[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

说明书

本发明提供一种基于冷却过程残余应力预测的轧制板形补偿方法，属于热轧板形控制领域，基于热轧带钢层流冷却过程中温度、相变、应变/应力耦合过程，综合考虑带钢随温度变化的非线性物性参数、非线性的冷却条件等因素，建立关于温度‑相变‑应力多物理场耦合的有限元模型，利用有限元模型预测带钢在层流冷却过程的残余应力、量化残余应力分布及演变情况，同时再现实际冷却过程中板形演变情况；本发明根据热轧带钢出精轧机时的温度场作为输入条件，来计算整个冷却过程中带钢的内应力和板形的演变情况，再现实际层流冷却过程中的板形缺陷，再将预测出的残余应力作为精轧阶段的参考，经最终冷却得到的带钢会大大改善板形缺陷情况。

技术领域

本发明涉及热轧板形控制技术领域，具体涉及一种基于冷却过程残余应力预测的轧制板形补偿方法。

背景技术

目前，对于轧制阶段产生的单边浪、中间浪、双边浪等板形缺陷的控制技术已趋于成熟。然而精轧出口检测到的板形和最终板形不同的问题较为突出。主要是热轧带钢在经过轧后层流冷却过程中宽度、厚度上的冷却不均匀，引起带钢各部分相变不同步，从而会出现较大的热应力和相变应力以导致局部区域发生塑性变形形成残余应力，最终导致带钢出现浪形和横向/纵向弯曲等板形缺陷。

热轧带钢轧后在输出辊道上的层流冷却是涉及到温度、相变、应变/应力的非线性耦合过程。并且输出辊道长度较短带钢运行速度很快，难以进行试验。因此采用有限元分析针对这一过程进行数值模拟，可以对该过程形成的内应力演变规律进行具体量化分析，从而为该阶段板形控制提供指导。

热轧带钢在输出辊道上的层流冷却过程存在冷却时间短，冷却速率快，很容易造成在宽度和厚度方向上冷却不均匀等特点。在实际生产中轧后层流冷却过程无在线应力检测手段，只能对最终成品进行残余应力的测量，因此对于层流冷却过程产生的内应力和板形缺陷演变规律不明确。这就为控制最终的板形缺陷增大了难度。将在输出辊道上冷却结束时预测出的残余应力作为调控目标，将与预测出的层流冷却结束时的残余应力数值相同但方向相反的应力确定为补偿应力。从而在实际精轧阶段采取工作辊弯辊技术轧制出补偿应力下的带钢来进行实际的冷却，是改善带钢板形缺陷的有效方式。

发明内容

针对热轧带钢轧后层流冷却过程中内应力演变规律无法实际测量且板形难以调控等问题，本发明提出一种基于冷却过程残余应力预测的轧制板形补偿方法，基于多物理场耦合分析的有限元模型来预测热轧带钢层流冷却过程残余应力，从而确定补偿应力的分布，作为精轧出口的设定目标，轧制出补偿作用的板形来改善最终带钢板形。

为实现上述技术效果，本发明提出的一种基于冷却过程残余应力预测的轧制板形补偿方法，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1中所述带钢钢种成分为元素的质量分数；带钢几何尺寸包括带钢宽度、带钢厚度；所述热物性参数包括带钢密度、导热系数、比热、热焓值、热膨胀系数、杨氏模量、泊松比、真应力-真应变曲线。

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2.1包括：

步骤2.1.1：利用红外热成像仪测量带钢出精轧机组时的温度；