热轧带钢层流冷却过程中温度场 相变及应力的研究白冰北京科技大学分类号：____________密 级：______________ ＵＤＣ：____________ 单位代码：______________北京科技大学硕士学位论文论文题目：热轧带钢层流冷却过程中温度场、相变及应力的研究学 号：_________________________作 者：_________________________专 业 名 称：_________________________2007年12月20日白 冰 公开 １０００８ 材料加工工程 S2*******TG156.1北京科技大学硕士学位论文论文题目：作者：_________________________指 导 教 师： 单位：协助指导教师： 单位：单位：论文提交日期： 2007年 12月 20日学位授予单位：北 京 科 技 大 学余 伟 副教授北京科技大学 陈银丽 副教授北京科技大学 热轧带钢层流冷却过程中温度场、相变及应力的研究 白 冰热轧带钢层流冷却过程中温度场、相变及应力的研究Research on Hot Strip Temperature Field、transformation and stress in Laminar Cooling Process研究生姓名：白冰指导教师姓名：余伟北京科技大学材料科学与工程学院北京100083，中国Candidate： Bai BingSupervisor： Yu WeiSchool of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology Beijing30 Xueyuan Road，Haidian DistrictBeijing 100083，P.R.CHINA独 创 性 说 明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得北京科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

签名：___________ 日期：____________关于论文使用授权的说明本人完全了解北京科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

（保密的论文在解密后应遵循此规定）签名：___________ 导师签名：___________ 日期：____________摘 要热轧带钢在轧后快速冷却，可以改善成品的力学性能，但会使冷却的均匀性难以控制，冷却过程中带钢的温度会产生严重的不均匀分布，温度场的不均匀分布直接导致热应力的分布不均，同时也会引起带钢各部位相变分布不均，引起相变应力的不均匀分布，这些应力的不均匀分布会使带钢产生严重的板形问题。

为了严格控制产品的综合性能，就要研究轧后层流冷却过程中带钢内部的温度、相变及热应力的变化过程，并提出解决方案，最终获得良好的板形。

本文根据首钢2160热轧带钢生产线的冷却工艺，以热轧带钢冷却过程中的温度、相变和应力为研究对象，采用MARC有限元模拟软件，建立了热轧带钢冷却过程中的温度场模型、相变模型和应力模型，计算了在冷却过程中温度分布、相变行为以及应力的变化情况。

另外本文考虑冷却模式对温度和相变的影响，计算了不同冷却模式下温度的分布和相变行为。

计算结果表明：冷却模式对卷取温度以及各相的分布都有着较大的影响。

最后本文分析了板形产生的原因并提出了改进方案，根据改善方案建立了应力和应变的有限元模型，通过对比计算结果得出，在宽度方向上采用水流量的不均匀分布使得带钢边部的应力从188MPa降低到105Mpa，应变量的差异从7.69×10-5降低到3.71×10-5，计算结果表明这种改善方案有利于获得良好的板形。

