本文介绍了ABAQUS软件在中厚板热轧工程中的一些典型应用。分析了钢板加速冷却过程中残余应力的影响因素，阐述了各因素对冷却后板坯温度分布的影响。分析了中厚板轧制过程的传热情况，为生产设计提供了合理的工艺参数。最后，利用有限元方法对MAS轧制过程的厚度分布进行了控制和分析。DIV/DIV 1前言金属板带热轧过程是一个非常复杂的弹塑性变形过程，它包括材料非线性、几何非线性、边界接触条件的非线性变化。所以它的变形机理非常复杂，很难用一个精确的数学关系来描述。随着板带轧制技术的发展，人们越来越重视对成形过程中变形规律和变形力学的分析。随着大型有限元模拟软件的成熟和完善，有限元技术已成为板带轧制过程中广泛应用的一种有效的数值计算方法。ABAQUS软件提供了复杂的非线性分析程序，并具有强大的子程序接口。因此，从收敛性、准确性和方便性来看，它具有很高的优化价值。2卷板工艺的应用分析2.1钢板加速冷却过程中的残余应力分析加速冷却工艺被广泛用于生产高强度、高韧性、可焊性好的钢板，但客户普遍反映钢板存在一定的残余应力，影响后续加工。本文采用有限元法分析钢板在加速冷却过程中的残余应力，并在其中嵌入了用户子程序，反映了相变对力学性能的影响。2.1.1有限元模型中，板采用宽度为3.5m的低碳微合金钢，厚度分别为20mm、30mm、40mm和50mm。为了节省计算时间，保证计算精度，将板的长度设为4m，宽度方向取对称面的一半进行分析，如图1所示。材料的力学性能由软件的用户子程序实现，考虑了冷却速率、相变和相变温度的影响。图1板坯网格划分将冷却过程分为两个阶段。首先750喷水冷却10s，然后第二阶段空冷。对于厚度为20mm的板坯，水冷的平均冷却速度约为25/s，平均温度为500。在分析切割钢板的变形时，利用了ABAQUS的单元删除功能。作为初步研究，仅计算500mm的切边宽度。2.1.2分析方案这里研究了不同的板坯初始条件对残余应力的影响。板坯的初始条件包括初始温度分布和板坯凸度。初始温度分布包括750的均匀分布和宽度方向上边缘710和中心750的不均匀分布。板坯的凸度是指板坯中间和边缘的厚度差。板坯的凸度为0毫米，0.25毫米，0。分别为5毫米和1毫米。实际生产中，初始温度不可能均匀分布，凸度不可能为0。模拟这种情况只是作为参考和比较的基础。本文主要对厚度为20mm的板坯进行分析，以阐明初始条件对冷却过程中温度变化、残余应力分布以及切割后板坯变形的影响。2.1.3计算结果1。初始条件对板坯温度的影响a凸度b初始温度分布c厚度d凸度和初始温度分布图2各种因素对水冷后板坯温度的影响图2-a显示了凸度对水冷后板坯典型节点温度的影响。凸度增大导致水冷后中心温度升高，但对边部和角部温度影响不大。初始温度分布对水冷后板坯典型节点温度的影响如图2-B所示.在核心，温度相差不大，但边缘和角落差别很大。初始温度分布不均匀的板坯边部和角部温度较低
以上分析表明，虽然板坯初始状态对残余应力的产生有一定影响，但水冷阶段冷却不均匀是主要原因。对于厚板，水冷不均匀性大于薄板。不同厚度、1mm凸度、初始温度分布不均匀的板坯水冷10s后的温度分布如图2-C所示.随着板材厚度的增加，棱角处的温度没有明显变化，但中心处的温度从535变为735。这种由铸坯厚度引起的温差远大于初始温度和凸度引起的温差，会导致铸坯产生更大的温差。
的残余应力。 2. 残余应力分布及切割后板条的变形情况 板坯沿纵向切割后，断面的残余应力得以释放，板条发生变形，如图3和图4所示。在切割完的0.5m宽的板条上，残余应力从200MPa左右变化到约60MPa，边部和端部的应力值较低。图7展示了切割下来的板条在1方向（宽度方向）的位移。靠近边部的位移值为正，而靠近切割面的位移值为负。两端的正位移值要大于中部的，而两端的负位移值的绝对值要小于中部的，板条的中部向外侧发生弯曲。初始温度分布不均匀的板条变形更大一些。图3 切割后板条的残余应力
图4 切割后板条的变形情况
2.2 板材轧制过程传热分析 在设计轧机前，需要计算在轧制时轧件传递了多少热量给轧辊，这对轧辊的设计有着重要意义。 这里，轧制过程每道次的压下率要求都比较大，累积压下率达到了95%，在长度方向上延伸率达到了26倍。图5是轧制前的网格分布，图6是轧制后的网格分布。在这里用到了“DISTORTION CONTROL”，使计算不会因网格变形过大而停止。
图5 轧制前的网格分布
图6 轧制前的网格分布
下面是有限元计算得到的结果，其中次轧件在第一和第二道被压下处各点的温度分布如图8所示，并计算得到了轧辊的温度变化，这些结果对生产设计起到了指导作用。
图7 典型节点示意
a 第一道次
b 第二道次 图8 轧件温度分布
2.3 MAS轧制平面形状控制分析 平面形状控制技术是现代宽厚板轧机标志性技术之一。国外已采用MAS等平面形状控制技术提高宽厚板的成材率。该技术通过预测每块钢板轧制终了的平面形状变化量,给出相应的压下量来控制辊缝的开度以改变板坯的厚度,最终使钢板的平面形状成为矩形。控制过程如下: (1) 由预报模型求得边部和端部形状的变化量,把它换算成成形轧制最终道次的板厚分布； (2) 在成形轧制的最后一个道次中,给沿长度方向相应各点以规定的厚度差，如图9所式；
图9 MAS轧制的厚度分布
(3) 将板坯回转90°进行展宽轧制,由于宽向厚度不同,从板边到板中心的压下率也不同,从而使平面形状得以改善。轧制后的形状如图10所示。
图10 MAS轧制最终板形
MAS 轧制法的要点是正确预报终轧后的形状,定量取得轧制过程中的平面形状变化。用有限元方法分析MAS轧制过程的金属流动变形对指导生产及提高成材率均具有一定的实际意义。 3 结论与体会 随着计算机软硬件技术以及有限元计算技术的发展, 有限元法在板带轧制问题方面的应用已较成熟。在中厚板热轧成形过程中采用有限元方法进行数值模拟分析可以为实际生产提供合理的工艺参数,加速新材料新工艺开发速度，精确的预估、更好的实现设计，减少物理模型的数量，降低开发成本。总之在各个方面都预示着，有限元在板材轧制的各个环节将发挥着重要的作用。
