[發明專利]一種預測軸承鋼棒材表面發紋形成原因的方法

在審

• 申請號: 202111127764.3
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113935208A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 王瑞章;楊凱;章小峰;江雁;黃貞益;唐立志
• 申請（專利權）人: 南京鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G16C60/00;G06F111/10
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 談倩;任立

本發明公開了一種預測軸承鋼棒材表面發紋形成原因的方法，涉及鋼鐵生產技術領域，包括：一、建立數值模擬系統；二、建立有限元軋制模型；三、根據實際軋制條件向數值模擬系統輸入邊界條件、材料參數、工藝參數；四、進行網格劃分；五、對軸承鋼棒材表面發紋形成原因進行分析?？赏ㄟ^有限元數值模擬，分析軸承鋼棒材軋制過程中軋件可能出現的發紋缺陷和產生原因，優化工藝參數，提高軋件表面質量和生產效率、降低生產成本。

技術領域

本發明涉及鋼鐵生產技術領域，特別是涉及一種預測軸承鋼棒材表面發紋形成原因的方法。

背景技術

表面發紋是軸承鋼棒材表面缺陷中最常見的一種，為清除這些缺陷，往往不得不花費大量的人力物力，甚至嚴重影響企業的正常生產和經濟效益。在鐵路、航空、航天等對棒材產品質量完整性、可靠性要求很高，因此發紋缺陷的確定和控制越來越受到關注。軸承鋼棒材是由熱連軋工藝生產的，廣泛用于機械加工、建筑、家電等行業，其熱連軋常采用的孔型系統為箱-橢圓-圓。

發紋是鋼材表面宏觀缺陷之一，通常表現在鋼的表面有發狀細紋，比裂紋淺而短，沿軋制方向分散或成簇分布。鋼表面發紋缺陷的存在會極大影響鋼材的力學性能，特別是疲勞強度等。鋼材表面發紋會極大降低鋼的塑性和韌性，嚴重的甚至可引起開裂，嚴重縮短材料的使用壽命。發紋缺陷常見的危害除了促進裂紋萌生外，還體現在引發無損檢測偽裂紋顯示、形成不可接受表面缺陷、導致密封結構泄漏失效等諸多方面。通過對發紋缺陷不同的表現形式進行研究總結，能更為準確地判斷發紋成因，針對性地提出預防措施和檢驗評價方法，有助于提高產品的質量和可靠性。

目前，鋼坯加熱時溫度應力、鋼坯軋制時壓量和限制寬展、軋材冷卻時溫度應力和組織應力、鋼坯氧化鐵皮是發紋的主要形成原因。由于諸多因素影響發紋的形成，并未具體提出某一因素對軸承鋼棒材表面發紋的影響。因此，為了有效分析預測軸承鋼表面發紋的形成，提出初始軋制溫度參數的影響，并規范其它工藝參數，對軸承鋼棒材軋制過程進行有限元數值模擬，表征分析其對軸承鋼棒材表面發紋的影響。

發明內容

本發明針對上述技術問題，克服現有技術的缺點，提供一種預測軸承鋼棒材表面發紋形成原因的方法，包括：

一、建立數值模擬系統，采用CAD軟件建立軋輥和軋件的幾何模型；

二、在MSC.Marc的前處理器中依據軋輥與軋件的材料特性，設置部件之間的相互作用，設置分析步和載荷；在軸承鋼棒材軋制過程中設定軋件屬性為塑性、軋輥為剛性；然后對摩擦因素進行定義，選擇剪切摩擦，設定軋輥與軋件間接觸換熱，由于軋件與軋輥呈現出對稱性的特點，研究對象可選用1/4軋件和1/2軋輥，并以此建立有限元軋制模型；

三、根據實際軋制條件向數值模擬系統輸入邊界條件、材料參數、工藝參數；在軋制過程中，由于金屬產生塑性變形使得軋件溫度升高，熱功的換熱系數0.9，軋件在軋制過程中會與軋輥接觸，從而產生摩擦生成熱，將該部分熱量平均分至軋件和軋輥接觸體上接觸；

四、進行網格劃分，利用MSC.Marc有限元軟件中默認的網格類型進行網格劃分，網格類型為八節點六面體；

五、根據不同初始軋制溫度參數，對軸承鋼棒材軋制過程進行有限元數值模擬，獲得軸承鋼的應力、應變分布規律，溫度場和軋制力分布規律，對軸承鋼棒材表面發紋形成原因進行分析。

本發明進一步限定的技術方案是：

前所述的一種預測軸承鋼棒材表面發紋形成原因的方法，步驟一，將初始橫截面尺寸為250mm×300mm的坯料，五架次軋機按平（H）—立（V）模式交替布置，采用箱形-橢圓-圓孔型系統。

前所述的一種預測軸承鋼棒材表面發紋形成原因的方法，步驟二，軋件與軋輥的摩擦系數設為0.7，等效換熱系數9.5kw/m²·℃。

前所述的一種預測軸承鋼棒材表面發紋形成原因的方法，步驟三，設置軋輥溫度250℃、環境溫度25℃。

前所述的一種預測軸承鋼棒材表面發紋形成原因的方法，步驟三，模擬實驗工藝參數如下：