[发明专利]基于冷却过程残余应力预测的轧制板形补偿方法

权利要求书

1.一种基于冷却过程残余应力预测的轧制板形补偿方法，其特征在于，包括：

步骤1：确定带钢钢种成分、带钢几何尺寸、随温度变化的热物性参数；

步骤2：建立关于温度-相变-应力多物理场耦合的有限元模型；

步骤3：实测热带钢出精轧机组时的温度，作为层流冷却过程的初始温度，利用有限元模型预测带钢在层流冷却过程的残余应力；

步骤4：根据预测出的层流冷却过程残余应力来确定补偿应力，在精轧过程中轧制出补偿应力下的带钢；

所述步骤2包括：

步骤2.1：在热轧带钢层流冷却阶段任取一段带钢，确定所述带钢在轧后层流冷却过程中的初始温度场；

步骤2.2：根据初始温度场以及冷却边界条件建立关于温度-相变-应力多物理场耦合的有限元模型；

所述步骤2.2包括：

步骤2.2.1：在空间直角坐标系下建立冷却过程温度控制方程：

式中，T为带钢温度；q_v为带钢相变潜热速率；λ(T)、ρ(T)、C_p(T)分别为随温度变化的导热系数、密度、比热；

步骤2.2.2：计算空冷的换热系数h_a：

式中，ε为热轧带钢表面辐射率；σ₀为玻尔兹曼常数；T_∞和T_s分别为环境温度和带钢表面温度；

步骤2.2.3：计算水冷的换热系数h_w：

式中，ω为集管水流量；T_w为冷却水温度；D为集管喷嘴直径；P_l和P_c分别为轧制线方向的喷嘴间距和垂直轧制线方向的喷嘴间距；

步骤2.2.4：计算热轧带钢在层流冷却期间的相变潜热速率q_v：

式中，ΔH_κ为奥氏体转变为新相κ的热焓值变化量；ΔX_κ为时间步内新相κ的体积分数增量；Δt为时间增量；

步骤2.2.5：利用Esaka相变动力学模型计算冷却过程中各新相转变量：

式中，X、X_max分别为新相转变量、最大转变量；B为相变参数；为奥氏体晶粒尺寸；q为相变常数；t′为冷却时间；τ代表τ_F、τ_P两种不同类型相变，τ_F、τ_P分别为铁素体和珠光体相变孕育期；k代表k_F、k_P两种不同类型相变，n代表n_F、n_P两种不同类型相变，k_F、n_F为铁素体相变参数；k_P、n_P为珠光体相变参数；f_D和f_N分别为带钢动态再结晶和未动态再结晶的体积分数；ε_C为开始动态再结晶的应变；ε^all为整体应变；H、h分别为带钢在精轧阶段入、出口厚度；[％C]为碳含量；[％Mn]为锰含量；

步骤2.2.6：建立内应力计算模型：

整个冷却过程中带钢的应变增量dε_ij为：

内应力计算模型dσ_ij为：

dσ_ij＝[C]_ij·dε_ij (14)

式中，分别为弹性应变增量、塑性应变增量、热应变增量；为相变应变增量；X_A、X_F、X_P分别为奥氏体、铁素体、珠光体体积分数；α_A、α_F、α_P分别为奥氏体、铁素体、珠光体热膨胀系数；β_F、β_P分别为铁素体、珠光体相变体积膨胀系数；[C]_ij为材料的刚度矩阵；ΔT为带钢冷却过程温度变化量。