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1.1　材料制备工艺的基本概念和实例1

1.1.1　材料制备工艺的基本概念1

第一章　概论1

1.1.2　钢铁生产工艺流程2

1.1.3　我国钢铁工业的现状7

1.2　材料制备工艺模拟的基本知识8

1.2.1　材料模拟的基本概念8

1.2.2　金属材料制备工艺的计算机模拟14

1.2.3　工艺模拟的判据15

1.3.1　铸造工艺模拟软件16

1.3　材料制备工艺模拟常用软件16

1.3.2　热轧带钢组织性能预报软件18

1.3.3　塑性成形工艺模拟软件20

参考文献22

第二章　液态金属精炼过程的计算机模拟23

2.1　金属熔体传输过程的基本方程与计算方法23

2.1.1　描述金属熔体传输过程的基本方程23

2.1.2　冶金反应器内金属熔体流场的计算方法27

2.2.2　吹氩精炼钢包内气液两相区的描述36

2.2　底吹氩精炼钢包内三维流动的计算机模拟36

2.2.1　控制方程36

2.2.3　三维数学模型的验证38

2.2.4　单喷嘴喷吹钢包内流场模拟40

2.2.5　多喷嘴喷吹钢包内流场模拟41

2.3　浸入式喷枪喷吹金属熔池和AOD炉内三维流动的数值模拟44

2.3.1　水平气体射流在液体中的行为特征44

2.3.2　数学模型45

2.3.3　浸入式喷枪喷吹熔池中的流动特征46

2.3.4　AOD炉内的流动特征47

2.4　液态金属熔池中的混合过程模拟49

2.4.1　混合过程和混合时间的数理研究方法49

2.4.2　精炼金属熔池混合过程的模拟分析50

2.5　LF钢包精炼炉内夹杂物行为的计算机模拟52

2.5.1　LF炉内夹杂物描述的理论模型52

2.5.2　喷嘴布置对夹杂物去除的影响54

2.6　RH真空精炼过程的计算机模拟56

2.6.1　模型描述56

2.6.2　RH真空装置内钢液的流动特征58

2.6.3　RH真空精炼装置内钢液的循环流量59

2.6.4　脱碳行为60

2.6.5　脱碳的影响因素61

参考文献63

第三章　铸造工艺的计算机模拟65

3.1　铸件充型及传热过程模拟65

3.1.1　充型及传热过程的数理方程66

3.1.2　充型及传热过程模拟67

3.1.3　标准实验（benchmark test）的模拟69

3.2.1　铸件凝固过程的三场耦合70

3.2　铸件凝固过程中的三场耦合模拟与宏观偏析的定量预测70

3.2.2　三场耦合模型71

3.2.3　钢锭三场耦合的模拟计算73

3.3　使用水平集方法模拟铸造双金属轧辊75

3.3.1　冲洗法生产铸造双金属轧辊75

3.3.2　数学模型75

3.3.3　数值稳定性分析76

3.3.4　计算结果与分析76

3.4.2　铸钢支承辊充型过程的模拟80

3.4　大型铸钢支承辊整体铸造工艺的计算机模拟80

3.4.1　铸钢支承辊的整体铸造工艺80

3.4.3　铸钢支承辊凝固过程模拟结果与分析81

3.5　电磁离心铸造工艺模拟84

3.5.1　电磁场、熔体流场和温度场的耦合85

3.5.2　熔体流场与压力场模拟结果与分析86

3.5.3　温度场的模拟结果与分析88

3.5.4 电磁搅拌对离心铸造OCr17Mn14Mo2N不锈钢管坯显微组织的影响89

参考文献91

4.1.1　确定性方法93

第四章　凝固过程微观组织模拟93

4.1　凝固过程微观组织模拟方法93

4.1.2　概率方法95

4.1.3　相场方法98

4.2　凝固过程数学模型101

4.2.1　形核模型101

4.2.2　晶体生长模型104

4.3.1　元胞自动机与有限差分耦合108

4.3　铸锭凝固过程中柱状晶与等轴晶的转变108

4.3.2　模拟的基本步骤110

