东大2000年博士轧制理论与实践试题

1、I高精度板带轧制理论与实践II东北大学2013年1月17日东北大学2002年攻读博士学位研究生“材料加工工程同等学力综合课（二）”试题1名词解释（20分）兰脆； 塑性；脆性转变温度； 变形织构；动态再结晶2简要回答下列问题（15分）1）何谓细晶强化？在轧钢生产时如何实现晶粒细化、 提高钢材强韧性能?2）热加工道次间或热加工完成后会发生哪些软化过程？可采用何种方法 来抑制这些软化？3）何谓变形抗力？它与抗拉强度、平均单位压力有何区别？3试比较动态再结晶与静态再结晶的区别（15分）4推导平辊轧制时的咬入条件（10分）5简述宽展的分类和宽展的组成（10分）6什么叫前滑？推导E.芬克前滑公式（10分）

2、7简述卡尔曼微分方程的假设条件，写出卡尔曼微分方程式（10分）8板形的概念及其分类，影响板形的主要因素（10分）东北大学2000年攻读博士学研究生位轧制理论与实践试题共i页（以下各题，每题10分）1何谓AGC系统，试述你所了解的几种 AGC系统的原理2热带轧机为何需要进行调宽？说明两种主要调宽方法的原理和优缺点。3何谓轧辊的热凸度？在一个轧程中热凸度的变化规律是什么？说明轧辊热凸度对轧制过程的影响。4说明冷轧平整工序的作用和目前的发展情况。5 HSLA钢中厚板控制轧制和控制冷却需要控制的主要工艺参数是什么？为什么应当控制这些参数？6连铸的发展对轧制过程产生了什么影响？以实例说明。7何谓细晶强化

3、？写出描述细晶强化的 Hall-Petch关系式，并举例说明细晶强化原理的应用。8试述张力在冷连轧过程中的作用，并说明确定张力水平的原则。9就你所知，型材高精度轧制近年的主要进展是什么？应用前景如何？10谈谈你对短流程轧制技术发展的开发。注：此页复印，请用黑色墨水钢笔认真书写。轧制理论和实践思考题1. 何谓AGC系统？试述你所了解的几种 AGC系统的原理。答：实现厚度自动控制的系统称为AGC。反馈式厚度自动控制系统：板带从轧件中轧出之后，利用侧厚仪测出实际厚度h实，并与设定值h设相比较，得到厚度偏差h = h设一h实，当二者数值相等时， 厚度差运算 器的输出为零，即 h= 0。若实测厚度值与使

4、得厚度值比较出现厚度偏差h时，便将该值反馈给厚度自动控制装置，变换为辊缝调节的控制信号，输出给执行机构，由 压下电动机带动压下螺丝作相应的调节，以消除此厚度偏差。厚度计式厚度自动控制系统：厚度计式AGC的基本原理是以弹跳方程为基础。在轧制过程中，任何时刻的轧制力P和空载辊缝S。都可以检测到，因此，可以用弹跳方程h=So +p/Km计算出如何时刻的实际轧出厚度ho2. 热带轧机为何需要进行调宽？说明两种主要调宽方法的原理和优缺点。答：热轧带钢调宽的目的是为了协调连铸与精轧热轧产品宽度之间的关系。调宽方法有测压调宽和立辊调宽。测压调宽可以实现大压下，可以提高测压有效系数；立辊调 宽边部比较平齐。3

5、. 说明影响热轧带钢板形的主要工艺和设备因素。答：轧件因素：来料的厚度和板凸度，轧件温度，轧件变形抗力；工艺因素：压下负荷分配，张力，轧辊热凸度，轧辊磨损；设备因素：轧辊直径，轧辊凸度等。4. 试述张力在冷连轧过程中的作用，并说明确定张力水平的原则。答：在冷轧过程中施加张力可以降低轧制压力，减小电机负荷，防止带钢跑偏，同时还能对板形缺陷起到自动调节作用。设定张力时，单位张应力一般取 （0.250.4）6。5. 何谓轧辊的热凸度？在一个轧程中热凸度的变化规律是什么？说明轧辊热凸度对轧制过程的影响。答：轧辊受热不均而产生的凸度成为热凸度。在一个轧程中热凸度由初始过渡状态，到达稳定状态，停轧以后又恢

6、复到冷状态。在实际轧制过程中，热凸度随时间而变化，同时还受轧制节奏影响，因此，控制轧辊热凸度对于板形控制而言是非常重要的调节手段之一。6. 何谓自由程序轧制，实现自由程序轧制的要点是什么？答：在编制轧制计划时，取消轧制长度、宽度、厚度、配辊方面对轧制规程制定的限制，可以依据订货随意安排轧制计划的一种技术。要点：轧辊横移，轧制润滑，高耐磨轧辊，高精度厚度设定和控制，高精度板形控制技术。7. 分析晶粒尺寸和形状对钢材性能的影响，并简述其原因。答：根据霍尔-佩奇公式，晶粒越细强度越高。晶粒尺寸越均匀，钢材性能的均匀性越 好。饼型晶粒的冲压性能好，有利于滑移系统启动的晶粒织构取向能提高钢板的深 冲性能

