带钢冷轧前,必须去除热轧过程产生的表面氧化鳞皮,而传统的酸洗除鳞工艺会产生大量废酸污染,通过机械方式实现无酸除鳞是长期以来钢铁研究领域的热点关注方向。抛丸除鳞工艺是利用高速弹丸撞击带钢表面,使氧化铁皮发生断裂、脱落的除鳞工艺,在冷轧带钢生产线上具有广阔的应用前景。然而,目前抛丸冲击除鳞的理论研究较为匮乏,一些重要机理尚未解明,特别是在外载冲击作用下鳞层发生破裂临界应力/应变,以及冲击角度、粒径、速度、丸料用量等重要参数对除鳞效果的影响规律等核心问题尚未得到很好的解决,制约了无酸除鳞技术的推广应用。本文通过建立鳞层破坏准则,建立抛丸除鳞过程有限元仿真模型,对主要工艺参数进行了影响规律与优化方法研究,取得了如下创新性成果:(1)通过理论解析结合拉伸实验建立了鳞层破裂准则,并在此基础上建立了除鳞过程有限元模型。对鳞层成分与微观形貌进行了观测,分析了弹丸冲击作用下鳞层的应力状态,阐述了断裂力学与材料力学破坏强度理论,并通过拉伸实验研究了张力下鳞层的开裂行为,结合对裂纹演变规律的分析,获取了鳞层破裂临界应变;基于鳞层破裂准则与生死单元法,建立了三维冲击除鳞有限元模型,并对模型的精准性进行了实验验证;(2)通过有限元仿真结合干涉理论分析,得到抛丸除鳞最佳冲击角度,并进行实验验证。利用有限元模型仿真运算了不同冲击角度下单弹丸除鳞行为,研究了冲击角度对除鳞能力、反弹角度等的影响规律;理论推导了丸料流相互干涉性的影响因素,结合有限元仿真运算数值得到了冲击角度与丸料干涉性函数关系;在综合考虑冲击角度对单抛丸除鳞能力与丸料流相互干涉影响的基础上,得到了冲击角度取值最优区间,在该区间内采用抛丸冲击除鳞实验获取了最佳冲击角度数值;(3)通过有限元仿真结合动能理论分析,对弹丸粒径与冲击速度进行了综合优化。首先,利用有限元模型分析弹丸粒径、冲击速度对除鳞效果的影响规律,其次,通过解析抛丸系统功率与单个弹丸动能间关系,建立了抛丸除鳞过程能耗计算模型,在此基础上,采用有限元仿真结合实验得到限定能耗条件下除鳞效果最优的弹丸粒径与冲击速度参数。