[发明专利]一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法

说明书

本发明公开了一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法，属于异质金属复合板轧制加工过程的有限元模拟仿真技术领域，该方法主要通过建立不锈钢复合板由基板和覆板构成的轧制坯料、轧辊以及推板的物理模型，并在有限元分析软件DEFORM的前处理模块中，设定材料的属性，运动及边界条件。然后在后处理模块对轧制后的模拟结果进行求解分析，获取了不同轧制工艺下的不锈钢复合板界面附近残余应力的数据。该方法可用于替代实际轧制生产过程，不仅可以实现对实际生产的不锈钢复合板残余应力的预测和控制，而且还可以节省大量的生产时间和成本，具有较大的实用价值。

技术领域

本发明涉及异质金属复合板轧制加工过程的有限元模拟仿真技术领域，尤其是一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法。

背景技术

近些年来，随着科学技术的飞速发展，材料的服役环境越来越严苛，传统单一的金属材料已经很难满足实际生产需求，这就对新型材料的性能提出了更高的要求。不锈钢复合板是将不锈钢作为复材，普碳钢作为基材，通过爆炸焊、轧制、堆焊等制备方法将不锈钢与低合金钢牢固地结合起来而获得的一种双金属层状复合材料。这种材料不仅具有不锈钢的耐蚀性、抗氧化性等优点，还具备高强度、高刚度、抗疲劳、耐磨等普碳钢的优点。不锈钢复合板已被广泛地应用于桥梁、船舶、海水淡化和油气输送管线等与腐蚀相关的领域。

不锈钢复合板高温轧制过程极其复杂，同时轧制过程中由于基材和复材的热物性差异较大，在轧制时容易出现变形不协调的现象，这将导致轧制复合后的板材中存在一定的残余应力。在实际生产中，工厂往往只能根据传统的梯度钻孔、X射线衍射等方法来测定轧后复合板的残余应力。但是这样不仅耗时较长、测量难度大、同时成本也高。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法，能够在工艺参数准确受控的情况下很好地模拟复合板的轧制过程，所得残余应力数据可以较好地指导实际工业生产，从而实现轧后残余应力的优化控制。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种不锈钢复合板轧制残余应力控制方法，通过建立不锈钢复合板轧制坯料、轧辊以及推板的物理模型，并在有限元分析软件DEFORM的前处理模块中，设定材料的属性，运动及边界条件；然后在后处理模块中对轧制后的模拟结果进行求解分析，获取不同轧制工艺下的不锈钢复合板界面附近残余应力的数据，实现对实际生产的不锈钢复合板残余应力的预测和控制。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述控制方法具体包括以下步骤：

步骤1，建立轧制过程的物理模型：

根据实际中的不锈钢复合板轧制过程，设计出轧辊、轧制坯料以及推板的形状尺寸；所述轧制坯料包括基板和覆板，分别对基板和覆板进行尺寸设计，再利用CAD计算机辅助设计软件建立出二维模型，并保存为DXF文件；

步骤2，建立轧制过程有限元模型：

将步骤1中构建的二维模型DXF文件导入DEFORM-2D中，在程序设置条件里面选择平面应变模式，轧制坯料采用四面体单元划分有限元网格，物体对象形式定义为弹塑性体，轧辊和推板均设定为刚体；复合坯料的轧制方式采用基板-覆板-覆板-基板堆叠对称轧制，为了简化运算，选择复合坯料的1/2进行求解分析，定义覆板的下底面为对称平面，轧辊位于基板的上方，覆板位于基板的下侧；

步骤3，设定材料参数：

轧制复合坯料的基板采用普通碳素结构钢板，覆板采用不锈钢板；当DEFORM的材料库中没有轧制坯料所对应的材料参数时，通过普通碳素结构钢板和不锈钢板的化学成分，利用JMATPRO软件分别计算出基板和覆板的材料性能参数，并保存为KEY文件；将含有材料信息的KEY文件导入到DEFORM软件中，构建出轧制坯料的材料数据库，完成轧制坯料材料属性的设定；

步骤4，设定物块定位和接触边界条件：