钢管热连轧过程横断面壁厚变化的三维有限元模拟

针对20号钢Φ119.0mm×9.25mm规格全浮动芯棒无缝钢管8机架连轧过程进行了有限元模拟仿真分析,得到了热连轧管各机架出口等效塑性应变以及荒管壁厚变化情况,分析了轧制力和芯棒力的变化特点。研究表明,连轧管减壁量和外直径变化主要集中于开始第1~第6个机架,在第7、第8机架减壁作用很小,最终荒管壁厚均匀,且形状圆整。稳定连轧阶段的轧制力依轧制顺序呈递减趋势,第7、第8机架轧制力很小;同时芯棒力大于各机架轧制力,钢管内壁承受的作用力和塑性应变较大,应对芯棒表面进行合理润滑。模拟得到的壁厚、外径及轧制压力与实测结果吻合较好。     

张力减径机双圆弧孔型设计与实践

介绍了传统孔型设计的原理和计算方法,分析了中厚壁钢管在张力减径过程中“内六方”产生的机理和控制方法;结合φ89 mm三辊连轧生产线的情况,提出了双圆弧孔型设计方案;用有限元模拟一段圆弧孔型和二段圆弧孔型轧制相同规格钢管时的情况。分析认为:双圆弧设计方案解决了内传动三辊张力减径机多边形孔型的加工问题;有限元分析结果和实践都证实了双圆弧孔型具有抑制“内六方”和控制外表面质量的优势,是三辊张力减径机孔型设计的一种新尝试。     

三辊连轧管机轧制力曲线调整方法和事故曲线分析

介绍了6机架三辊连轧管机更换新轧辊后轧制力曲线的调整过程.总结认为三辊连轧管机轧制力曲线的调整方法依照“三步调整法”和“孔型调整为主,转速调整为辅”的调整原则;相较于二辊连轧管机,三辊连轧管机调整轧制力曲线微拉钢不会造成拉凹或拉断.分析了连轧断辊、“轧辊打滑”导致钢管轧断的轧制力曲线特征,以及芯棒与钢管脱不开的产生原因...     

不同孔型参数对薄壁无缝管顶管过程管壁拉凹的影响

针对某钢管公司Φ114 mm CPE顶管机组薄壁无缝管顶管过程中出现的管壁拉凹缺陷,借助于有限元分析软件Simufact,对典型规格Φ111 mm×4. 35 mm的42CrMo4钢管顶管过程进行三维弹塑性有限元模拟,分析了不同孔型参数对顶管过程的模辊力、各机架出口轧件壁厚及应力应变的影响。结果表明:顶管过程中,减壁量较大的机架之间存在张力作用;不同孔型系列,机架减壁量(减壁率)越大,机架间张力、轧件在辊缝处产生的附加变形、壁厚拉薄量和所受的轴向拉应力越大,管壁发生拉凹的倾向性增大。因此,在设计孔型时,要合理分配各机架的减壁量(减壁率),使单个机架的减壁量(减壁率)不宜太大。通过现场生产探伤数据对模拟结果的正确性进行了验证。     

无缝钢管生产技术的新进展

无缝钢管生产已逐渐从追求产量向提高质量,扩大品种,降低成本方向发展,其间不断涌现新的设备与工艺。简介了国内外生产技术的发展情况;比较了步进式与环形式管坯加热炉的应用特点;概述了锥形辊穿孔机、少机架限动芯棒连轧管机、PQF连轧管机及半浮/在线脱棒技术、紧凑式轧管技术、张力减径机/定径机的三辊可调技术及快速换辊技术、钢管质量自动控制技术(如连轧管机的HGC控制技术、张力减径机增厚端及壁厚自动控制技术)、钢管在线壁厚检测技术等新工艺、新设备的特征。     

14机架微张力定(减)径过程壁厚分布的有限元研究

根据钢管微张力定(减)径过程的变形特点,利用MSC.Marc软件进行三维弹塑性有限元分析,模拟钢管通过14机架微张力定(减)径机的变形过程。通过研究钢管断面上的横向壁厚分布,分析其内多边形程度;通过研究整根钢管的轴向壁厚分布,不需进行解析计算,可直接在有限元模型上测得头尾增厚段的切除长度。据此提供分析产品缺陷、指导工艺设计的依据。     

