热轧H型钢冷却过程残余应力数值模拟及雾化冷却优化

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黄振洋,  曾伟杰,  阮文俊,  徐颍,  李红斌*

华北理工大学, 冶金与能源学院, 河北唐山 063210

摘     要: H型钢断面呈“工”字形,空冷时腹板与翼缘冷却速率差异较大,易在截面内产生较大的残余应力,影响构件的尺寸精度与承载能力。为探究残余应力的形成规律及翼缘雾化冷却的调控效果,以Q235B热轧H型钢为研究对象,采用SolidWorks建立三维几何模型,并基于Abaqus平台建立热-力耦合有限元模型。模拟了自然空冷以及翼缘外表面对流换热系数分别为100W/(m2·K)和150W/(m2·K)两种雾化冷却工况下的温度场演变与残余应力分布。结果表明:自然空冷条件下,冷却速度较慢,最大残余应力约为98MPa,主要集中在翼缘与腹板交接处,腹板中部残余应力约为16MPa;采用翼缘雾化冷却后,冷却效率明显提高,温度场分布更加均匀,残余应力大幅降低——当换热系数为100W/(m2·K)时,最大残余应力降至0.1114MPa;当换热系数提高至150W/(m2·K)时,进一步降至0.0591MPa。无论何种冷却方式,残余应力均在冷却初期(前3000s)温度变化最剧烈的阶段出现剧烈波动,当温度降至300~400℃后逐渐趋于稳定。综合考虑冷却效率与残余应力控制,建议雾化冷却的换热系数控制在50~200W/(m2·K)范围内。研究结果可为热轧H型钢控冷工艺优化提供理论依据。
关 键 词: 热轧H型钢; 残余应力; 雾化冷却; 数值模拟; 温度场
DOI: 10.57237/j.mater.2026.01.001
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