H型鋼超快速冷卻技術(shù)的研究與應用.pdf

1、H型鋼終軋后，翼緣和腹板溫差較大，斷面組織不均勻;生產(chǎn)高強度H型鋼時，通過微合金化提高產(chǎn)品強度，不僅噸成本提高，而且產(chǎn)品力學性能不穩(wěn)定。H型鋼可以通過超快速冷卻來提高產(chǎn)品組織性能。超快冷技術(shù)已經(jīng)在帶鋼的熱軋生產(chǎn)中得到了應用，而由于H型鋼斷面形狀的復雜性，其在線控冷很容易出現(xiàn)冷卻不均勻的現(xiàn)象，將影響軋件的斷面形狀和性能均勻性，產(chǎn)品易產(chǎn)生內(nèi)并外擴變形及腹板浪、裂紋等缺陷。本文對H型鋼超快速冷卻控制系統(tǒng)建立起數(shù)學模型，溫度場進行了模擬，變形和

2、應力作了分析，以及對組織性能影響進行了系統(tǒng)研究。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)對H型鋼超快速冷卻設(shè)備作了簡要介紹。通過基礎(chǔ)自動化中信號傳遞和液壓缸的協(xié)同工作，使超快冷系統(tǒng)能適應不同規(guī)格H型鋼的冷卻要求。根據(jù)鋼種開發(fā)及生產(chǎn)工藝要求，針對超快速冷卻過程，建立了空冷和水冷溫降模型。通過模塊化設(shè)計，實現(xiàn)了過程溫度的控制;通過模型自學習，使超快速冷卻工藝逐步合理。從運行情況來看，腹板和翼緣溫度差值可以降至30℃，協(xié)同工作的兩個液壓缸中

3、磁尺數(shù)值大致吻合，從而使超快速冷卻系統(tǒng)具有良好的可控性以及高精度和低故障率。
　　(2)利用有限元法，建立起H型鋼超快速冷卻分析模型，對超快冷和空冷溫度場進行了分析，超快冷4.5s后，翼緣端部溫度最低，R角溫度最高，表面平均溫度從850℃降低至460℃，平均溫降速度達到100℃/s，與實際實驗過程相吻合?？绽?0s后，R角和腹板表面平均溫度分別是700℃和540℃。
　　(3)利用有限體積法對H型鋼超快速冷卻進行了耦合模擬，

4、H型鋼首先在冷卻水射流沖擊的流固耦合界面上降溫，隨著時間的推移，流固耦合邊界對應的區(qū)域熱量逐漸向外傳導，最后被冷卻水吸收，H型鋼超快速冷卻表面平均溫降速度達到100℃/s，與實際實驗過程相吻合。
　　(4)內(nèi)并外擴原因是H型鋼上下槽的冷卻速度不均，造成的殘余應力過大。通過改善超快冷設(shè)備結(jié)構(gòu)布置方式和過程控制模式可以解決內(nèi)并外擴問題。利用有限元法對H型鋼超快速冷卻過程中的內(nèi)并外擴現(xiàn)象進行了模擬和實驗，結(jié)果均表明:當水的對流換熱系數(shù)是

5、相同的情況下，上下腹板表面冷卻不均勻是內(nèi)并外擴主要原因，而上下R角冷卻不均是次要原因。利用熱成像儀對H型鋼軋后空冷進行了溫度測試，H型鋼殘余應力是在空冷初期溫度不均造成的。利用X射線應力分析儀對H型鋼兩種冷卻方式下殘余應力進行了測試，H型鋼經(jīng)過超快冷后應力數(shù)值平均降低30MPa。
　　(5)利用光學顯微鏡、電子探針和透射電鏡對Q235、Q345和BS55C H型鋼的組織性能進行了研究，結(jié)果表明:Q235和Q345 H型鋼不同位置的