D0I:10.13374f.issnl00103x.2000.01.B5 第22卷第1期 北京科技大学学报 VoL22 No.I 2000年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2000 圆孔型张力减径管横向壁厚模拟 潘克云12 王先进” 秦国庆” 1)北京科技大学材料科学与1程学院，北京1000832)上海宝倒集团公司.上海20100 摘通过对某钢管厂从德国引进的1525BR圆孔型系统的主变形单机架轧制过程模拟，结 果为：在圆周方向上管子的等效塑性应变分布不均匀，存在着一定的附加变形，在辊缝位置处 的等效别性应变最大：经减径后管子沿圆周方向的壁厚分布不均匀，在银缝位置处的壁厚为最 大们，经叠加后产生内六方趋势.实际生产轧制试验验证了有限元模拟结果的正确性. 关键词张力减径：有限元：轧制过程模拟：壁厚预测 分类号TG335.71 无缝钢管的尺寸精度主要是指管子壁厚精 7.0,8.0,10,12,16mm8种规格的壁厚. 度.多年来，对张力减径的研究主要是对张力减 单机架轧制4,6,8,10,16mm壁厚管子有限 径纵向壁厚分布不均匀的研究剪.而对张力减 元模拟的等效塑性应变如图1,2,3,4,5所示. 径产生横向壁厚分布不均匀的研究不多，相关 由图中可以看出：(1)经减径后管子壁厚沿圆周 文献大都是对张力减径中产生内六方程度作定 方向的等效塑性应变分布非均匀性，减径过程 性讨论“).但是，在实际生产中张力减径对管 中管子产生一定程度的附加变形：在辊缝位置 子的横向壁厚精度产生重要的影响，特别是生 处的等效塑性应变最大，这是圆孔型的轧辊磨 产厚壁管时容易产生内六方缺陷. 损分布不均匀的根源所在.(2)随着管子壁厚的 根据对近几年来某140mm机组无缝钢管 增加，最大等效塑性应变的数值明显增大.(3)管 厂生产的规格统计，目前最常用的孔型系统为： 子的头部都有一段非稳定的变形区，这就是孔 152.5B0孔型系统和152.5BR孔型系统. 型轧制的轧件头部无外区影响引起头部非稳态 152.5B0孔型系统用于生产薄壁管，152.5BR孔 轧制的结果，其长度约为孔型半径的1.0-1.5倍. 型系统用于生产厚壁管.本文针对生产厚壁管 的I52.5BR孔型系统，采用MARC三维弹塑性 有限元软件进行有限元模拟. 有限元模拟的原理就是：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 乳辊 算后，求得有限个单元体的数值解，从而得到整 个问题的近似解.在本文中有限元模拟采用的 是MARC三维弹塑性有限元软件， 辊缝位置 轧制方向 1轧制过程模拟的等效塑性应变分 孔型顶点位置 布 由于张力减径机组的相临机架间是呈60° 交叉布置的，因此，只取1/6的管子来模拟.目前 152.5BR孔型系统所生产管子的壁厚规格范围 图1152.SBR孔型轧制4mm管子等效塑性应变图 为416mm,在有限元模拟时选择4.0,5.0,6.0， Fig.1 Equivalent plastic strain of 4 mm wall thickness tube rolling with 152.5BR passes system 1999-07-13收稿 潘克云男。34岁，工程师，博士生
DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 01. 035
Vol.22 No.I 潘克云等：例孔型张力减径管横向壁厚模拟 39 乳辊 银娃位置 轧制方向 辊髓位置 轧制方向 孔型顶点位置 孔型顶点位置 图2152.5BR孔型轧制6mm管子等效望性应变图 图3152.5BR孔型轧制8mm管子等效塑性应变图 Fig.2 Equivalent plastic strain of 6mm wall thickness Fig.3 Equivalent plastic strain of 8 mm wall thickness tube tube rolling with 152.5BR passes system rolling with 152.5BR passes system 轧 辊键位置 轧制方向 很缝位置 轧制方向 孔型顶点位置 孔型顶点位置 图4152.5BR孔型轧制10mm管子等效塑性应变 图5152.5BR孔型轧制16mm管子等效塑性应变图 Fig.4 Equivalent plastic strain of 10 mm wall thickness Fig.5 Equivalent plastic strain of 16 mm wall thickness tube rolling with 152.5BR passes system tube rolling with 152.5BR passes system 2张力减径后管子横向壁厚分布 由图6可以看出在辊缝位置处管子的壁厚 大于孔型顶点处的壁厚， 152.5BR孔型系统所生产各种壁厚规格管 由于张力减径的相邻机架间互呈60°布置， 子经单机架减径后的横向相对壁厚分布如图6 前一机架的辊缝位置，在下一机架即为孔型顶 所示。 点，因此把单机架减径后的壁厚分布的辊缝位 1.015 ◆5=4mm 置与孔型顶点处互换再与原来的壁厚分布叠加 。5=5mm A 5-6mm 后便能得到各种规格管子产生内六方程度的趋 1.005 ×5=7mm 势.152.5BR孔型系统生产各种规格壁厚管子经 米S=多mm 。S=10mm 叠加后产生内六方程度趋势的相对壁厚分布如 15-125mm 图7所示. 0.995 05=16mm 由图7可知：当生产壁厚规格为8-10mm 左右中等壁厚管子时产生内六方趋势程度的相 0.985 20 40 60 80 对壁厚偏差为最大 ) 图6单机架减径后管子的横向相对壁厚分布 3实际生产验证 Fig.6 The distribution of tube wall thickness along across- section after one stand rolling 实际生产中用152.5BR孔型系统生产中
