[發明專利]一種基于數值模擬的鋼管連續淬火過程控制方法

有效

• 申請號: 201410478981.0
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104212969B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 顧劍鋒;徐駿;仝大明;郜霞
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C21D11/00
• 分類號: C21D11/00;C21D1/667;C21D1/42;C21D9/08
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

1.一種基于數值模擬的鋼管連續淬火過程控制方法，其特征在于，所述的鋼管連續淬火過程包括：

鋼管連續感應加熱過程：鋼管以一定線速度在托輥上直線運動，經前矯直牽引機牽引拉動，進入感應器組中進行奧氏體化，加熱結束經空冷段自然冷卻；

鋼管淬火冷卻過程：鋼管進入噴射淬火冷卻室，冷卻形成馬氏體或貝氏體組織；

所述的控制方法具體包括以下步驟：

步驟一、根據鋼管移動線速度和淬火冷卻噴水壓力，計算連續感應淬火過程初始的工藝參數，包括加熱過程工藝參數和淬火過程工藝參數；

步驟二、對鋼管連續感應加熱過程進行有限元分析，獲得加熱過程工藝參數與鋼管內外表面溫度之間的關系；

步驟三、對鋼管淬火冷卻過程進行有限元分析，獲得淬火過程工藝參數與鋼管組織分布情況之間的關系；

步驟四、根據工藝控制要求和步驟二、三的結果，獲取符合工藝控制要求的加熱過程工藝參數和淬火過程工藝參數，形成最終的鋼管連續感應淬火過程控制參數；

步驟五、以步驟四獲得的控制參數控制實際鋼管連續淬火過程。

2.根據權利要求1所述的一種基于數值模擬的鋼管連續淬火過程控制方法，其特征在于，所述的加熱過程工藝參數包括加熱時間、空冷時間以及線圈勵磁電流和頻率；

所述的淬火過程工藝參數包括淬火冷卻時間和鋼管與淬火介質之間的換熱系數。

3.根據權利要求1所述的一種基于數值模擬的鋼管連續淬火過程控制方法，其特征在于，所述的步驟二具體為：

201)建立鋼管、感應線圈和空氣的幾何模型；

202)獲取20-1000℃溫度范圍內鋼管的磁導率、電阻率、導熱系數、比熱容和密度以及感應線圈和空氣的相對磁導率；

203)計算鋼管的集膚效應深度，根據該深度進行網格劃分，劃分網格時，網格密度由鋼管表面向外遞減；

所述的集膚效應深度δ的計算公式如下：

δ=12πρ×109μrf]]>

其中，ρ為鋼管的電阻率，μ_r為鋼管的相對磁導率，f為線圈勵磁電流頻率；

204)設置感應加熱工況，根據步驟一計算的加熱過程工藝參數設置加載步驟；

205)進行網格檢查和物理檢查，判斷是否存在錯誤，若是，則提示錯誤信息，若否，則執行步驟206)；

206)保存感應加熱各個階段的溫度隨時間變化情況及鋼管外表面和內表面溫差隨時間變化情況。

4.根據權利要求3所述的一種基于數值模擬的鋼管連續淬火過程控制方法，其特征在于，所述的步驟201)中，建立鋼管和感應線圈模型時，將運動對象模型等效為靜止對象模型。

5.根據權利要求3所述的一種基于數值模擬的鋼管連續淬火過程控制方法，其特征在于，所述的步驟204)中，設置感應加熱工況包括設定空氣外邊緣處磁勢為零、設定線圈勵磁電流及頻率、設定空氣和鋼管間的熱交換系數和輻射系數。

6.根據權利要求1所述的一種基于數值模擬的鋼管連續淬火過程控制方法，其特征在于，所述的步驟三具體為：

301)建立淬火冷卻過程的鋼管模型；

302)采用六面體八節點單元進行網格劃分；

303)獲取20-1000℃溫度范圍內鋼管的比熱、熱導率、相變焓和相變動力學參數；

304)設定淬火過程的邊界條件；

305)根據步驟一計算的淬火過程工藝參數設置淬火冷卻加載步驟；

306)進行網格檢查和物理檢查，判斷是否存在錯誤，若是，則提示錯誤信息，若否，則執行步驟307)；

307)保存淬火冷卻過程中溫度隨時間的變化情況及鋼管淬火結束后的組織分布情況。