中国钢研安泰科技河冶科技股份有限公司重大科技攻关项目“工具钢控温控锻控轧控冷数值模拟工艺仿真”,于2023年8月28日至9月4日在河冶科技股份有限公司进行了技术培训与验收工作。河冶科技股份有限公司常务副总梁敬斌、首席技术专家吴立志、工艺总工程师邵青立、技术研发部长尤晓东等专家听取了项目的技术报告、工作报告及其他技术资料,北京科技大学的七位老师及研究生参加了项目验收会。
材料基因工程将成分-工艺-组织-性能的关联集成化、跨尺度分析,将材料的研发由传统经验式提升到科学设计。微观组织的非均匀性尤其是碳化物的非均匀性对高速钢的性能有着重要的响应,提高高速钢的生产质量是当前河冶科技的重要战略目标。项目通过全流程工艺过程分析各个阶段对微观组织(碳化物)的影响,获得各个工艺流程中的高速钢坯体的温度场、应变场、应力场和组织场,进而研究全流程加工过程因素或工艺参数对高速钢产品质量的定量影响规律,改进生产工艺提高生产质量。
验收会前,北京科技大学的老师们对河冶工作人员进行了系统、全面的技术培训。培训聚焦M2和M42高速钢生产流程的各个阶段,全面覆盖各工序的技术人员,培训内容涉及高速钢锻造、轧制、球化退火过程的模拟和机器学习模型等工作的理论和实际操作。王永伟老师介绍了M42锻造过程模拟,讲解了φ315、φ360电渣锭快锻140、170方坯的热机耦合模型,及锻造过程中全尺寸锻造件的温度场-应变场-应力场的获得,数据用于后期组织模拟,获得多道次锻造的全尺寸参数的数据传递。苏岚老师介绍了M42钢轧制过程模拟,突破了高速钢多道次轧制热-结构耦合模拟仿真数据传递问题,介绍了M42高速钢开坯和连轧全过程热力耦合计算建模技术,以及宏观计算与微观组织性能仿真之间数据传递的实现流程。张聪老师讲解了M42钢组织演变模拟,介绍了高速钢基体晶粒演变的仿真模型、轧制形变诱导相变模型以及碳化物球化退火动力学模型。袁强强博士介绍了高速钢球化退火工艺优化方法、加热过程基体晶粒尺寸的准确预报的实现技术,并演示了球化退火温度和时间的优化调控。
张瑞杰老师对了M42钢热变形行为进行了讲解,突破了传统Arrhenius方程无法考虑应变的问题,形成具有应变补偿的流变应力本构方程,提高了流变应力的预测精度。刘训良老师进行了炉内燃烧、气氛流动的介绍,以及室式炉内燃烧过程和辊底炉内流动传热过程的三维物理数学模型,获得了炉内的速度场、温度场和浓度场的分布规律,分析了室式炉单对烧嘴、三对烧嘴和添加坯料加热三种情况下的燃烧特性,为两种炉型的操作参数优化提供参考依据。豆瑞锋老师讲解了炉内三维瞬态传热的高效建模方法、黑匣子实验等工作,针对形成的两套数值模拟软件进行了详细说明,为后续炉内传热过程的优化奠定了坚实的基础。
9月4日进行了项目验收工作。会议开始后,河冶科技公司李栋工程师对项目进行了简单介绍。尹海清老师对项目完成情况进行了汇报,对高速钢材料本构方程的构建、动态再结晶行为、室式炉与步进炉加热过程数值模拟与验证以及辊底退火炉加热过程模拟、蓄热式均热炉模型软件、均热过程晶粒长大模拟、锻造开坯与轧制过程数值模拟及变形过程碳化物特征预测、轧制过程形变诱导相变、球化退火过程碳化物溶解动力学计算及产品硬度预测等方面的内容进行了总结,项目从加热炉的温度场模拟、锻造和轧制过程的模拟仿真、球化退火过程的数值模拟得到一系列数据用于建立高速钢性能的机器学习模型,实现了高速钢性能的快速预测。验收专家对汇报的内容进行了质询,老师们对问题进行了详尽地回答。
会议最后,参与验收的评审专家对北京科技大学项目团队的工作表示了肯定,一致同意项目通过验收。最后专家们与北京科技大学的老师们就全流程数值模拟技术在钢铁工业发展中的应用进行了探讨,一致认为相应的工作应该继续深入地做下去,最终实现产线全链条的智能优化控制。