[发明专利]一种用于轧机设计的材料变形抗力统一模型的构造方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程领域，特别是涉及一种用于结构钢、管线钢、模具钢、耐热钢等棒线材、板材、管材的轧制生产线设计系统的材料变形抗力统一模型的构造方法。

背景技术

金属材料的高温变形抗力模型是热加工工艺设计（包括轧制、锻造、挤压等）的基础。随着计算机辅助设计技术的发展及应用，高温变形抗力模型成为计算机工艺设计的必要条件。由于实际生产过程中，随着热加工件几何复杂性的不同，变形过程中工件各部位的变形分布差异较大。而试验参数受设备条件的限制，所能模拟的金属流变抗力仅限于一定的工程变形量。如大多数的热模拟试验最多只能达到60％的变形量。因此，通过数学分析手段，建立统一的、高稳定性的、具有一定外推能力的材料模型是目前热加工工艺设计过程急需解决的问题。

有关金属塑性变形抗力的研究，国内外已进行了大量的工作。大致可分为四个阶段：上世纪30年代，是金属塑性性变形阻力研究的萌芽阶段。此时，主要是满足工程设计的试验研究，限于当时的生产水平和实验设备，很多学者简单地以强度极限代替高温流动应力，研究高温拉伸强度与变形温度的关系并以线性图的形式供工程人员通过差值方法使用；从上世纪50年代开始，有关金属变形阻力的研究向前迈进了一大步。不少学者同时考虑了变形温度和变形速度度对变形抗力的影响，使得研究结果逐渐切合工程实际。从60年代末开始，随着电子计算机的普及，许多学者所发表的变形抗力研究成果，不是如60年代以前那样仅采用曲线图表形式，而是采用了不同结构的公式，去拟合实验数据，从而得到相应的回归系数。这种以经验公式为主体的表达式，不仅为计算变形阻力提供了方便，而且为采用电子计算机控制轧钢生产，提供了在线控制用的变形阻力数学模型。70年代以后，随着轧钢生产工艺的不断完善，考虑化学成分的影响成为金属变形抗力模型研究的热点。【周继华，管克智.金属塑性变形阻力，机械工业出版社，1989；郭立平.热连轧变形抗力模型的优化改进.冶金自动化.2012,36(2):70-72;孙一康.带钢热连轧的模型与控制．北京:冶金工业出版社，2002．Naderi M,Durrenberger L,Molinari A,Bleck W.Constitutive relationships for 22MnB5 boron steel deformed isothermally at high temperatures.Materials Science and Engineering A,478(2008):130–139.Phaniraj C,Dipti Samantaray,Sumantra Mandal,Bhaduri A K.A new relationship between the stress multipliers of Garofalo equation for constitutive analysis of hot deformation in modified 9Cr–1Mo(P91)steel.Materials Science and Engineering A.Materials Science and Engineering A,528(2011):6066–6071.】目前，随着大型工程计算软件的成功应用，如DEFORM、MARC、Catia等，对材料的高温变形抗力模型从拟合精度及外推性能提出了更高的要求。但实际的生产及轧制生产线设计过程中，目前尚未有考虑外推稳定性的材料变形抗力模型。因此，必须在合理设计试验的基础上，从非线性数学分析的角度提高金属材料变形抗力模型的工程应用精度，尤其是提高模型的外推稳定性。

发明内容

本发明的目的是提出一种轧机设计过程具有外推稳定性的材料变形抗力统一模型，为轧制生产线中轧辊的强度设计及热加工工艺的计算机辅助设计提供材料模型。

本发明的技术方案是提供一种用于轧机设计过程的材料变形抗力统一模型的构造方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：获取各钢种在不同热加工条件下的材料变形抗力数据；

步骤2：以步骤1）中所得到的变形抗力数据为基础，通过非线性拟合分析，将材料的变形抗力σ表述为热加工参数如变形温度T、变形应变速率及变形量ε的非线性变形抗力模型；

步骤3：确定模型中各待定参数。

进一步地，所述步骤1具体包括：

1）根据不同钢种的典型成分或实际成分，分析计算其热力学平衡条件下的赝二元相图，获得各钢种热力学平衡状态下的相变特征，包括热力学参数有初熔点、终熔点、奥氏体转变点、铁素体相变点；