7、。8. 举例说明钢材的强化方式。答：相变强化，例如贝氏体钢利用相变强化，产生下贝氏体，使强度提高到700 800MPa固溶强化，通过 Mn Si , P等合金元素固溶到钢中，提高强度，例如IF钢，利用P的固溶强化。细晶强化，可以提高强度，保持塑性、韧性，例如超级钢通过晶粒细化使Q235的晶粒尺寸达到5微米，屈服强度由 235MPa提高到400MPa位错强化，通过增加钢中的位错密度，提高强度。例如冷加工的硬化。9. 列举金属材料几种短流程生产工艺，并指出其特点答1 ）铸轧带钢，将铸造和轧制融为一体，实现近终形生产2）薄板坯连铸连轧，省去了粗轧工序，适于生产薄规格带钢3）半固态加工，适于铝合金等零

8、件的一次加工成形。10. 连铸的发展对轧制过程产生了什么影响？以实例说明。CSP技术的使用,答：连轧技术的发展推动了轧制技术的提升和轧制装备的改进。例如, 使得连铸直接轧制成为可能。二 利用右图上做轧件的受力分析，并指出轧制过程的力学特点。答：轧件的受力分析如图所示。图中N为轧辊对轧件的正压力；T为轧件所受摩擦力；丫为中性角。T* x对于上图的稳定轧制条件:(1)Nx :由于<Nx=Nxsi nYTx =T 汇 cos Y = N 汉 f 汉 cos 飞所以f . tan= tan K或者K一般情况下，稳定轧制阶段K 2 ,所以稳定轧制阶段的咬入条件为：或2 :2式中：f稳定轧制阶段的摩

9、擦系数；：一稳定轧制阶段的咬入角;B稳定轧制阶段的摩擦角；K 合力作用点系数。在中性角处，轧辊线速度的水平分量与轧件速度相等；从轧件变形区入口到中性角 处所对应的区域，轧辊线速度的水平分量小于轧件速度，称为后滑区；从中性角处到轧 件变形区出口所对应的区域，轧辊线速度的水平分量大于轧件速度，称为前滑区。三分析信息技术的发展为轧制技术进步所带来的机遇和挑战。答：信息技术的发展为轧制技术进步提供了良好的条件：数据库等信息储存；数理统计、ANN、FUZZY、ES、GA等信息处理方法和高速、大容量的通讯手段。利用轧制过程中获得的信息，进行轧制过程的控制、轧制过程的优化，轧制过程的 诊断等，进而提高产品质

10、量、降低成本及提高产量等。四 论述我国由钢铁生产大国向钢铁强国转变的几个关键问题。自由发挥一可从以下几个方面论述：1）依靠中国自己的技术力量推出先进实用的钢材生产技术2）国产钢材关键品种质量达到国际先进水平3） 形成一支高水平的钢铁研究开发队伍，钢材生产领域的理论研究和技术开发走到 国际前列4）由钢铁生产技术和高附加值产品的输入国变成输出国东北大学2002年攻读博士学位研究生“材料加工工程同等学力综合课（二）”答案1名词解释（20分）兰 脆：钢在200350C范围内的脆性称为兰脆。塑 性：是指金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性地能力。 其大小与其化学成分、组织结构等因素有关

11、，同时也受外在变形条件地影响。脆性转变温度：多数金属材料在变形过程中，随着变形温度地改变都有一个从韧性 断裂到脆性断裂的转变温度，称此温度为脆性转变温度 （Tc）,在此温度以上是韧性断裂, 在此温度以下是脆性断裂。变形织构：多晶体塑性变形时，由原来取向杂乱排列的晶粒变成各晶粒取向大体趋 于一致的过程叫做“择优取向”，具有择优取向的晶体组织叫做“变形织构”。动态再结晶：在外力作用下、处于变形过程中发生的再结晶现象叫做动态再结晶。2简要回答下列问题（15分）1）根据Hall-Petch关系式匚s = % kyd'2,可知材料的屈服强度与晶粒直径平方根 的倒数呈线性关系，多晶体的强度因其晶粒

12、细化而提高的象限，称为细晶强化。通过控制轧制工艺参数及添加合金元素，使钢产生动态和静态再结晶来细化晶粒，进而提高钢 材的强韧性能。2） 道次间：回复； 轧后：再结晶（静态）、亚动态再结晶。通过控制变形温度、变形程度和变形速度等工艺参数。3）是指金属自身抵抗塑性变形的力。金属的抗拉强度是金属的强度极限值，对于塑 性不同的金属与合金，变形抗力与抗拉强度的值不完全一致。而平均单位压力是金属对 变形工具的反作用力，它不仅与金属的变形抗力有关，还与金属的变形条件有关（如工 具形状、表面状态、坯料形状等）。3试比较动态再结晶与静态再结晶的区别（15分）动态再结晶是在外力作用下、处于变形过程中发生的再结晶现

13、象。而静态再结晶是 指在塑性变形后所发生的再结晶现象。影响动态再结晶的因素基本相同，主要是变形温 度、变形程度和变形速度的作用。动态再结晶的能力与堆垛层错能及晶界移动的难易有 关。对于回复能力较弱的低层错能金属，则容易发生静态再结晶。4推导平辊轧制时的咬入条件（10分）在没有附加外力作用的条件下，为实现自然咬入，必须是咬入力Tx大于咬入阻力Nx。而 Tx 二T cos： - fN cos ， Nx 二 N si n：,当 Nx : Tx 时，N sin ： ： fN cos x即tan ： ： f所以:-此时可以自然咬入，即当摩擦角大于咬入角时才能开始自然咬入。5简述宽展的分类和宽展的组成（1

