圆孔型系统张力减径后钢管横向壁厚不均匀性的模拟

第 12卷第 2期 2000年 4月 钢 铁 研 究 学 报 JOURNAL OF IRON AND STEEL RESEARCH V0l_l2，No．2 Apr．2000 圆孔型系统张力减径后钢管横向壁厚木均匀性的模拟 (j／土7—3 潘克云 ， 王先进 ’／秦国庆 (1_宝山钢铁集团公司铜 手 ，上簿 2．北京科技大学压加系，北京100083) 摘 要：用有限元法模拟152．5 BR圆孔型系统主变形四机架连轧过程发现：张力减径后钢管的横 向壁厚分布不均匀，产生内六方趋势，内六方趋势的大小与主变形机架的数量呈直线关系。利用这 种关系可预测152．5 BR圆孔型系统生产的各种规格钢管的横向壁厚不均匀程度。实际生产轧澍试 验证明了该有限元模拟结果的正确性。 关键词；连轧；张力减径一有限元；钢管 中围分i 磊i _ i稿 猫；A 蠖 ．，。 。。鏖。 Simulation on Inhomogeneity of W all Thickness for Tube Stretch-Reduced by Round Passes System PAN Ke—yun ， WANG Xian—jin ， QIN Guo—qing (1．Baoshan Iron＆Steel Group Corporation，Shanghai 201900，China； 2．University of Science＆Technology Beijing，Beijing 100083，China) Abstract：According to the finite element simulation for[our stand continuous rolling of tube pro- dueed by 152．5 BR passes system in stretch—reducing mill，the distribution of tube wall thickness along the across—section is inhomogeneous，which can results in po lygonization．The degree of polygonization is directly proportional to the number of stands used．The inhomogeneity of wall thickness can be evaluated by the degree of polygonizntion．The results of Rolling tests for 152．5 BR passes systems validate the correctness of finite element simulation． Key words：continuous rolling Fstreteh reducing；FEM ,tuDe 无缝钢管的尺寸精度主要是指钢管的壁厚精 度。多年来，研究大多集中在张力减径引起的钢管纵 向壁厚不均匀现象上 ]，而对钢管横向壁厚不均 匀现象研究得不多，相关的文献也主要是对张力减 径中产生的内六方趋势作定性的讨论口 ]。但是在 实际生产中，张力减径对钢管横向壁厚精度的影响 很大，特别是生产厚壁管时容易产生内六方趋势。本 文旨在用三维弹塑性有限元方法，模拟生产厚壁管 的 1 52．5 BR圆孔型系统主变形机架的轧制过程，定 量 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 其张力减径对钢管横向壁厚精度的影响，从 而预测 1 52．5 BR圆孔型系统生产各种规格钢管的 横向壁厚不均匀性。 1 有限元模拟原理 7f 有限元模拟原理为；把连续的实体离散成有限 个小的单元体，经集成和数值分析计算后，求得有限 个单元体的数值解，从而得到整个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的近似解。本 研究的主要模拟工作使用 MARC三维弹塑性有限 元软件，前后处理使用 MENTAT软件。MARC的 工作过程如图1所示。 2 四机架连轧后的等效塑性应变分布 根据近几年某 ≠14O机组无缝钢管厂的统计，目 作者简介 潘克~(1966)，男，博士．工程舜 收稿日期：1999—07—22； 罄订日期：1999 12 24 29 ● ， - 。 ￡ l E H I 维普资讯 http://www.cqvip.com 钢 铁 研 究 学 报 图 1 MARC模拟过程图 Fig．1 The illustration of finite element simulation 增量步 0 32 3l 0．