surface convection coefficient.2-D temperature field and stress field under different cooling rate were calculated ，then the residual stress and deformation caused by residual stress were analyzed theo-retically.By comparing the analytical results of two cooling patterns ，a preliminary applicable condition for UFC was ob-tained.Key words ：laminar cooling ；UFC ；temperature field ；stress field ；FEM ；residual stress ；deformation基金项目：国家自然科学基金资助项目（50104004）作者简介：韩 斌（1970-），男，博士生； E-mail ：hanbinxh@ ； 修订日期：2004-07-22随着生产技术的发展，新产品开发力度不断提高，很多新的高强度级别钢板需要同时具有高强度和良好冷成型性，因此双相或多相的塑性铁素体和贝氏体、马氏体与残余奥氏体的混合显微组织成为追求的目标。

热轧带钢冷却过程中的相变模拟热轧带钢是一种经过高温轧制的金属带材，其冷却过程中会发生相变。

相变是物质由一种状态转变为另一种状态的过程，它在材料的性质和微观结构上产生显著的变化。

热轧带钢冷却过程中的相变模拟可以帮助我们了解相变过程中的温度分布、组织演变以及力学性能的变化，从而优化制备工艺，提高产品质量。

热轧带钢冷却过程中的相变主要包括固溶相变、铁素体相变和贝氏体相变等。

固溶相变是指在固体内部发生的原子或分子的位置重新排列，使得固溶体的晶格结构发生改变。

固溶相变温度与合金成分、冷却速度等因素密切相关。

铁素体相变是指钢中的铁素体晶格结构在一定条件下发生转变，形成不同的铁素体类型。

贝氏体相变是钢中的铁素体通过高温下的变形和固溶处理引起的一种非等温相变。

为了模拟热轧带钢冷却过程中的相变，可以采用热力学模型和相变动力学模型结合的方法。

热力学模型可以用来预测固相和液相的存在区域，通过计算各相的浓度分布，可以确定相变过程中的温度和成分变化。

相变动力学模型可以用来描述相变的速率和机制，通过求解相变动力学方程组，可以得到相变过程中的组织演变和界面移动速度。

热力学模型常用的方法有相图预测法和计算热力学平衡法。

相图预测法通过构建合金相图，根据温度、成分和压力等参数，预测淬火过程中的固溶相变和铁素体相变。

计算热力学平衡法基于热力学平衡条件，利用计算热力学软件（如Thermo-Calc）进行计算，得到相变温度和相变前后的成分分布。

相变动力学模型常用的方法有相场模型和相变动力学模型。

相场模型是一种连续的描述相变界面演变的方法，通过求解相场方程，可以得到相变过程中的界面形貌和移动速度。

相变动力学模型基于相变的体积应变、扩散和表面扩散等物理机制，利用动力学方程描述相变过程，通过求解相变动力学方程组，可以得到相变过程中的组织演变和界面移动速度。

为了进行热轧带钢冷却过程中的相变模拟，需进行以下步骤：1.构建材料模型，确定材料的物理性质和热力学参数，如材料的热导率、比热容等。