14、0分）宽展分类：根据金属沿横向流动的自由程度，宽展可分为：自由宽展、限制宽展和 强制宽展。宽展组成：宽展一般由滑动宽展、翻平宽展和鼓形宽展组成。6什么叫前滑？推导E.芬克前滑公式（10分）在轧制过程中，轧件的出口速度Vh大于轧辊在该处的线速度 V的现象称为前滑。100%vvh -v根据秒流量不变定律,hy vhh = v h或 vh = v r h而 v =vcos ；h 二 h D 1 - cos所以，hr-h Dcos cos由前滑定义得到：Sh = vh -1vh cos f+D (1 _cos ； )cos ；(D cos ； _h 1 _cos ；)所以，Sh -1 二h9 简述卡尔

15、曼微分方程的假设条件，写出卡尔曼微分方程式（10分）卡尔曼微分方程的假设条件1）变形区内沿轧件横断面高度上的各点的金属流动速度、应力及变形均匀分布;2）在接触弧上摩擦系数为常数；3）当宽厚比很大时，宽展很小，可以忽略；4）忽略轧辊压扁及轧件弹性变形的影响；5）沿接触弧上的整个宽度上的单位压力相同，故以单位宽度为研究对象；6） 沿接触弧上，金属的自然强度K =1.155二值不变化；7） 轧制过程的主应力；一 .；2 匚3，且 - ；3 T.155s =Kdp* K dy tx 门 dx y dx y10板形的概念及其分类，影响板形的主要因素（10分）板形是指板带材的翘曲度，其实质是指板带材内部的

16、残余应力分布。只要板带中存 在残余应力，就称为板形不良。如果这个残余应力虽然存在，但不足以引起板带翘曲， 则称为“潜在”的板形不良；如果这个应力足够大，足以引起板带失稳而生产翘曲，则 称为"表观”的板形不良。可分为单边浪、双边浪、中浪和复合浪等。影响板形的因素1）辊系的弹性变形；2 ）轧辊的热变形；3）轧辊磨损；4）来料；5 ）金属横向流动和张力。东北大学2003年攻读博士学位研究生“刚塑性有限元及其在轧制中的应用”试题何为理想刚塑性材料模型？采用这种材料进行FEM求解有那些优点？应该注意什么问题？ （20分）概述刚塑性有限元的求解途径及基本思想。（20分） 三 利用平面变形几何方程

17、和形函数推导 2维等参单元的B矩阵。（20分） 四 根据单元塑性变形功率 洛=1二dV及变形抗力模型二二a小；m，推导31 +m维变形八节点六面体等参单元塑性变形功率的一阶偏导数和二阶偏导数。（20 分）等效应变速度写成矩阵形式：veTBTZBve 1veTBTCCTBve式中：gB1为单元应变矩阵矩阵；ve单元节点速度列阵；B】为单元平均应变矩阵；Z 1、匕为常数矩阵。五何谓第一类奇异点？奇异性的表现是什么？以 2维轧制过程为例，说明图 所示网格划分方式应该采用的处理方法。（20分）图2维轧制过程网格划分东北大学2003年攻读博士学位研究生“刚塑性有限元及其在轧制中的应用”(答案)一理想刚塑

18、性材料模型的基本假设如下：1. 材料均质各向同性；2. 忽略材料的弹性变形，不计体积力与惯性力；3. 材料的变形流动服从 Levy Mises流动理论；4. 材料的体积不变；5. 不考虑加工硬化和变形抗力对变形速度的敏感性。理想刚塑性材料的应力应变关系为一条平行于应变轴的水平直线。只要等效应力达 到一恒定值，材料便发生屈服，且材料在整个变形过程中屈服应力不再发生变化。理想刚塑性材料模型是对真实变形材料的极为简化的处理，采用这种模型进行能量 积分时，可以把等效应力做为常数提到积分号之外，从而使积分过程得到简化。实际上在轧制变形区中，由于轧件各点的温度、变形速度和变形程度的不同，屈服 应力相差很大

19、，在整个变形区内采用理想刚塑性材料模型必然会给计算结果带来误差。 因此，用有限元法求解时，把变形区划分成足够多的单元，可以认为每个单元内的温度、 变形速度和变形程度相同，在每个单元内采用理想刚塑性材料模型，不同单元采用不同 的屈服应力，这样处理才能得到比较接近实际的结果。二刚塑性材料的变分原理为塑性加工边值问题提供了一条新的求解途径，即在运动许可速度场中设法寻求满足能量泛函最小化条件的速度场。具体求解过程可概括如下：(1) 设定运动许可速度场。(2) 建立总体能量泛函，并把泛函表示成速度的函数。(3) 利用数学上的极值理论求解泛函的驻值或最小值。通常使泛函的一阶变分等于 零，从中得出速度场的最

20、优解。(4) 利用几何方程和本构方程确定应变速度场和应力场，通过接触表面应力积分求 出总轧制力和平均单位压力，利用速度场求出轧件宽展、前滑和轧件侧面形状 等参数。刚塑性有限元法求解的基本思想：设定一个满足整个变形区物体质点运动规律的速度场 是比较困难的。禾U用有限元化整为零的基本思想，着眼于单元进行处理可使问题得到简 化，即把变形区划分成数目足够多的单元，在单元内选择简单的速度插值函数，把这些 单元组合起来便可得到整个变形区的速度场。(1)在平面变形条件下，根据几何方程，变形速度与节点速度的关系为:Vy形函数为:-议Y xy 二 .7刊.:xw1山(，八 4(1 5 5)(k=1 , 2, 3

