一种厚板中心圆形缺陷压合的调控方法与流程

本发明涉及治金技术领域，特别是涉及一种厚板中心圆形缺陷压合的调控方法。

背景技术

厚板制造技术不仅是国家钢铁技术水平的标志，也是国家工业化水平的体现。在厚板制造过程中，厚板的中心区域不可避免地存在气孔、微裂纹、缩孔等孔洞性缺陷。其中，圆形缺陷是厚板中心区域的主要形态。厚板中心区域所存在的缺陷，不仅会严重降低厚板使用的寿命，还会导致钢材的报废。

目前，pittmanjft在其1984年出版的著作《numericalanalysisofformingprocesses》中阐述了有关厚板缺陷压合的相关数值模拟报道。但是，该方法给出的离散结果无法实现在线控制。赵德文等人在《厚板热轧中心气孔缺陷压合临界力学条件的证明与应用》(2011年第28期出版的应用力学学报)中提出一种针对厚板中心矩形缺陷压合的调控方法，但是，该方法仅能消除矩形缺陷而不能消除圆形缺陷。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种厚板中心圆形缺陷压合的调控方法，进而在轧制过程中有效地消除此种缺陷。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于厚板中心圆形缺陷压合的调控方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：一种厚板中心圆形缺陷压合的调控方法，包括步骤s1：根据轧件变形区内质点的流动规律，推导轧件变形的三角形速度场；步骤s2：计算厚板中心存在圆形缺陷时的上界功率，并求出最小上界应力状态系数；步骤s3：计算出圆形缺陷压合的临界值；步骤s4：将实际工艺参数与所述临界值进行比较，若实际工艺参数大于所述临界值，则判断圆形缺陷压合；否则，调整实际工艺参数，直至实际工艺参数达到所述临界值。

作为本发明的进一步改进，所述步骤s1包括步骤s11：对轧件变形区以弦代弧，采用三角形速度场来描述厚板中心无缺陷的塑性流动，获得无缺陷时的速度场；步骤s12：推导厚板中心存在圆形缺陷时的速度不连续线长度；步骤s13：根据体积不变的条件，推导获得厚板中心存在圆形缺陷时的速度场。

作为本发明的进一步改进，步骤s11中的预设条件为宽厚比小于等于10。

作为本发明的进一步改进，所述步骤s2包括步骤s21：设定宽厚比满足预设条件，计算厚板中心存在圆形缺陷时的上界功率；步骤s22：在实际轧制功率与所述上界功率相等的条件下，计算最小上界应力状态系数。

作为本发明的进一步改进，步骤s21中所述的预设条件为宽厚比小于等于10。

作为本发明的进一步改进，对所述最小上界应力状态系数求导并令导数等于0，计算获得圆形缺陷压合的临界值。

作为本发明的进一步改进，所述圆形缺陷压合的临界值为0.5176。

作为本发明的进一步改进，所述实际工艺参数包括在几何因子中，所述几何因子的计算公式为其中，l为接触弧，为存在圆形缺陷的变形区的平均高度。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括步骤：采用有限元模拟法验证步骤s3中所述的临界值是否正确。

本发明具有以下优点：本发明实施例提出针对厚板中心区域圆形缺陷压合的调控方法，获得了专门针对厚板中心区域圆形缺陷压合的临界值，为在轧制过程中有效地消除厚板中心的圆形缺陷提供了判断依据。根据在本发明实施例所提供的方法计算获得的圆形缺陷的缺陷压合的临界值比矩形缺陷的缺陷压合的临界值更易满足，有效地证明了圆形缺陷比矩形缺陷更易压合的事实。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例所提供的一种厚板中心圆形缺陷压合的调控方法的流程示意图；