4.3.3　铸锭凝固过程中柱状晶与等轴晶的转变110

4.4　喷射成形中金属液滴凝固过程模拟113

4.4.1　喷射成形中金属液滴凝固113

4.4.2　模型的描述114

4.4.3　液滴凝固过程模拟116

参考文献120

5.1　热轧带钢组织性能预报的基本模块122

第五章　热轧带钢组织性能预报122

5.2　板坯加热的奥氏体化过程及晶粒长大123

5.2.1　板坯加热的奥氏体化过程123

5.2.2　晶粒长大动力学参数的确定125

5.3　轧制过程中的再结晶模拟127

5.3.1　热轧温度模型127

5.3.2　热形变过程中的再结晶129

5.3.3　再结晶模型132

5.3.4　热轧带钢再结晶的模拟134

5.4　热轧带钢冷却过程的相变计算135

5.4.1　热轧低碳钢冷却相变计算136

5.4.2　卷取温度控制模型140

5.4.3　计算结果与分析142

5.5　铁素体晶粒尺寸预测145

5.5.1　钢卷冷却过程的温度场模拟145

5.5.2　铁素体晶粒尺寸模型147

5.5.3　计算结果与分析148

5.6　热轧带钢组织性能预报150

5.6.1　物理冶金模型预报带钢性能150

5.6.2　Rollan软件的应用154

参考文献156

第六章　奥氏体-铁素体转变的计算机模拟158

6.1　等温奥氏体-铁素体相变的元胞自动机介观模拟158

6.1.1　等温奥氏体-铁素体相变二维元胞自动机模型158

6.1.2　等温奥氏体-铁素体相变元胞自动机模拟163

6.2　等温相变过程中单个铁素体晶粒长大行为的模拟170

6.2.1　等温相变过程中单个铁素体晶粒的长大模拟170

6.2.2　单个铁素体晶粒的六种长大模式模拟171

6.3.1　连续冷却奥氏体-铁素体相变元胞自动机模型175

6.3　连续冷却奥氏体-铁素体相变元胞自动机模拟175

6.3.2　连续冷却奥氏体-铁素体相变模拟177

6.4　形变奥氏体-铁素体相变晶体塑性有限元-元胞自动机耦合模拟183

6.4.1　晶体塑性形变模型183

6.4.2　形变奥氏体-铁素体相变模型186

6.4.3　晶体塑性有限元模型与元胞自动机模型的耦合188

6.4.4　形变奥氏体-铁素体相变的晶体塑性有限元-元胞自动机耦合模拟结果190

6.5　Fe-C二元系未形变奥氏体等温分解的蒙特卡罗法模拟196

6.5.1　蒙特卡罗模型197

6.5.2　单个晶粒中碳扩散过程的模拟200

6.5.3　双晶粒体系中的等温奥氏体-铁素体相变模拟203

6.5.4　未形变奥氏体等温分解过程中非平衡奥氏体-铁素体相界面状态的分析206

6.5.5　未形变多晶奥氏体等温分解过程中奥氏体-铁素体相变模拟212

6.6　Fe-C二元系等温热形变过程中形变诱导铁素体相变的蒙特卡罗法模拟215

6.6.1　形变诱导铁素体相变215

6.6.2　多态波茨模型217

6.6.3　模拟结果与分析221

6.7　深过冷轧制热力耦合有限元分析235

6.7.1　钢板热轧过程界面换热系数的测定236

6.7.2　热轧板表层超细晶形成过程分析238

参考文献242

第七章　塑性成形工艺模拟246

7.1　体成形工艺模拟246

7.1.1　体积成形工艺模拟246

7.1.2　体积成形过程中的热力耦合模型246

7.1.3　近β型钛合金的塑性成形过程模拟247

7.1.4　NiTi形状记忆合金管件热挤压过程数值模拟249

7.2.1　油底壳成形过程的三维有限元模拟252

7.2　板材冲压成形过程的计算机模拟252

7.2.2　镁合金板材筒形件拉深成形261

7.2.3　板件液压成形264

7.3　板成形回弹过程的计算机模拟270

7.3.1　板成形回弹的计算方法及影响因素270

7.3.2　汽车纵梁成形及回弹过程的模拟272

参考文献280

关键术语281