21、, 4)把式代入(1)式，可得:4cNiv =sVxii44的 £ y-Vyii z!ty4cNiYxy.i壬<xy+ 些 Vxi )y把上式写成矩阵形式:b0b20bs0b401J ££ y0C10C0C30C4 *YxyJiC1b1C2b2C3b3C4b4 一式中:bi.:Ni.:Ni:y,(i令:B二B1bi& yB2xyTB3B4VxlVy1Vx2Vy3Vx4Vy42,3,4)CiCibi这样(4)式可以简记为:V 二BSe式中：B称之为单元应变矩阵或 B矩阵，Bi为矩阵的典型子矩阵。(8)四 采用刚塑性体积可压缩材料模型求解时，考虑材料的变

22、形速率敏感性，单元的塑性变 形功率为:1 m Ve"把变形抗力模型c -a ;n ;m代入上式，求一阶偏导得:f . dV =疔 皿Ve等效应变速度矩阵形式:;veTBTZlB1ve 1veTBTCCTBve等效应变速度的一阶偏导数:冋1 朗gmve令:k丄冋沏B ；BTCCT冋把、式代入式，可得单元塑性变形功率的一阶偏导数: 鳥e7kp忡根据 盂/ £)= (m 1) F»-=(m1)吕 kpve,对式再求一次偏导数,e3-：ve£2 ：ve可得单元的二阶偏导数即Hessian 矩阵:-2 e；Up-：ve；veT=Vkp】+kpv"G-)】

23、-：vedVVeVekp】(1m) Rp RpT一2£V(8)式中：Rpl=kpve五 在轧件与轧辊接触表面的入口处，金属质点流动速度的方向发生急剧变化，即所谓的 第一类奇异点，如图1所示。它的奇异性表现在：当A点属于接触弧之下的单元时，需要满足速度边界条件VyA =VxA tg当它属于外端或几何变形区之外的单元时，该速度边界条件不再成立。图第一奇异点及其处理当在几何变形区 ABCD内划分单元，几何变形区之外为刚端时，AB为速度不连续线，如图所示，AB线段上所有节点都是奇异点。当它们属于外端时，AB线段上所有节点的垂直方向的速度分量均为零Vy=O，当它们属于几何变形区之内的单元时，除

24、A、B两点之外，其它节点的 Vy均作为未知数迭代求解。由于AB为速度不连续线,所以在AB线上将产生剪切变形,变形功率应该在总体能量泛函中体现出来:式中：k为屈服剪切应力。2Vy 八 NiVyii #Nk 25(1 k )k =1,2在求总体能量泛函的梯度和Hessian矩阵时，应该考虑剪切功率的作用:ik:Vydi “(1):2:U式中：l i为单元剪切边的长度。东北大学2004年春攻读博士学位研究生“材料加工综合课”试题（答案） 1名词解释（20分）热加工：在再结晶温度以上进行的加工过程叫做热加工。动态再结晶：是指在外力作用下，处于变形过程中发生的再结晶现象。塑 性：是指在外力作用下，能稳定

25、地发生永久变形而不破坏其完整性的 能力。其大小与其化学成分、组织结构等因素有关，同时也受外 在变形条件的影响。变形织构：多晶体塑性变形时，由原来取向杂乱排列的晶粒，变成各晶粒 取向大体趋于一致的过程叫做“择优取向”，具有择优取向的晶体组织称为“变 形织构”。脆性转变温度：钢在200350C范围内的脆性称为兰脆。2简要回答下列问题（15分）1）何谓变形抗力？它与抗拉强度、平均单位压力有何区别？变形抗力是指金属自身抵抗塑性变形的能力。 金属的变形抗力是金属的强 度极限值，对于塑性不同的金属与合金，变形抗力与抗拉强度的值不完全一致。 而平均变形抗力是金属对变形工具的反作用力，它不仅与金属的变形抗力有

26、 关，还与金属的变形条件有关（如工具形状、表面状态、坯料形状等）。2）为什么在计算热轧变形抗力时要考虑变形速度？因为热加工过程中伴随有金属的软化过程，如果加工硬化的速率大于其软 化速率的话，侧有明显的加工硬化，否则加工硬化会得到消除。3）何谓细晶强化？在轧钢生产时如何实现晶粒细化、 提高钢材强韧性能？依靠细化晶粒而提高材料的强度叫做细晶强化。在轧钢生产中可以采用低 温大压下的方法来实现晶粒细化，即所谓的“ TMCP ”工艺，也可以通过添加 合金元素，使钢产生动态和静态再结晶来细化晶粒，进而提高钢材的强韧性能。4）热加工道次间或热加工完成后会发生哪些软化过程？可采用何种方法 来抑制这些软化？道次

27、间：回复。轧后：再结晶（静态）、亚动态再结晶3试比较动态再结晶与静态再结晶的区别（15分） 动态再结晶是指在外力作用下处于变形过程中发生的再结晶现象。而静态再结晶是指在变形后所发生的再结晶现象。影响动态和静态再结晶的因素基本 相同，主要是变形温度、变形程度和变形速度的作用。动态再结晶的能力与堆垛层错能及晶界迁移的难易有关，对于回复能力 较弱的低层错能金属，则容易发生静态再结晶。 4推导平辊轧制时的咬入条件轧件被咬入过程中，轧制力 P是外推力，而 摩擦力T是拉入力，能否咬入则由它们谁占优势 来决定。把P和T分解成水平方向的分量Px和Tx，垂直方向的分量Py和Ty实现咬入的条件是Px小于Tx，因此