30 0．29 n 28 n 27 0．26 0 25 0．2 第 l2卷 前最常用的孔型系统为：152．5 BO椭圆孔型系统和 152．5 BR圆孔型系统。其中．152．5 P,O椭圆孔型系 统用于生产薄壁管，152．5 BR圆孔型系统用于生产 厚壁管。在此仅对 1 52．5 BR圆孔型系统进行有限元 模拟。 由于张力减径机组相邻机架问呈 6o。交叉布置． 1 因此根据对称边界条件，只取÷的钢管进行模拟。目 前，1 52．5 BR圆孔型系统所生产的钢管的壁厚规格 范围为4～16 mm。模拟时不可能对每 种壁厚规格 都进行模拟，所以仅 选 择 壁 厚S。=4．0、5．0、6．0、 7．0、8．0、10、1 2．5、16 ram8种规格。受计算时间的限 制，本研究对各种规格的钢管都只模拟主变形四机 架的连轧过程。 图2所示为四机架连轧时壁厚8 mm的钢管在 第四机架变形区及轧出第四机架后区域内的有限元 模拟等效塑性应变分布。由图2可知：在钢管壁厚方 向上．等效塑性应变由外向内逐渐增大。比较不同壁 厚钢管的模拟结果可以看出：随着钢管壁厚的加大， 等效塑性应变最大值增大。 图 2 四机桨连轧后钢管的等效塑性应变分布 ． 左 纵向； 右 ～ 横向 F ．2 Distribution of equivalent plastic strain of tube after four—stand continuous rolling 3 连轧对钢管横向壁厚分布的影响 4 图3为用 1 52．5 BR圆孔型系统轧制壁厚8 n1m 钢管时．经 、二、三和四机架的主变形机架连轧后 造成沿管壁圆周方向内六方趋势的壁厚偏差值。口f 看出：随着机架数的增加，钢管的内六方趋势增强 30 张力减径后不同壁厚钢管的横向壁 厚分布预测 经 、二、三和四机架轧制后，不同壁厚的钢管 产生内六方趋势的最大壁厚与最小壁厚的差值 s 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 潘克云等：圆孔型系统张力减径后钢管横向肇厚不均匀性的模拟 4月 I-003 t 1 0oI 0 999 “ 0．997 0 20 40 6O 孔型角度，I。) 图3 主变形四机架减径时各机絮轧制 后钢管的内六方趋势 一 钢管任意娃的壁厚 Fig．3 Trends of polygonization of tube after four—stand continuous roiling S 如图4所示。由图4可以看出：对某一特定壁 厚钢管而言，连轧后产生内六方趋势的最大壁厚与 最小壁厚的差值随着机架数的增加而近似呈直线关 系 但当钢管壁厚不同时，直线的斜率不同。钢管壁 厚对上述差值的影响如图5所示。由图5可知：当钢 管壁厚小于 10 mm时，随着壁厚的加大，内六方趋 势增强，而且连轧机架数增加对内六方趋势的影响 增大。当钢管壁厚为 10 mm时，连轧机架数对内六 方趋势的影响最大。 钢管壁厚对单机架减径后产生内六方趋势的影 响可用下列公式来表示： 1一K】×S 一C】 (1) f0．003 516 (5。≤10 mm) l 【0．000 893 (5 >10 mm) f 0．o11 59 ( 。≤ 10ram) 一10． 014 646 (5 > 10 mm) 式中 △s 单机架减径后钢管横向壁厚的差值： s．：一钢管的原始壁厚； K ——钢管壁厚变化时的分段直线斜率； c ～ 分段式直线方程式的常数项。 由图4可知，随着钢管壁厚的加大和机架数的 增加，内六方趋势增强的程度发生变化。将图4中 同壁厚钢管的直线斜率回归得到图6所示结果 由 图6可以看出：不同壁厚的钢管，其内六方趋势随主 变形机架数增加的直线斜率变化同样可以用分段式 直线来表示，其公式如下： Ks—KzXS 0一C2 (2) 机架敬 图4 不同壁厚的钢管经多机架轧制后的内六方趋势 Fig．4 The difference between maximum and minimum polygonization after rolling u-I O m O8 {0．06 { ∞ J ： 0．04 0．02 0 8 l2 钢管壁厚／mm 图5 钢管壁厚对产生内六方趋势的最大壁厚 与最小壁厚差值的影响 Fig．5 Effects of wall thickness of tube on difference be tween m axim um and minimum of polygonization after rolling K 一 n oo。 6 ‘5。≤ 。mm 【 0．001 219 l (5 > 1 0mm ) f 0．