钢铁产业作为国家的基础产业,有着庞大的市场需求。棒材产品因为截面简单、再加工性好等特点而在国内外得到广泛应用。热连轧是棒材产品生产的一种重要的方法,而复杂的轧制环境和参差不齐的轧制设备以及轧制工艺等因素会严重影响轧制产品的质量。与此同时,人们对于棒材产品质量的要求不断提高,各钢铁公司之间的竞争也日趋激烈,如何在保证轧制产品质量的同时降低生产成本成了钢材生产厂家所面临的主要问题。相比于传统的经验法和试错法,数值模拟技术因为具有周期短、成本低、可视化好等优点越来越多地应用到轧制生产之中。本文以38CrMoAl特殊钢为研究对象,利用大型商用有限元软件MSC.Marc开展了不同规格棒材的热连轧过程的数值模拟研究。建立了38CrMoAl钢棒材热轧过程的轧制工艺参数与棒材的应力场、应变场、温度场及晶粒分布的内在联系,分析了38CrMoAl钢棒材优良性能的形成机理和形成条件,进而为大尺寸棒材轧制过程的工艺优化和产品质量提升提供理论依据。本文的具体研究内容和结论包括以下3个方面:1、利用有限元软件MSC.Marc,建立了Φ22mm和Φ100mm两种规格的38CrMoAl钢棒材在热连轧过程中的有限元模型。在本研究室前期工作的基础上,结合38CrMoAl钢的微观组织演变模型编写了运动控制的子程序和奥氏体晶粒演变子程序,再利用二次开发功能嵌入有限元软件以模拟热连轧过程并预测轧件在轧制过程中的微观组织演化行为。考虑到轧制道次比较多,为了在保证模型计算精度的同时提高计算效率,本文根据不同的轧制阶段将整个热连轧过程分成了若干部分,并通过数据传递技术实现对各部分模型之间的信息传递。2、在建立的不同规格三维多场耦合有限元模型基础上对热连轧过程进行数值模拟,同时辅以实验对模型的可靠性进行验证,并对轧件的温度场、应变场和组织场等分布和演化情况分别进行分析。结果表明,两种规格轧件心部和表面的温度和晶粒尺寸差值不同,其中在轧制结束处Φ22mm和Φ100mm轧件心部和表面的温差分别约为30℃和150℃,晶粒尺寸差约为22μm和60μm。另外,对轧件中温度和晶粒尺寸等变量在轧件中不均匀分布的原因进行了分析,为以后的工艺优化提供了依据。3、针对Φ100mm棒材轧制结束后仍存在如轧件心部的晶粒尺寸较为粗大,且沿截面分布极不均匀等问题,本文设计了强风冷却工艺和强水冷却工艺等五种方案进行工艺优化,并综合比较原工艺和五种优化工艺的优缺点,最终确定了强水冷却工艺方案为Φ100mm规格38CrMoAl钢棒材热连轧过程的最佳轧制工艺方案。