28、，Px= Tx是咬入的临界条件即 P sin： = T cos、 一: P = tan：而 T/ P =f 所以 f = tan_：又因为 tan ： = f tan： - tan即：5简述宽展的分类和宽展的组成（10分）宽展种类：自由宽展：坯料在轧制过程中，被压下的金属体积可以自由占宽的量 限制宽展：坯料在轧制过程中，被压下的金属与具有变化辊径的孔型两侧 壁接触，孔型的侧壁限制着金属沿横向自由流动，而是被迫取 得孔型侧边轮廓的形状。强制宽展。坯料在轧制过程中，被压下的金属体积受轧辊凸峰的切展而强 制金属横向流动，使轧件宽度增加，这种变形叫做强制宽展。 宽展的组成宽展由滑动宽展、翻平宽展和鼓形

29、宽展组成 6什么叫前滑？推导E.芬克前滑公式（10分）轧件的出口速度大于轧辊在该点的线速度的现象叫做前滑Shhfh-Iv v根据体积不变条件：Vhh二v hVh因为 v =vcos , h 二h D1-cos十h cos 了 + D （1 - cos ?）cos '<所以：Sh1h1-cosDcosh-h11简述卡尔曼微分方程的假设条件，写出卡尔曼微分方程式（10分）假设条件：轧件金属性质均匀，可宏观地看做均匀的连续介质，轧制时变形均匀，且 无宽展；轧件在变形区内各横截面沿高度方向之水平速度相等；轧制时轧件的 纵向、横向和高向与主应力方向一致；轧辊和轧机为刚体。卡尔曼微分方程式：

30、dp K dy t-udx y dx y12板形的概念及其分类，影响板形的主要因素（10分）板形的概念：直观来说：指板材的翘曲程度实质：带钢内部残余应力的分布只要板带中存在残余应力，就称为板形不良。如果这个残余应力虽然存在，但不足以引起板带翘曲，则称为“潜在”的板形不良；如果这个应力足够大，足以引起板带 失稳而生产翘曲，则称为“表观”的板形不良。分类： 一次、二次和三次板形影响因素：辊系的弹性变形、轧辊的热变形、轧辊磨损、来料、金属横向流动、张力的影响13论述21世纪轧制技术的发展趋势（10）答案略14某钢厂热连轧机精轧机组目前仅为常规的4辊轧机，7机架，现欲进行改造，增加板形和板凸度控制功能

31、和宽度自由程序轧制功能，请考虑采用何种配置为宜，并说明理由（8分）答案略2003年攻读博士学位研究生轧制理论和实践试题一回答问题（以下各题，每题8分，合计40分）11. 分析影响冷轧带钢板形的主要工艺和设备因素。12. 何谓自由程序轧制，实现自由程序轧制的要点是什么？13. 分析晶粒尺寸和形状对钢材性能的影响，并简述其原因14. 举例说明钢材的强化方式。15. 列举金属材料几种短流程生产工艺，并指出其特点。二利用右图上做轧件的受力分析，：一并指出轧制过程的力学特点（15 分）三论述信息技术的发展为轧制技术进步所带来的机遇和挑战（20 分）四 论述我国由钢铁生产大国向钢铁强国转变的几个关键问题（

32、25 分）东北大学2004 年春季攻读博士学位研究生 轧制理论和实践 试题答案共2页一 回答问题 （以下各题，每题 8 分）16. 说明影响热轧带钢板形的主要工艺和设备因素。 答：轧件因素：来料的厚度和板凸度，轧件温度，轧件变形抗力；工艺因素： 压下负荷分配，张力，轧辊热凸度（包括热轧计划安排） ，轧辊磨损；设备因 素：轧辊直径，轧辊凸度等。17. 何谓自由程序轧制，实现自由程序轧制的要点是什么？ 答：所谓自由程序轧制， 是在编制轧制计划时， 取消在轧制长度、 宽度、厚度、 配辊方面对轧制规程制定的限制，可以依据订货随意安排轧制计划的一种技 术。要点：轧钢横移，轧制润滑，高耐磨轧辊，高精度厚度

33、设定和控制，高精度板 形控制技术。18. 分析晶粒尺寸和形状对钢材性能的影响，并简述其原因。 根据霍尔佩奇公式， 晶粒越细强度越高。 晶粒尺寸越均匀， 钢材性能的均匀 性越好。饼型晶粒的冲压性能好， 有利于滑移系统启动的晶粒织构取向能提高 钢板的深冲性能。19. 举例说明钢材的强化方式。 答：细晶强化，可以提高强度，保持塑性、韧性，例如超级钢通过晶粒细化使Q235的晶粒尺寸达到5微米，屈服强度由235MPa提高到400MPa。相变强化，例如贝氏体钢利用相变强化，产生下贝氏体，使强度提高到700800MPa。固溶强化，通过Mn , Si, P等合金元素固溶到钢中，提高强度，例如IF钢，利用 P

34、的固溶强化。位错强化，通过增加钢中的位错密度，提高强度。例如冷加工的硬化5列举金属材料几种短流程生产工艺，并指出其特点。答 1 ）薄板坯连铸连轧，省去了粗轧工序，适于生产薄规格带钢2）铸轧带钢，将铸造和轧制融为一体，实现近终形生产3）半固态加工，适于铝合金等零件的一次加工成形。二 利用右图上做轧件的受力分析，并指出轧制过程的力学特点。 答：在图上正确画出正压力、摩擦力、中性角。正确论述咬入条件，前后滑区 及中性角（由力平衡关系确定） 。三 分析信息技术的发展为轧制技术进步所带来的机遇和挑战。答：信息技术提供了良好的条件：数据库等信息储存；数理统计、ANN、FUZZY、ES、GA 等信息处理方法

