D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2006.05.032 第28卷第5期 北京科技大学学报 Vol.28 No.5 2006年5月 Journal of University of Science and Technology Beljing May 2006 一种新型实用热轧工艺参数模型的开发 余万华1)韩静涛)刘勇2)余广夫2)张芮2)张中平2) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)馨枝花钢铁公司热轧板厂，攀枝花617062 摘要介绍了一套自主开发的热轧工艺参数模型.该模型内耦合了不同钢种的变形抗力曲线， 这些变形抗力方程中耦合了钢的化学成分、温度、应变、应变速率及奥氏体晶粒尺寸等因素，根据 输入的工艺参数用西姆斯方程计算每道次的应变速率及应变量，并得到相应道次的变形抗力、热 轧轧制力、力矩及功率等参数.模型可根据实测的结果自学习，并修正相应的结果.与攀钢热轧厂 的实测结果相比，模型的输出结果吻合较好，预测误差在10%以内， 关键词热轧：模拟；数学模型；流变应力：轧制力 分类号TG301 在热轧生产中，如何准确地预测在具体生产 为前后单位面积张力，MPa;R'为变形工作辊的 条件下的轧制压力及力矩等参数是技术人员快速 半径；Q。为几何因子， 确定合适的轧制工艺的依据.热轧轧制压力的计 算通常采用两种方法：(1)经验公式法，以西姆斯 Q.而m')-骨-需到× 方程为代表，用在一定假设条件下推导出来的公 式来计算3]；(2)有限元法，采用商业有限元模 [2R'L-e）++n1-小 h2 块或自编的有限元软件来计算.将西姆斯方程、 其中，中为中性角，r为压缩率，△h=h1-h2, 有限元法及实测值结果对比分析表明，西姆斯方 f(h)=√r/(1-r). 程与有限元法、实测值相比偏差在10%以内，因 1.2轧制力矩模型 而在工程计算中，采用西姆斯方程是可靠的[] 轧制力矩采用以下公式计算： 无论是采用有限元法还是西姆斯方程，其计 M=2Pa (2) 算结果精确的前提是输入在一定条件下的准确的 其中，P为轧制压力；a为力臂，由以下公式求得： 变形抗力.笔者在分析了大量的变形抗力数据及 a=m√R'△h (3) 文献的基础上，针对工厂技术人员的实际需要，开 其中，m为力臂系数，由以下方程求得2]： 发了一套热轧力能参数模型 R m=0.78+0.017R-0.163 1模型的基本方程 h2 R/h2<25 1.1热轧压力模型 (4) 由于国内文献上的西姆斯方程山与本模型 m=0.39+0.295exp-0.193R）, h2 所采用的西姆斯方程在描述上有一定的出入，因 25<R/h2<100 而列出了该模型所采用的西姆斯方程，西姆斯方 1.3变形抗力 程假定轧辊接触区域仅存在粘着摩擦，故该模型 为了准确描述变形抗力中加工硬化及由于回 仅适用于热轧过程.单位长度的轧制力为： 复和再结晶而产生的软化现象，模型中变形抗力 F=2(0-E1S1-62S2)Qo R'Ah (1) 由两部分组成[5]： 3 0=0。-△g (5) 式中，·为在一定温度、化学成分、应变及应变速 率下的变形抗力；e1,e2为前后张力系数；S1,S2 其中，o。=B[1-exp(-Ce)]m,△a=B{1- 收稿日期：200503-14修回日期：20050930 e如[-g到“门》，为如工便化部分，40 作者简介：余万华(1966一)，讲师、博士 为由于回复和再结晶而导致的软化部分.在大量第 2 8 卷 第 S 期 2 0 0 6 年 5 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l Of U n i ve 佗i t y o f cS i e n ce a n d Te c h no l .褪口 eB Uin g V o l 。 2 8 N o 。 5 M a y 2 0 ` 一种新型实用热轧工艺参数模型的开发 余 万 华 ` ) 韩 静涛` ) 刘 勇2 ) 佘 广 夫2) 张 苗2) 张 中平 2) 1 ) 北京科技大学材料科学与工程学院 , 北 京 10 0 0 83 2) 攀枝花钢铁公 司热轧板 厂 . 攀枝花 6 17 062 摘 要 介绍 了一套 自主开发 的热轧工艺参数模型 . 该模 型 内祸合 了不同钢种 的变形抗 力 曲线 , 这些变形抗力方程 中藕合了钢 的化学 成分 、 温度 、 应变 、 应变速率 及奥 氏体 晶粒尺 寸等 因素 . 