一种三辊行星轧制含铋不锈钢棒材工艺参数的确定方法技术

本发明专利技术涉及一种三辊行星轧制含铋不锈钢棒材工艺参数的确定方法。其技术方案是：确定轧制温度、倾斜角、偏转角、摩擦系数和轧辊转速等工艺参数和每个工艺参数的4个水平建立L

A method to determine the technological parameters of three roll planetary rolling of bismuth bearing stainless steel bars

【技术实现步骤摘要】
一种三辊行星轧制含铋不锈钢棒材工艺参数的确定方法
本专利技术属于含铋不锈钢棒材工艺参数的确定
特别涉及一种三辊行星轧制含铋不锈钢棒材工艺参数的确定方法。
技术介绍
含铋不锈钢棒材的三辊行星连铸连轧法生产的含铋不锈钢棒材，虽成材率高和晶粒明显细化，但由于各工艺参数之间未进行合理设置，含铋不锈钢棒材在三辊行星轧制中常出现芯部裂纹。“一种含铋易切钢的轧制工艺”(CN102389894A)专利技术，采用连铸钢坯轧制Φ22mm的圆形含铋易切钢棒材，轧制前用加热炉对钢坯加热，轧制过程包括粗轧工序、中轧工序、预精轧工序和精轧工序，通过工艺要求控制冷却水量及在轧制变形期间保证以上工序的温度控制，能防止轧制过程中表面裂纹的产生，但不能防止含铋不锈钢棒材芯部裂纹的产生。刘劲松等以铜管材为研究对象(刘劲松,蔚敬泽,岳峰丽,田春霞.三辊行星轧制工艺参数优化技术研究[D].沈阳:沈阳理工大学,2008.)，研究了偏转角、轧辊转速和摩擦系数对三辊行星轧制力的影响，将正交试验设计试验方案、BP神经网络建立映射关系和遗传算法相结合，并用MSC.Marc有限元软件对正交试验方案进行三辊行星轧制过程模拟，获得的最优轧制工艺参数为：偏转角6.84°，轧辊转速102.97r/min，摩擦系数0.69。但是并未对温度和倾斜角这两个轧制工艺参数进行研究，获得的最优工艺参数并不全面。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的缺陷，目的在于提供一种三辊行星轧制含铋不锈钢棒材工艺参数的确定方法，该方法能得到较全面的含铋不锈钢棒材轧制工艺参数，所确定的工艺参数既能提高材料的成材率又能防止含铋不锈钢棒材芯部裂纹的产生。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的步骤是：步骤1、确定实际轧制过程的5个工艺参数：轧制温度、倾斜角、偏转角、摩擦系数和轧辊转速，每个工艺参数均分别选取4个水平，按所述5个工艺参数和每个工艺参数的4个水平建立L16(45)正交试验表，得到16组正交试验方案。步骤2、选取16根同批次生产的含铋不锈钢圆形棒材为原始试样，所述原始试样的横截面直径为D和长度为S。步骤3、将第1根原始试样按第1组正交试验方案进行三辊行星轧制，在轧制过程中取出半成品试样，所述半成品试样的横截面为变直径。以所述半成品试样的一端为原点，沿轴线方向切割为等厚度的切片，每个切片的厚度为4～6mm；然后在所有切片中找出开始产生裂纹的1个切片。根据所述开始产生裂纹的切片的两个侧面在轴线上的位置，确定第1根半成品试样开始产生裂纹时在轴线上的位置。步骤4、按照步骤3所述方法，确定第2根原始试样按第2组正交试验方案、第3根原始试样按第3组正交试验方案、……、第15根原始试样按第15组正交试验方案和第16根原始试样按第16组正交试验方案依次得到的半成品试样开始产生裂纹时在轴线上的位置。步骤5、按照第1组正交试验方案，采用ABAQUS软件对第1根原始试样进行三辊行星轧制的有限元仿真模拟，得到有限元仿真模拟后的含铋不锈钢棒材模型，找出所述含铋不锈钢棒材模型与第1根半成品试样开始产生裂纹时在轴线上所对应的位置。然后在开始产生裂纹时的轴线位置，选取所述含铋不锈钢棒材模型的所有网格单元，提取每个网格单元的等效应变数据和三向主应力数据；根据Brozzo准则，计算所述每个网格单元的断裂阈值，取所述断裂阈值中的最大值为第1组正交试验方案下进行有限元仿真模拟后的含铋不锈钢棒材模型的断裂阈值，即得第1个含铋不锈钢棒材模型的断裂阈值。步骤6、按照步骤5所述方法，依次确定在第2组、第3组、……、第15组、第16组的正交试验方案下，进行有限元仿真模拟后的含铋不锈钢棒材模型的断裂阈值，得到15个含铋不锈钢棒材模型的断裂阈值。步骤7、对所述16个含铋不锈钢棒材模型的断裂阈值进行极差分析，得到能生产无裂纹含铋不锈钢棒材的最优工艺参数。所述5个工艺参数的范围：轧制温度为750～1200℃；倾斜角为50°～56°；偏转角为6°～9°；摩擦系数为0.4～0.7；轧辊转速为15r/s～60r/s。所述Brozzo准则为其中：C表示断裂阈值，MPa；σ1表示第一主应力，MPa；σ2表示第二主应力，MPa；σ3表示第三主应力，MPa；σm表示静水压力，MPa；表示等效塑性应变，mm；表示断裂时等效塑性应变，mm。由于采用上述方法，本专利技术与现有技术相比具有以下积极效果：1、本专利技术确定了轧制温度、倾斜角、偏转角、摩擦系数和轧辊转速的范围，按照5个工艺参数和每个工艺参数的4个水平建立L16(45)正交试验表，以16根含铋不锈钢棒材为原始试样，在轧制过程中分别取出对应的半成品试样，确定每根半成品试样开始产生裂纹时的位置，再采用ABAQUS软件对含铋不锈钢棒材逐一进行三辊行星轧制的有限元仿真模拟，得到16个有限元仿真模拟后的含铋不锈钢棒材模型。本专利技术通过确定每根半成品试样开始产生裂纹时的位置，找出每个含铋不锈钢棒材模型与半成品试样开始产生裂纹时在轴线上所对应的位置，采用Brozzo准则计算每个含铋不锈钢棒材模型的断裂阈值，然后通过极差分析确定三辊行星轧制含铋不锈钢棒材的最优工艺参数，得到较全面的含铋不锈钢棒材轧制工艺参数。2、本专利技术合理配置了含铋不锈钢棒材三辊行星轧制的五个工艺参数，在最优工艺参数下对含铋不锈钢棒材进行三辊行星轧制，轧制结果显示，含铋不锈钢棒材轧制成品无芯部裂纹的产生，晶粒明显细化，成材率能达到99％以上，故本专利技术确定的最优工艺参数能在保证无芯部裂纹的情况下，还能保证含铋不锈钢棒材晶粒细化，成材率显著提高。因此，本专利技术能得到较全面的三辊行星轧制含铋不锈钢棒材的最优工艺参数，所确定的最优工艺参数既能提高材料的成材率又能防止含铋不锈钢棒材芯部裂纹的产生。附图说明图1为本专利技术的横截面为变直径的半成品试样示意图；图2为本专利技术轧制的一种规格的含铋不锈钢棒材半成品试样的切片示意图；图3为图2所示的含铋不锈钢棒材原始试样经有限元仿真模拟后的含铋不锈钢棒材模型示意图；图4为采用本专利技术的一组工艺参数轧制图2所示的含铋不锈钢棒材的成品纵截面剖面图；图5为本专利技术轧制的另一种规格的含铋不锈钢棒材半成品试样的切片示意图；图6为图5所示的含铋不锈钢棒材原始试样经有限元仿真模拟后的含铋不锈钢棒材模型示意图；图7为采用本专利技术的另一组工艺参数轧制图5所示的含铋不锈钢棒材的成品横截面剖面图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。本具体实施方式中：所述5个工艺参数的范围：轧制温度为750～1200℃；倾斜角为50°～56°；偏转角为6°～9°；摩擦系数为0.4～0.7；轧辊转速为15r/s～60r/s。所述Brozzo准则为其中：C表示断裂阈值，MPa；σ1表示第一主应力，MPa；σ2表示第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三辊行星轧制含铋不锈钢棒材工艺参数的确定方法，其特征在于所述确定方法是：/n步骤1、确定实际轧制过程的5个工艺参数：轧制温度、倾斜角、偏转角、摩擦系数和轧辊转速，每个工艺参数均分别选取4个水平，按所述5个工艺参数和每个工艺参数的4个水平建立L