图2为图1所示实施例中步骤s1中子步骤的流程示意图；

图3(a)为厚板中心无缺陷的速度不连续线示意图；

图3(b)为厚板中心无缺陷的速度场示意图；

图4为厚板中心圆形缺陷的速度场示意图；

图5为图1所示实施例中步骤s2中子步骤的流程示意图；

图6为整个模型的网络划分示意图；

图7为缺陷部位放大后的网格划分示意图；

图8分别对应压下率为5％、10％、12％、14％、14.9％、15％的应力分布图；

图9分别对应不同道次在压下率为5％、10％、12％、14％、14.9％、15％缺陷处的应变分布图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图1所示，本发明第一实施例中所提供的一种厚板中心圆形缺陷压合的调控方法。该调控方法包括四个步骤，分别如下所示。

步骤s1：根据轧件变形区内质点的流动规律，推导轧件变形的的三角形速度场。

参考图2，步骤s1具体包括三个步骤。

步骤s11：对轧件变形区以弦代弧，采用三角形速度场来描述厚板中心无缺陷的塑性流动，获得无缺陷的速度场。在该步骤中的预设条件为宽厚比小于等于10。当宽厚比时，轧制变形可以看作平面变形，厚板(轧件)与轧辊接触面可视为全粘着。其中，b为板坯宽度，为板坯厚度均值。在轧件变形区以弦代弧，采用三角形速度场(仅以水平对称轴上半部为例进行说明)来描述厚板中心无缺陷的塑性流动，其速度场示意图如图3(a)所示，其矢端图如3(b)所示。

如图3(a)所示，bc以右和ac以左为外端，各自以水平速度v1和v0移动。δabc沿ab以轧辊周速v运动，ac和bc为速度不连续线，其对应的速度不连续量分别为δvac和δvbc。v0和δvac的矢量和为δabc区速度v，v和δvbc的矢量和为v1。按照正弦定理可得，无缺陷的速度场公式分别如公式1和公式2所示。

其中，θ为接触角，α为θ的一半，β0为速度不连续线ab与水平线的夹角，β1为速度不连续线bc与水平线的夹角。

步骤s12：推导厚板中心存在圆形缺陷的速度不连续线长度。如图4所示，厚板中心存在圆形缺陷的速度场示意图。相比于图3(a)，受缺陷影响的ac、bc长度公式如公式3所示：

步骤s13：根据体积不变的条件，推导获得厚板中心存在圆形缺陷时的质点速度场。根据体积不变的条件，可得厚板中心存在圆形缺陷的速度场公式，如公式4所示：

根据公式4，可以推导求得水平速度vx。水平速度vx的表达式，如公式5所示：

步骤s2：计算厚板中心存在圆形缺陷时的上界功率，并求出最小上界应力状态系数。参考图5，步骤2包括两个步骤，具体如下所示。

步骤s21：设定宽厚比满足预设条件，计算厚板中心存在圆形缺陷的上界功率。设定宽厚比小于等于10。当宽厚比时，轧制变形可以看作平面变形，厚板与轧辊接触面可视为全粘着。其中，b为板坯宽度，为板坯厚度均值。