40 北京科技大学学报 2000年第1期 1.004 ◆S=4mn 量和数据的统计分析得横向壁厚分布不均匀数 。5-5mm 值为：S-S.0.248mm. .002 4 S-6mm X S=7mm 实际生产的实测数据验证了以张力减径过 1.000 -S-8mm 。S=10mm 程模拟结果是正确可信的， 015=125mm 0.998 飞口5-16mm 4结论 0.996 0 20 40 60 80 通过对某钢管厂的152.5BR圆孔型系统的 ) 主变形单机架轧制过程模拟得：在圆周方向上 图7经银绩位置与孔型顶点互换叠加后各规格产生内 管子的等效塑性应变分布非均匀性，存在着一 六方趋势的相对壁厚分布 Fig.7 The trends of polygonization after changing the po- 定的附加变形，在辊缝位置处的等效塑性应变 sition at top and root of roll and adding up. 最大：经减径后管子沿圆周方向的壁厚分布不 70mm×10mm管子的实物形状照片见图8所示. 均匀，在辊缝位置处的壁厚为最大值，经叠加后 由图8可以看出管子的内表面存在明显的内多 产生内六方趋势.实际生产轧制试验验证了有 边形缺陷. 限元模拟结果的正确性， 实际生产中用152.5BR孔型系统生产◆ 参考文献 70mm×10mm管子的实物批量取样，经实际测 1 Voswinckel K.Process Management for Stretch-Reducing Tube Rolling Mills.Tube Intern,1995.64 (14):75 2 Holmstrom A.Linder S.New Technology for In-Line Con- trol.Tube Intern,1992.49(11):219 3 Mihara Y.Study on the Accuracy of Wall Thickness in Seamless Tube Rolling Process.Nippon Kokan Tech Rep. 1985.106(221 4 Mihara Y.Hirakawa T.Sodani Y.Polygoning Formation in Stretch Reducing Mill.Nippon Kokan Tech Rep. 1985,107(11229 5 Sodani Y,Hirakawa T.Mihara Y.Mechanism Polygoning Formation of Tube Bore in Stretch Reducing.Advanced Technology of Plasticity,1987.2(8):24 6 Yamada T.Yamada M.Matsukura S.Intemal Polygon For- mation of Stretch Reduced Tubes.-The Influence of 图8152.5BR孔型系统生产中70mm×10mm管的实 Tension and Compression during Rolling on Intemal 物形状照片 Polygon Formation.Technology Plastic,1993,34(12): Fig.8 The photo of 70 mmx10mm tube rolled by 1326 152.5BR passes system Finite Element Simulation of Tube Stretch-Reducing Wall Thickness Cross-section with Round Passes System PAN Keyun,WANG Xianjin",OING Guogin" 1)Material Science and Engineering School.UST Beijing.Beijingl00083.China 2)Baoshan Iron and Steel Group Corp.Shanghai 201900.China ABSTRACT On the base of finite element simulation for one stand of 152.5BR passes system in stretch- reducing mill,the distribution of equivalent plastic strain and tube wall thickness along the section is uneven. The position of maximum is located at the gap of roll.After changing the position at gap and root of roll and adding up,it results in polygonization of the wall thickness.Rolling tests for 152.5BR passes systems validate the result of finite element simulation. KEY WORDS stretch-reducing:FEM;tube rolling simulation;tube wall thickness