三辊冷轧管机轧制过程的数值模拟与试验研究

在简化三辊冷轧管机轧制过程的基础上,根据钢管冷轧过程的变形特点,采用Simufact有限元软件对其轧制过程进行有限元数值模拟。通过仿真模拟,分析了钢管的等效应力、等效应变分布规律及其截面变形特点,并与实际数据进行比较。分析结果表明:建立的有限元模型符合实际,模拟过程与实际轧管成型情况相符合;金属的塑性变形主要发生在减径段和减壁段;随着送进量、轧制频率的增加,轧辊的轧制力相应增大。     

PQF三辊连轧管机辊缝调整

通过调整PQF三辊连轧管机辊缝获得小于或大于孔型名义规格的平均等效壁厚,并得到相应的计算公式,进而确定芯棒所能轧制的钢管壁厚范围,并结合Φ460 mm PQF连轧管机294 mm和369 mm孔型进行验证。分析认为:调节辊缝将伴随钢管壁厚横向不均的产生,降低了钢管壁厚精度;辊缝调节量越大,钢管壁厚的不均性越严重;钢管壁厚越小,辊缝调节量对壁厚不均性的影响越明显;在辊缝调整量相同的条件下,大规格调整产生的壁厚不均性更大。     

关于大减壁量斜轧延伸工艺的研讨

论述了二辊斜轧管机的连轧特征及其特殊的变形规律,剖析了 Accu Roll轧机变形能力较小的原因和提高其变形能力的途径。论证了短顶头二辊斜轧管机是单机变形能力最大的轧管机,讨论了其各道次减壁量的确定原则和分配规律,举例介绍了其连轧孔型与变形工具的科学设计原则、步骤、内容及其内外减壁区的计算方法。     

张力减径机有限元模拟及成品管质量影响因素分析

根据热轧无缝钢管张力减径过程特点,建立了20机架张力减径机的三维热力耦合有限元模型。将模拟结果与实际产品的平均壁厚对比,偏差仅为2.2%,验证了有限元模拟的可靠性。研究了张力减径过程中荒管壁厚变化曲线以及不均匀壁厚荒管和不同转速差对成品管质量影响。结果表明:荒管壁厚呈现先增加后减小的趋势;荒管形状对成品管的影响很大,且成品管遗传了荒管的特点;转速差越小,钢管的壁厚越厚,越不均匀。     

双金属复合无缝钢管冷轧成型过程的数值研究

采用非线性有限元法对不锈钢/碳钢双金属复合钢管的冷轧成型过程进行了数值模拟,得到了钢管在整个冷轧成型过程包括稳定轧制阶段和钢管冷轧脱模以后的位移场和应力应变场.计算结果显示,冷轧成型过程的应力分布十分复杂,在环向没有对称性.本文根据计算结果绘制了钢管的径向、环向及轴向应力分布图.在稳定轧制阶段,径向应力在内层钢管内壁,减径量越大,径向应力越小;环向应力在碳钢和不锈钢界面位置和内层不锈钢管的内壁,减径量越大,环向应力越小;轴向应力与减径量的大小成反比关系.采用冷轧成型工艺生产双金属无缝钢管,成品钢管的直径精度较高,壁厚精度低于直径精度.参数研究表明,计算直径接近理论值,受减径量的影响相对较小;计算壁厚与理论值有一定误差,钢管壁厚精度随减径量的增加而降低.对于本文计算的外径为φ202 mm,壁厚为11 mm的双金属复合管,在减径量为2 mm时的壁厚相对误差仍小于5％.同时,双金属复合管外层碳钢钢管壁厚变化量相对较大而内层不锈钢管的壁厚变化相对较小.论文的研究成果对于双金属复合钢管冷轧成型工艺设计、孔型和轧辊设计具有参考价值.     