35、和手段；高速、大容量的通讯手段。 信息技术可以发挥作用： 利用轧制过程中获得的信息， 进行轧制过程的控制（包 括智能控制）、轧制过程的优化，轧制过程的诊断等，提高产品质量，降低成 本，提高产量等。四 论述我国由钢铁生产大国向钢铁强国转变的几个关键问题。 答：可从以下几个方面论述：5）依靠中国自己的技术力量推出先进实用的钢材生产技术6）国产钢材关键品种质量达到国际先进水平7）形成一支高水平的钢铁研究开发队伍，钢材生产领域的理论研究和技 术开发走到国际前列8）由钢铁生产技术和高附加值产品的输入国变成输出国2004年板带轧制理论与实践试 题1. 冷连轧动态轧制理论的基本方程和线性化方法（15分）2.

36、 推导变断面张力微分方程（15分）3. 分析机架间张力控制方式引起的轧制特性变化（15分）4. 良好板形的力学条件和几何条件（15分）5试分析影响板形板凸度的主要因素（15分）6. 分析比较HC轧机和CVC轧机的优缺点（15分）7. 论述21世纪轧制技术的发展趋势（10分）东北大学2004年春攻读博士学位研究生“材料加工工程综合课”试题1名词解释（10分）热加工；动态再结晶；塑 性；变形织构；脆性转变温度；2简要回答下列问题（12分）1）何谓变形抗力？它与抗拉强度、平均单位压力有何区别？2）为什么在计算热轧变形抗力时要考虑变形速度？3）何谓细晶强化？在轧钢生产时如何实现晶粒细化、 提高钢材强韧

37、性能？4）热加工道次间或热加工完成后会发生哪些软化过程？可采用何种方法来抑制这些软化？3试比较动态再结晶与静态再结晶的区别（10分）4推导平辊轧制时的咬入条件（10分）5简述宽展的分类和宽展的组成（10分）6什么叫前滑？推导E.芬克前滑公式（10分）15简述卡尔曼微分方程的假设条件，写出卡尔曼微分方程式（10分）16板形的概念及其分类，影响板形的主要因素（10分）17论述21世纪轧制技术的发展趋势（10）18某钢厂热连轧机精轧机组目前仅为常规的 4辊轧机，7机架，现欲进行改 造，增加板形和板凸度控制功能和宽度自由程序轧制功能，请考虑采用何 种配置为宜，并说明理由（8分）东北大学2004年秋季攻

38、读博士学位研究生入学考试试题纸考试科目：“材料加工工程”综合课1 名词解释（20分）变形织构；动态再结晶；兰 脆； 塑性； 脆性转变温度；2简要回答下列问题（15分）1）何谓变形抗力？它与抗拉强度、平均单位压力有何区别？2）热加工道次间或热加工完成后会发生哪些软化过程？可采用何种方法 来抑制这些软化？3）何谓细晶强化？在轧钢生产时如何实现晶粒细化、 提高钢材强韧性能?3试比较动态再结晶与静态再结晶的区别（15分）4推导平辊轧制时的咬入条件（10分）5简述宽展的分类和宽展的组成（10分）6什么叫前滑？推导E.芬克前滑公式（10分）19简述卡尔曼微分方程的假设条件，写出卡尔曼微分方程式（10分）2

39、0板形的概念及其分类，影响板形的主要因素（10分）东北大学2004年秋季攻读博士学位研究生入学考试试题答案纸考试科目：“材料加工工程”综合课1名词解释（20分）变形织构：多晶体塑性变形时，由原来取向杂乱排列的晶粒变成各晶粒取向大体趋 于一致的过程叫做“择优取向”，具有择优取向的晶体组织叫做“变形织构” 。动态再结晶：在外力作用下、处于变形过程中发生的再结晶现象叫做动态再结晶。 兰 脆：钢在200350C范围内的脆性称为兰脆。塑 性：是指金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性地能力。 其大小与其化学成分、组织结构等因素有关，同时也受外在变形条件地影响。脆性转变温度：多数金属材料在

40、变形过程中，随着变形温度地改变都有一个从韧性 断裂到脆性断裂的转变温度，称此温度为脆性转变温度 （Tc）,在此温度以上是韧性断裂, 在此温度以下是脆性断裂。2简要回答下列问题（15分）1）是指金属自身抵抗塑性变形的力。金属的抗拉强度是金属的强度极限值，对于塑 性不同的金属与合金，变形抗力与抗拉强度的值不完全一致。而平均单位压力是金属对 变形工具的反作用力，它不仅与金属的变形抗力有关，还与金属的变形条件有关（如工 具形状、表面状态、坯料形状等）。2） 道次间：回复； 轧后：再结晶（静态）、亚动态再结晶。通过控制变形温度、变形程度和变形速度等工艺参数。3） 根据Hall-Petch关系式二s =

41、6 kyd,可知材料的屈服强度与晶粒直径平方根 的倒数呈线性关系，多晶体的强度因其晶粒细化而提高的象限，称为细晶强化。通过控制轧制工艺参数及添加合金元素，使钢产生动态和静态再结晶来细化晶粒，进而提高钢 材的强韧性能。3试比较动态再结晶与静态再结晶的区别（15分）动态再结晶是在外力作用下、处于变形过程中发生的再结晶现象。而静态再结晶是 指在塑性变形后所发生的再结晶现象。影响动态再结晶的因素基本相同，主要是变形温 度、变形程度和变形速度的作用。动态再结晶的能力与堆垛层错能及晶界移动的难易有 关。对于回复能力较弱的低层错能金属，则容易发生静态再结晶。4推导平辊轧制时的咬入条件（10分）在没有附加外力