当厚板与轧辊接触面全粘着时，切向速度不连续量为零，所以摩擦功率为零。因此，该厚板中心圆形缺陷的上界功率表达式如公式6所示：

其中，为剪切功率，为缺陷开裂功率，是偏应力矢量模，δvx是水平不连续速度差。

参考图4，可获得受缺陷影响的接触弧l表达式如公式7所示，β0表达式如公式8所示。

将公式7和公式8代入公式6，得：

对式(9)进行求导，并令dj^*/dβ1＝0，得

将公式10代入公式9，可得上界功率演化表达式：

步骤s22：在实际轧制功率与所述上界功率相等的条件下，计算最小上界应力状态系数。注意到轧制功率并令j＝j^*，则可得：

其中，为平均单位压力。

令rd＝0，则于是得到最小上界应力状态系数。

步骤s3：计算出圆形缺陷压合的临界值。具体过程为对公式12中的最小上界应力状态系数求导并令导数等于0，计算获得圆形缺陷压合的临界值。

根据公式12，并令可得

即

将上述方程的正根作为为缺陷压合的临界条件，可得缺陷压合的临界值。

因此，可得，压合判断公式：

其中，接触弧为变形区的平均高度。

步骤s4：将实际工艺参数与临界值进行比较，若实际工艺参数大于临界值，则判断圆形缺陷压合；若实际工艺参数小于或等于临界值，则判断圆形缺陷无法压合，需要调整实际工艺参数，直至实际工艺参数大于所述临界值。当实际工艺参数大于临界值时，判断圆形缺陷压合，则可进行下一步压合工作。对于板材轧制过程，如果实际工艺参数满足上式压合判据的条件(即实际工艺参数达到所述临界值)，那么厚板的中心圆形缺陷可以压合。在该实施例中，实际工艺参数包括在几何因子中。几何因子的计算公式为其中，，为接触弧，为存在圆形缺陷的变形区的平均高度

公式17是判别厚板中心圆形缺陷能否被消除的压合判据条件。本发明实施例所计算获得的圆形缺陷压合临界点0.5176比矩形缺陷压合临界点0.518更加容易满足，有效地证明圆形缺陷比矩形缺陷更易压合的事实。

采用本发明实施例所提出的方法进行压合调控的具体实施例如下。在轧辊半径为560mm的轧机上用厚320mm、宽2000mm的q345连铸坯轧制厚板，计算其压合条件，如表1所示。以下以第1道次计算为例详述压合条件的计算步骤：压下率ε＝(320-296.684)/320＝7.28％，几何因子该值小于0.5176，由此可判断该道次为中心开裂轧制。

表1、320mm连铸坯压下条件判别分析

如表1所示，第4、5道次可以满足压合条件，而前3道次不满足，故压下率分配存在不合理，应提升前3道次的压下量。通过表1数据可看出，本发明实施例所提供的厚板中心缺陷压合的调控方法可以通过调整每个道次的压下量，有效地进行圆形缺陷的消除。

优选地，可以采用有限元模拟法验证步骤s3中所述的临界值是否正确。具体如，采用ansys对尺寸为320mm×2000mm×3500mm的q345厚板进行粗轧第1道次的有限元模拟。轧辊半径为560mm，模型所用参数如表2。由于厚板的宽度和厚度的比值b/h小于10，所以整个轧制过程可以视为平面变形。在模拟过程取圆形缺陷尺寸5mm，在5％、10％、12％、14％、14.9％、15％压下率下探究压合条件。

表2、模拟计算参数

模拟过程中的图像显示如图6至图9所示。其中，图6为整个模型的网络划分示意图。图7为缺陷部位放大后的网格划分示意图。图8分别对应压下率为5％、10％、12％、14％、14.9％、15％的应力分布图。图9分别为不同道次在5％、10％、12％、14％、14.9％、15％压下率下缺陷处的应变分布图。

从图8可以看出，随着压下率的增加，缺陷部位受到的应力逐步增加。压下率为5％时，厚板表面受到的压应力较大，而中心缺陷区域受到压应力较小；压下率为14.9％时，应力已渗透到整个厚板中。

从图9可看出，在缺陷处增加到10％压下率时出现了明显的应变，说明缺陷部位已经开始变形。随着压下率继续增加，应变越来越明显，压合程度越来越高。从图9(f)中可以看出，当压下率达到15％时，压合率达到100％，中心圆形缺陷完全被压合。

表3为压合率和缺陷处节点位移以及压下率的关系。从表3的数据可以看出，随着压下率的增加，中心缺陷节点位移越来越大。将压下率保持在14.9％以上，中心缺陷可以压合。该结果与解析结果非常一致，证明了本发明实施例提供用于厚板中心圆形缺陷压合的调控方法的可靠性。

表3、压合率和缺陷处节点位移以及压下率的关系。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。