【技术特征摘要】
1.一种三辊行星轧制含铋不锈钢棒材工艺参数的确定方法，其特征在于所述确定方法是：
步骤1、确定实际轧制过程的5个工艺参数：轧制温度、倾斜角、偏转角、摩擦系数和轧辊转速，每个工艺参数均分别选取4个水平，按所述5个工艺参数和每个工艺参数的4个水平建立L16(45)正交试验表，得到16组正交试验方案；
步骤2、选取16根同批次生产的含铋不锈钢圆形棒材为原始试样，所述原始试样的横截面直径为D和长度为S；
步骤3、将第1根原始试样按第1组正交试验方案进行三辊行星轧制，在轧制过程中取出半成品试样，所述半成品试样的横截面为变直径；
以所述半成品试样的一端为原点，沿轴线方向切割为等厚度的切片，每个切片的厚度为4～6mm；然后在所有切片中找出开始产生裂纹的1个切片；
根据所述开始产生裂纹的切片的两个侧面在轴线上的位置，确定第1根半成品试样开始产生裂纹时在轴线上的位置；
步骤4、按照步骤3所述方法，确定第2根原始试样按第2组正交试验方案、第3根原始试样按第3组正交试验方案、……、第15根原始试样按第15组正交试验方案和第16根原始试样按第16组正交试验方案依次得到的半成品试样开始产生裂纹时在轴线上的位置；
步骤5、按照第1组正交试验方案，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡盛德，周冲，杜张环，李立新，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42