012 103 2 (5 0≤10ram) 一 l0．034 161 2 (5 > 10mm ) 式中 s 主变形机架增加引起钢管内六方趋势 增大的直线斜率； K Ks随钢管壁厚变化的直线方程斜率； C 直线方程式的常数项。 生产某 ·特定规格钢管时，已知成品管的外径 和壁厚，经张力减径后钢管的横向壁厚差值可用下 式计算： △S— 删 5～ 一 N xKs+△ 1 (3) 维普资讯 http://www.cqvip.com 2000盈 钢 铁 研 究 学 报 第 l2卷 田6 内 Fig．6 Relation of the polygonization and wall thicklaeSs 0f lube 系 式中 Ⅳ——主变形机架数(N=M--6)； M——张力减径机机架数。 内六方趋势的计算公式为： i 户一 0 1煮35 1oo (4) ． ×(D 一 一) ⋯ ‘。 式中 D。——成品管的名义直径。 以用 152．5 BR圆孔型系统所能生产的最小外 径极限壁厚规格的j544．5 mill×6．0 mE钢管为倒， 预测得到： N 一22 AS= 0．194 7mm ， 一 3．74 当用 152．5 BR圆孔型系统生产 7O mm×10．0 mm的钢管时，预测得到： N 一 1 3 △S一 0．31 2 mrll， 户一 4．19 当用 152．5 BR圆孔型系统生产 7O mE×8．8 mm的钢管时，预测得到； △ —O．254 mtn， 户一 3．1O 5 实际生产验证 用152．5 BR圆孔型系统实际生产的 7Omm× 10 mm钢管的实物形状照片见图7。实测统计分析 该钢管的横向壁厚差值为：△s一0．248 mm。 实测数据证明用连轧模拟结果来预测张力减径 后钢管的横向壁厚精度是正确可信的。 6 结 论 (1)通过对 152．5 BR圆孔型系统主变形四机架 连轧过程的模拟得知：经张力减径后沿钢管圆周方 向的等效塑性应变呈不均匀分布，使钢管产生内六 32 田7 用152．5 BR圆孔型系统生产的押Omlm× 10 mm钢管的实物照片 Fig．7 The photograph oftI，be rolled by 152．5 BR p勰 s幅 system 方趋势，其横向壁厚差值计算式如下： △S— 喵 一 ～ 一N×Ks+△S1 (2)当用 152．5 BR圆孔型系统生产极限规格钢 管时，钢管经张力减径机产生的横向壁 厚 差 值 达 0．31 2 mm，内六方趋势达 4％左右。 参考文献 [1] Voswincke[K．process Management for Stretch—Reducing Tube Rolling Mills[J]．Tube Internt1995，64(14)：75 79． Holmstrom A，Linder S．New Teehno]ogy for In—Line Control lJ]．Tube Intern，1992。49(11)：219 222． Mihara Y Study on the Accuracy of Wa Ll Thickness in SeAm less Tube Rolling Process JR3．Nippon Kokan Tech Rep。 1985，106(2)：21—30． Pfeiffer H Method for Ro]ilng Tubular Material Stock inⅡ Stretch Reducing Mill[P3．德国专利。DE 364521，1972—0g一 15． Mihara Y．Hirakawa Tt Sodani Y．Potygoning Formation in Stretch Reducing Mill[r3．Nippon Kokan Tech Rep,1985， 107(11)：22一g9． Sodani Y，Hirakaw~ T，Mihara Y．Mecbe n~m Polygoa／ng Fo~ation of Tube Bore in Stretch Reducing EJ3．Advanced Technology of Plast~ity，1987，2(8)：24一g8． Yamada T，Yamada M ，Matsukura& Internal po lygon For marion ofStretchRed ucedTub T lnflue~e ofTension and Compression during Ro L Ling on lnterna[Polygo n Forma tion[J3．Technotngy Plastic．1993。34(12) 1396—1331 维普资讯 http://www.cqvip.com