[发明专利]一种基于有限元模拟的球扁钢轧制工艺优化方法

说明书

一种基于有限元模拟的球扁钢轧制工艺优化方法，涉及金属轧制制造工艺技术技术，包括：S1：测量待轧制坯料的材料参数及几何参数，建立有限元模型，并利用网格结构化方法划分网格；S2：将多道次往复轧制工艺拆分为若干单道次轧制工艺，基于有限元模型分别进行模拟，直至全部道次轧制完成，输出最终模拟结果；S3：根据S2的最终模拟结果，对轧制工艺进行优化。本发明所述的方法能够提供一种低成本，高效率，高精度的球扁钢轧制工艺优化方法，为球扁钢轧制工艺的合理优化，提供可靠的数值依据。

技术领域

本发明涉及金属轧制制造工艺技术领域，尤其涉及一种基于有限元模拟的球扁钢轧制工艺优化方法。

背景技术

进入21世纪，我国船舶及海洋工程装备领域迎来了高速增长的新时期，船舶及海洋工程装备领域的快速发展对造船及海洋工程用钢提出了高强度、高韧性、大线能量焊接及耐腐蚀性的迫切需求，同时还需要满足大厚度及大尺寸规格的需求。作为船舶专用结构型钢的球扁钢，是建造大型船舶以及各种远洋、沿海、内河船舶以及各类舰艇等不可或缺的专用型材，对船体结构承载能力和安全性有着重要影响。在船体型材中，球扁钢占80％左右，所占的份额最大，年需求量超过200万吨。

球扁钢为非对称断面异型材，由球头和腹板组成，热轧过程球头和腹板的变形量和温度各不相同，在传统孔型轧制过程中，球扁钢各部位的变形量、温度和冷却速度不能进行有效的控制，因此，TMCP工艺无法得到实施，使得材料的强韧性能无法得到可靠保障。随着计算机技术及数值模拟技术的发展，有限元计算技术已经成为科学研究及工程设计的重要计算手段。通常采用有限元技术对轧制过程进行模拟，以期在轧制工艺上进行优化。

现有技术中对轧制工艺的有限元模拟，在网格重划分重构及划分方法十分繁琐，并且不利于多道次轧制模拟的顺利进行，同时无法适用于截面形状不规则，变形不均匀的异型钢的轧制过程。

发明内容

本发明目的是提供一种基于有限元模拟的球扁钢轧制工艺优化方法，通过有限元模拟球扁钢热轧过程，依据模拟结果，探寻球扁钢热轧工艺的优化方法，实现球扁钢的柔性控轧，在不增加成本的前提下，提高球扁钢的韧性水平。该方法可对热轧球扁钢的整个轧制过程进行准确模拟，模拟精度高、模拟运算时间短，为球扁钢热轧工艺的合理优化，提供了可靠的数值依据。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于有限元模拟的球扁钢轧制工艺优化方法，包括以下步骤：

S1：测量待轧制坯料的材料性能参数及几何参数，建立有限元模型，并利用网格结构化方法划分网格；

S2：将多道次往复轧制工艺拆分为若干单道次轧制工艺，基于有限元模型分别进行模拟，直至全部道次轧制完成，输出最终模拟结果；

S3：根据S2的最终模拟结果，对轧制工艺进行优化。

进一步的，所述S2具体包括：

S21：将多道次往复轧制工艺拆分为若干单道次轧制工艺；

S22：针对拆分后得到的每一道次轧制的模拟，

采用显式动力学方法分步模拟坯料的咬入、轧制、抛钢；

采用隐式动力学方法分步模拟各道次轧制之间坯料的返红过程及降温过程；

S23：若该道次轧制过程中发生大变形，则执行网格重构操作，并以重构后的网格进行下一道次轧制的模拟；

若该道次轧制过程中未发生大变形，则直接进入下一道次轧制的模拟；

S24：重复上述步骤S22～S23，直至全部道次轧制完成，输出最终模拟结果。