超高强度钢板平整与矫直加工过程残余应力控制的基础研究

超高强度钢板残余应力控制，关乎其生产制备和使用加工两个领域的技术突破与工业应用，既是基础性科学问题，也是前沿技术难题。通过揭示生产过程中残余应力的产生、遗传与变化的规律，明确钢板残余应力与翘曲/瓢曲变形的关系，挖掘扩展平整和矫直加工过程残余应力的演变和调控能力，探索以残余应力（即暗板形缺陷）控制为目的的平整和矫直的理论、方法和技术，是解决问题的关键和可行研究思路。本项目拟通过研究考虑材料各向异性钢板翘曲机理及翘曲形式相互转化机理，建立钢板平整和矫直加工的残余应力控制目标；通过实测和数值与解析计算方法研究超高强度钢板轧制和热处理过程中残余应力的演变规律，建立其残余应力的预测模型；研究不同初始应力状态钢板平整和矫直的工艺参数与成品残余应力的关系及模型，建立以消除和调整残余应力为目的的平整和矫直的超高强度钢板残余应力控制的理论、方法和技术；探索建立新的平整和矫直过程弹塑性变形的快速精确计算方法。

金属材料高强度化是节约资源、减少排放的可行技术对策之一。国内外正大力推进高强钢的广泛应用，并促使高强度钢板制造的基础理论研究和应用技术开发成为前沿和热点。本课题以超高强度钢板残余应力的认识和控制理论建立为目标，以国内唯一超高强度钢板生产线的工艺、设备及产品为建模分析的参考系，采用解析、数值和实验方法对超高强度钢板轧制、热处理、平整和矫直过程中残余应力的产生、变化和遗传规律进行系统研究，对钢板带制造过程的残余应力获得新认知，在残余应力与板形瓢曲/翘曲的力学建模、求解方法等方面取得创新性成果，建立了超高强度钢板残余应力控制的理论模型与工艺方法，丰富了板形生成和控制理论。主要包括：指出超高强度钢板生产中的残余应力主要是由不均匀纵向塑性延伸导致，也是板形缺陷；建立超高强度钢板轧制/平整、热处理、拉弯矫直、多辊矫直过程仿真模型，分析弹塑性变形行为，获得残余应力（板形应力）与应变差的生成及变化规律；定义轧制/平整板形调控功效描述指标—极限纵向塑性延伸应变差，和矫直过程浪形矫平功效描述指标—几何矫平率，深入研究屈服强度对轧制/平整、矫直纵向塑性延伸应变差的影响规律，揭示超高强度钢板轧制/平整板形缺陷（残余应力）严重的原因和超高强度钢板板形缺陷（残余应力）难以平整或矫直消除的原因；推导建立轧制/平整过程二维及三维数值求解新方法—流函数-无网格与流函数-有限元，和瓢曲浪形三种矫直过程的机理关系模型，归纳建立轧制/平整和淬火过程中塑性应变、板形应力的预测模型。研究板带钢翘曲变形力学机理，应用辛弹性力学和经典弹性力学建立翘曲变形模型，获得翘曲与塑性应变关系；研究超高强度钢板轧后材料各向异性特征，建立其瓢曲计算的经典弹性力学和样条有限元模型，揭示各向异性对瓢曲的影响；研究带钢翘曲复合瓢曲变形行为，建立已翘曲带钢瓢曲变形计算模型，获得变形规律；研究连续退火炉内瓢曲带钢变形规律；深化带钢斜向瓢曲产生机理的认识，新提出“边框”模型及“中浪+剪应力”模型，建立其样条有限元数值算法并获得变形规律；研究带钢离线裁切分条成块过程板形演变，建立在线C翘切分转化为L翘的力学模型并获得转化关系公式；建立瓢曲带钢裁切过程仿真模型，获得各类瓢曲带钢裁切过程板形演变规律；建立表观平直带钢裁切过程样条有限元模型，获得裁切后翘曲与残余塑性应变的关系。部分理论成果应用于宝钢高强/超高强度钢板带产品开发生产，取得实际效果。