限动芯棒连轧管机工艺技术的发展

限动芯棒连轧管机经过近２０年的发展, 工艺技术不断完善, 已成为无缝钢管生产的主要机型。简介了限动芯棒连轧管机的重大技术进步情况和少机架限动芯棒连轧管机的特点。对正在研究的三辊可调式连轧管机（ＰＱＦ） 也作了较详细的介绍。     

钢管全浮动芯棒连轧过程的三维有限元分析

借助于有限元分析软件MSC.SuperForm对钢管8机架全浮动芯棒连轧过程进行模拟,分析了连轧过程轧件的应力应变分布特点.分析表明,各机架沿孔型宽度方向的压下不均匀导致了轧件在孔型宽度方向(尤其在孔顶和辊缝处)变形的严重不均匀,轧件断面特定点(孔型开口和孔顶)在轴向上应力具有拉-压-拉属性,且规律性很强.此外,研究了芯棒摩擦对连轧过程力能参数、轧制壁厚精度的影响:随芯棒摩擦系数的增大,各机架出口轧件断面横向壁厚不均度增加,同时轧制力、芯棒轴向力明显地增大.因此在实际生产中要尽力改善芯棒的润滑效果,减小其不利影响.     

Mini-MPM连轧管机261mm孔型的设计与开发

为了扩大无缝钢管的生产规格,同时达到降本增效的目的,设计开发了Mini-MPM限动芯棒连轧管机261mm孔型。该孔型所用芯棒均为原有废旧芯棒,生产钢管最小壁厚为6mm。生产实践证明,新孔型能实现在线连续生产,所轧钢管在壁厚精度、内外表面质量等方面均能满足合同要求。     

芯棒对连轧管轧制过程影响的三维有限元分析

用非线性有限元分析软件MSC.Marc/Superform对连轧管芯棒速度及其摩擦系数对轧制过程的影响进行了三维弹塑性热力耦合模拟仿真,得到了芯棒速度及其摩擦系数对轧制过程力能参数及变形参数间的影响规律.     

Φ273mm Assel轧管机组生产薄壁无缝钢管的工艺开发

Assel轧管机生产薄壁无缝钢管(径壁比≥25)时,存在着荒管头部易产生喇叭口,轧制过程中荒管甩动大,内表面易产生内螺纹缺陷等问题,严重制约着机组产能的释放。湖北新冶钢有限公司通过采用增设轧管机后台导卫装置及前台检测装置,改进轧管机辊型,优化轧制工艺参数等措施,大大减少了轧制过程中轧扭、卡钢事故的发生,轧制的薄壁无缝钢管内螺纹缺陷也明显减轻,壁厚精度达到 8%,成材率在90%以上。     

连续式轧管机油压压下控制的开发

一套连轧管机油压压下控制系统于1985年在日本住友金属公司和歌山钢铁厂使用成功。此控制系统用于在轧制中控制管端,使管端减壁形成圆锥体。通过管端控制可消除在张力减径机中管端增厚,减少切头损失。分析了管端减壁控制时机架内的张力偏差;讨论了控制轧辊速度,以防止偏差的方法;介绍了管端减壁控制时发生壁厚不均的原因及其防止措施和管端减壁的控制效果。     

错位环轧工艺

错位环轧工艺是在环件外周的适当位置安置两个辗压轮,同时在环件内孔的两辗压轮与环件接触处之间的近中部位置错位安置一个芯辊,外周的大辗压轮由电动机拖动旋转,它带动环件、芯辊和小辗压轮旋转,构成环轧,外周的两个辗压轮和内孔中的芯辊,在径向发生相向连续的进给运动的过程中,保持内外三个轧辊的错位状态,在此状态下,它们的径向压力难以穿透环件的壁厚,环件壁厚处于未锻透的状态,在轧制过程中,环件的断面面积变化不大,在咬入条件满足时,环件外周及内孔表面的局部连续受压,迫使环件外周表层金属发生轴向流动变形,去充填模具型腔,形成与模具型腔相对应的较复杂的断面形状。     

Mini-MPM限动芯棒连轧管机力能参数的计算及分析

在研究限动芯棒连轧管机的基础上,归纳整理了Mini-MPM限动芯棒连轧管机力能参数的计算公式和框图。再采用该计算公式和框图进行编程计算,分析连轧管机入口毛管壁厚、芯棒限动速度和轧辊直径对力能参数的影响。计算结果表明:毛管壁厚对连轧管机第1机架轧制力的影响明显;芯棒限动速度对连轧管机力能参数影响较小;轧辊直径对轧制力有较明显的影响。提出了改善连轧管机力能参数的途径。