关键词：层流冷却，温度场，相变，应力Research on Hot Strip Temperature Field、transformation and stressin Laminar Cooling ProcessAbstractThe fast cooling of hot strip after rolling can improve capability of product, but the uniformity of cooling is difficult to control. The temperature field of strip come into being severe asymmetrical distributing, the asymmetrical distributing of temperature bring on asymmetrical distributing of thermo-stress at first hand, induce asymmetrical distributing of transformation at the same time, come into being asymmetrical distributing of phase stress. asymmetrical distributing of stress will induce severe problem of Strip shape. For the sake of strictly controlling synthetical capability of product, we should study the changing process of temperature, transformation and stress at laminar cooling process after rolling, and bring forward resolve method, obtain nicer shape of strip finally.This paper, aim at temperature, transformation and stress at cooling process of hot strip, upbuild temperature model, transformation model and stress model of hot rolling strip by MARC FEM software on the basis of cooling technics of 2160mm hot strip product line of Shougang Corporation, calculate distribution of temperature, behavior of phase transformation and change of stress. On the side, this paper consider influence of cooling mode to temperature and phase transformation, calculate distribution of temperature and behavior of phase transformation in different cooling mode. The resualt indicate cooling mode have biggish influence coiling temperature and distribution of different phase.Finnally, this paper bring forward improving project according to reason of plate shape, upbuild strain and stress finity element model. Contrasting calculational resualt，we can see that asymmetry distribution of water flux in width decrease stress at edge from 188MPa to 105MPa, strain at edge from 7.69×10-5 to 3.71×10-5. The resualt of calculation indicate this improving project be propitious to obtain nicer plate shape.Key Words：laminar cooling，temperature field，phase transformation，stress目 录摘 要 (I)Abstract (II)引 言 (1)1 文献综述及课题研究的目的、意义和内容 (2)1.1 课题背景 (2)1.2 热轧带钢层流冷却过程中温度场的研究 (3)1.2.1 温度场有限元计算的基本原理 (3)1.2.2 传热学基本理论 (4)1.2.3 温度场的有限元模型 (5)1.2.4 已有代表性的温度场计算结果 (9)1.3 热轧带钢层流冷却过程中相变过程的研究 (12)1.3.1 相变理论的发展历史及现状 (12)1.3.2 相变过程的基本理论 (13)1.3.3 已有代表性的相变过程的计算结果 (16)1.4 热轧带钢层流冷却过程中内应力的研究 (17)1.4.1 内应力计算的研究历史及现状 (17)1.4.2 已有代表性的内应力的计算结果 (17)1.5 课题研究的目的和意义 (19)1.6 课题研究的内容 (20)2 热轧带钢层流冷却过程中温度场和相变过程的研究 (22)2.1 层流冷却过程的工艺参数 (22)2.2 温度场的有限元计算的基本理论 (22)2.2.1 温度场有限元计算的数学模型 (22)2.2.2 温度场的计算方法 (23)2.2.3 温度场有限元计算的基本假设 (23)2.2.4 温度场有限元模型的建立 (23)2.3 相变过程的有限元模型 (26)2.3.1 相变过程的数学模型 (27)2.3.2 相变平衡温度和平衡转变量的计算 (28)2.3.3 温度和相变的耦合计算过程 (29)2.4 温度场和相变过程的计算结果与分析 (30)2.5 本章小结 (39)3 有限元计算结果的验证 (40)3.1 温度场计算结果的验证 (40)3.2 相变过程计算结果的实验验证 (42)3.2.1 连续冷却转变曲线实验 (42)3.2.2 连续冷却转变曲线的绘制 (43)3.2.3 显微组织的测定结果 (44)3.2.4 CCT有限元模拟的计算结果 (45)3.2.5 实验数据与有限元计算结果的对比 (46)3.3 本章小结 (47)4 冷却模式对温度和相变的影响 (48)4.1 冷却设备和冷却模式 (48)4.2 不同冷却模式下温度场和相变的计算结果 (48)4.3 本章小结 (54)5 热轧带钢冷却过程中温度、相变和应力的关系 (56)5.1 温度场和相变的计算 (57)5.1.1 温度场有限元模型 (57)5.1.2 相变的数学模型 (58)5.2 热应力计算的基本理论[56] (59)5.2.1 热应力分析的有限元描述 (59)5.2.2 热应变 (60)5.3 热应力计算有限元模型的建立 (60)5.3.1 材料的力学性能参数 (60)5.3.2 热应力分析流程 (62)5.4 内应力的计算结果与分析 (63)5.5 冷却工艺的改善及计算结果 (74)5.5.1 产生板形的原因及改善方案的提出 (74)5.5.2 改善冷却工艺后的计算结果及分析 (74)5.6 本章小结 (78)结论 (80)参考文献 (82)在学研究成果 (87)致 谢 (88)引 言如何更好的在轧制和轧后的冷却过程中控制钢材的温度、组织及内部应力，是目前我国轧钢工作者面临的课题。