42、作用的条件下，为实现自然咬入，必须是咬入力Tx大于咬入阻力Nx。而 Tx 二T cos： - fN cos ， Nx 二 N si n：,当 Nx : Tx 时，N sin ： ： fN cos x即tan ： ： f所以:-此时可以自然咬入，即当摩擦角大于咬入角时才能开始自然咬入。5简述宽展的分类和宽展的组成（10分）宽展分类：根据金属沿横向流动的自由程度，宽展可分为：自由宽展、限制宽展和 强制宽展。宽展组成：宽展一般由滑动宽展、翻平宽展和鼓形宽展组成。6什么叫前滑？推导E.芬克前滑公式（10分）在轧制过程中，轧件的出口速度Vh大于轧辊在该处的线速度 V的现象称为前滑。100%vvh -v根

43、据秒流量不变定律,hy vhh = v h或 vh = v r h而 v =vcos ；h 二 h D 1 - cos所以，hr-h Dcos cos由前滑定义得到：Sh = vh -1vh cos f+D (1 _cos ； )cos ；(D cos ； _h 1 _cos ；)所以，Sh -1 二h21简述卡尔曼微分方程的假设条件，写出卡尔曼微分方程式（10分）卡尔曼微分方程的假设条件1）变形区内沿轧件横断面高度上的各点的金属流动速度、应力及变形均匀分布;2）在接触弧上摩擦系数为常数；3）当宽厚比很大时，宽展很小，可以忽略；4）忽略轧辊压扁及轧件弹性变形的影响；5）沿接触弧上的整个宽度上的

44、单位压力相同，故以单位宽度为研究对象；6） 沿接触弧上，金属的自然强度K =1.155二值不变化；7） 轧制过程的主应力；一 .；2 匚3，且 - ；3 T.155s =Kdp* K dy tx 门 dx y dx y22板形的概念及其分类，影响板形的主要因素（10分）板形是指板带材的翘曲度，其实质是指板带材内部的残余应力分布。只要板带中存 在残余应力，就称为板形不良。如果这个残余应力虽然存在，但不足以引起板带翘曲， 则称为“潜在”的板形不良；如果这个应力足够大，足以引起板带失稳而生产翘曲，则 称为"表观”的板形不良。可分为单边浪、双边浪、中浪和复合浪等。影响板形的因素1）辊系的弹性

45、变形；2 ）轧辊的热变形；3）轧辊磨损；4）来料；5 ）金属横向流动和张力。东北大学2004年秋季攻读博士研究生入学考试试题纸考试科目：轧制理论与实践（共10题，每题10分）1实现连轧过程的关键问题是什么？结合冷连轧过程说明现代技术如何 解决这些关键问题的。2何谓直接轧制和直接热装？如果打算实现直接轧制和直接热装，应当 有哪些保证措施？3、 举出你所知道的几种具有板形调整功能的轧机，并分述它们的技术特 点。4、何谓未再结晶区轧制？实现未再结晶区轧制应当考虑哪些工艺和设备 条件？5举例说明钢材的强化方式。6试分析信息技术的发展为轧制技术进步所带来的机遇和挑战。7何谓棒材sizing mill ?

46、其结构特点是什麽？8试述热带无头轧制的关键技术。9试分析利用控制轧制和控制冷却方法轧制X52/X65/X80管线钢时不同的强化机制。10试分析目前我国钢铁工业的发展趋势和主要问题。共1 页第1 页东北大学2004年秋季攻读博士研究生入学考试试题答案纸考试科目：轧制理论与实践1实现连轧过程的关键问题是什么，结合冷连轧过程说明现代技术如何解决这 些关键冋题的。答：关键问题：精确控制秒流量；控制机架间轧件上的张力。现代技术的解决方案：精确的断面（厚度）和速度控制，例如板带机架间的测 厚仪的安装，全数字可控硅直流调速，交流调速，自动速度控制技术等。2何谓直接轧制和直接热装？如果打算实现直接轧制和直接热

47、装，应当有哪些保证措施？答：连铸坯温度很高，不需经加热炉，经均热炉或表面补热即进入轧制线为直 接轧制。不需表面处理等工序，不等连铸坯温度降至常温，即送入加热炉，利用其自身 余热，节约加热能耗，直接热装。1）无缺陷连铸坯2）炼钢、连铸、轧机在温度、时间和物流上的合理衔接。3、举出你所知道的几种具有板形调整功能的轧机，并分述它们的技术特点。答案：具有WRB勺四辊轧机：通过安装于工作辊轴承座的液压弯辊装置实现工 作辊的弯曲，借以改变板凸度和带钢板形。 CVCU机：四辊或六辊，四辊轧机 的工作辊和六辊轧机的中间辊具有 S形的轧辊（3次曲线），通过带辊型的轧 辊轴向移动，调整带钢断面形状，从而调整板形。