根 据 输入 的工艺 参数 用西姆 斯方 程计 算每道 次的应变 速率及 应变 量 , 并得到相 应道次 的变形 抗力 、 热 轧轧制力 、 力矩及功率等参数 . 模型可根据 实测的结果 自学习 , 并修 正相应的结果 . 与攀钢热 轧厂 的实测结果 相比 , 模型的输出结果吻合较好 , 预测误差在 10 % 以 内 . 关扭词 热 轧 ; 模拟 ; 数学模 型 ; 流变应力 ; 轧制力 分类号 T G 3 0 1 在热轧生 产 中 , 如 何准确 地 预 测 在具体生 产 条 件下 的轧制压力及 力矩 等参数是技术人员快速 确定合适 的轧制工 艺的依据 . 热轧轧制压 力的计 算通 常采用两 种方 法 : ( l) 经 验公式法 , 以西姆斯 方程 为代表 , 用 在一 定假设 条件下推导 出来 的公 式来计算〔’ 一 3 〕; ( 2) 有限元 法 , 采用 商业 有限元 模 块或 自编 的有 限元 软件来计算 . 将西 姆斯方 程 、 有限元法及 实测值结果 对 比分析表 明 , 西 姆斯方 程与有限元 法 、 实测值相 比偏差 在 10 % 以 内 , 因 而 在工 程计算中 , 采用西 姆斯方程是 可靠的〔4 〕 . 无论 是 采用 有限元 法还 是 西姆斯方程 , 其 计 算结果精确 的前提是输入 在一 定条件下 的准确 的 变形 抗 力 · 笔者在分析了大量 的孪形抗力数据及 文献的基 础 上 , 针对工 厂 技术人员的实际 需要 , 开 发了一套热轧力能参数模型 . 为前后 单位面 积 张力 , M aP ; R ` 为变形 工 作辊 的 半径 ; Q 。 为几 何因子 , Q p 一 扁 ` a n 一 ’ f `“ ’ - [ 1 · ( 2卫竺贡笋丛 { 丫顶万不几卜 — 一 1 e es 代 气 , , 二 es es l 入 4 \ j 一 ( h ) / + 合 I n ( ` 一 , 其中 , 价 为中性 角 , : 为压 缩 率 , △h 二 h l 一 如 , f ( h ) = 了 : (/ 1 一 ; ) . 1 . 2 轧制力矩模型 轧制力矩 采用 以下公式 计算 : M = ZaP ( 2 ) 其中 , 尸 为轧 制压 力 ;a 为力臂 , 由以下公式求得 : 。 = m 了尺 ` △人 ( 3 ) 其中 , m 为力臂系数 , 由以 下方 程求得 z[] : 1 模型的基本方程 1 · l 热轧压力模型 由于 国 内文 献上 的西 姆斯 方程 川 与 本模 型 所采用 的西 姆斯方 程 在描述 上 有一 定的出入 , 因 而 列 出了该模型 所采用 的西 姆斯方 程 . 西 姆斯方 程假定轧 辊接触 区域仅存在粘着摩擦 , 故 该模型 仅适用于热轧过 程 . 单位长 度的轧制力为 : 一 。 . 7 8 十 。 . 。 1: 乒 一 。 . 1 6 3 唇 , 九 Z V 九 2 R / h : ( 2 5 { _ ` _ _ R ) = 0 . 3 9 + 0 . 2 9 5 e x p! 一 0 . 一 ’ - - 一 ’ 1 9 3 汁 ) - - - 一 r 、 一 ’ - 一 h Z , ( 4 ) 2 5 < R / h Z ( 1 0 0 阴嫩 、, r|lew F 一 是 (一 5 1一 5 2 , Q p 顾 “ , 式中 , 口 为在一 定温 度 、 化学 成 分 、 应 变及 应 变速 率下的变形抗力 ; 。 1 , 。 : 为 前后 张 力 系数 ; 5 1 , 5 2 1 . 3 变形抗力 为 了准确 描述 变形 抗力中加 工硬 化及 由于 回 复和 再结晶而 产 生 的软化现象 , 模型 中变形 抗力 由两 部分组成 5[] : “ = “ e 一 △。 ( 5 ) 其中 , 。 e 一 。 [ 1 一 。 x p ( 一 。 ) ] , , △。 一 。 , { 1 - 收稿 B 期 : 2 0 0 5习 3 一 14 修回 B 期 : 2 0 0 5习9 一o 作老简介 : 余万华( 1 9 6 一 ) , 讲师 、 博士 二p [ 一 * (贷) ’ ` 」} , 二 为’ “ 工 硬 化 ” ” , “ · 为 由于 回复和 再结晶而 导致 的 软化部分 . 在大量 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 05. 032