48、PC轧机：一般为四辊轧机，通过上支撑辊与上工作辊相对于下工作辊和下支撑辊的对辊交叉，调整带钢断面形状，从而调整板形。HC轧机：通常为6辊轧机，通过中间辊的轴向移动， 改变轧辊之间的接触状态，调整断面形状和板形。UC轧机：类似于HC轧机，但是工作辊直径小，中间辊也具有弯辊功能。4、何谓未再结晶区轧制？实现未再结晶区轧制应当考虑哪些工艺和设备条件？答案：所谓未再结晶区是指高强低合金钢含有 Nb等合金元素时，其再结晶温 度提高，一般达到950C左右，因此，在普通碳钢发生再结晶的 700C以上至 950C不发生再结晶，称为未再结晶区。在此区间轧制时，奥氏体晶粒被压扁， 伸长，晶粒内部出现变形带、孪晶等

49、大量缺陷，但是没有再结晶发生。要求的工艺条件：确定再结晶温度，第二阶段的轧制应当低于再结晶温度。 如 果前面的轧制道次完成后温度尚未达到再结晶温度一下，则应当在轧机前待 温，当温度进入未再结晶区时再进行轧制。 确定在未再结晶区的压下量，一般 应当大于60%。设备条件：强力轧机，足够的轧制力、轧制力矩、电机功率、轧机刚性；待温 辊道或足够的辊道空间，提供给轧件进行待温冷却，或者有中间冷却系统，进 行比较柔和的冷却。5举例说明钢材的强化方式。答1）细晶强化，可以提高强度，但是不恶化韧性，例如超级钢通过晶粒细化 使Q235的晶粒尺寸达到5微米，屈服强度由235MPS提高到400MPa2）相变强化，例

50、如贝氏体钢利用相变强化，产生下贝氏体，使强度提高到700 800MPa3） 固溶强化，通过 Mn Si，P等合金元素固溶到钢中，提高强度，例如IF 钢，利用P的固溶强化。4）位错强化，通过增加钢中的位错密度，提高强度。例如冷加工的硬化。6试分析信息技术的发展为轧制技术进步所带来的机遇和挑战。答：信息技术提供了良好的条件：数据库等信息储存；数理统计、ANN FUZZY ES GA等信息处理方法和手段；高速、大容量的通讯手段。信息技术可以发挥作用：利用轧制过程中获得的信息，进行轧制过程的控制（包 括智能控制）、轧制过程的优化，轧制过程的诊断等，提高产品质量，降低成 本，提高产量等。7何谓棒材siz

51、ing mill,其结构特点是什麽？答：sizing mill是一种block式的小型连轧机，对成品棒钢进行规圆。一般 为24架。可以实现高精度轧制。特点是：轻压下，轧机高刚度，小辊径，连轧。8试述热带无头轧制的关键技术。答：1中间坯焊接技术；2焊接点毛刺去除技术；3热卷箱技术；4精轧机 组高响应AGC技术；5热轧动态变规格技术；6带钢飞飘防止技术；7带 钢高速切断技术；8出炉节奏控制技术；9全线高度自动化控制技术。9试分析利用控制轧制和控制冷却方法轧制 X52/X65/X80管线钢时不同的强 化机制。答：生产X52管线钢时，基体组织为铁素体和珠光体，主要的强化机制为细 晶强化和析出强化；生产

52、X65管线钢时，组织和强化机制与上述基本相同；生产X80管线钢时，组织为贝氏体，主要的强化机制为相变强化和析出强化。10试分析目前我国钢铁工业的发展趋势和主要问题。东北大学2005年秋季攻读博士学位研究生入学考试试题纸考试科目：金属塑性加工学一一轧制理论与工艺.1推导平辊轧制时的咬入条件（15分）2简述宽展的分类和宽展的组成（15分）3什么叫前滑？推导E.芬克前滑公式（15分）4简述卡尔曼微分方程的假设条件，写出卡尔曼微分方程式（15分）5板形的概念及其分类，影响板形的主要因素（15分）6简要回答下列问题（15分）1）何谓变形抗力？它与抗拉强度、平均单位压力有何区别？2）热加工道次间或热加工完

53、成后会发生哪些软化过程？可采用何种方法 来抑制这些软化？3）何谓细晶强化？在轧钢生产时如何实现晶粒细化、 提高钢材强韧性能?7试比较动态再结晶与静态再结晶的区别（10分）东北大学2005年秋季攻读博士学位研究生入学考试试题答案纸考试科目：金属塑性加工学轧制理论与工艺1推导平辊轧制时的咬入条件（15分）在没有附加外力作用的条件下，为实现自然咬入，必须是咬入力Tx大于咬入阻力Nx。而 Tx 二T cos： - fNcos： , Nx 二 N si n：, 当 Nx :：T< 时，N sin ： ： fN cos：即tan : ： f所以、：-：此时可以自然咬入，即当摩擦角大于咬入角时才能开始

54、自然咬入。2简述宽展的分类和宽展的组成（15分）宽展分类：根据金属沿横向流动的自由程度，宽展可分为：自由宽展、限制宽展和 强制宽展。宽展组成：宽展一般由滑动宽展、翻平宽展和鼓形宽展组成。3 什么叫前滑？ 推导E.芬克前滑公式（15分）在轧制过程中，轧件的出口速度Vh大于轧辊在该处的线速度 V的现象称为前滑。vh vSh100%v根据秒流量不变定律,hyvhh = v h或 vh 二 vy-r h而 v =vcos ；所以，vhcosvcos由前滑定义得到:击,、h cos #+D （1 _cos ；'）cos 才，（D cos ；'_h 1 _cos ；'）所以，Sh =_1 -4简述卡尔曼微分方程的假设条件，写出卡尔曼微分方程式（15分）卡尔曼微分方程的假设条件1）变形区内沿轧件横断面高度上