第11期 姜永正等：厚壁无缝钢管张减过程横向壁厚不均研究 .1519· 表4A、B和C三节点的切向位移 Table 4 Tangent displacement of A,B and C mm 道次 1 2 3 4 6 8 总计 A -0.012 0.033 -0.065 -0.026 -0.041 -0.031 -0.041 -0.010 -0.193 B -0.41 1.07 -1.32 1.31 -1.28 1.07 -0.84 0.38 -0.02 -0.010 0.050 -0.021 0.060 0.024 0.048 0.031 0.022 0.204 温度/C 表5入分别为0和0.9时温度和壁厚对比 9.734e+02 9.426e+02T Table 5 Temperature and thickness comparison between 9.117c+02 8.809e+02 λ=0and0.9 8.501e+02 入 节点 壁厚/mm 温度/℃ 8.193e+02 7.884e+02 叹 19.59 890 .576e+02 0 7.268e+02 B 19.78 897 6.960e+02 O 19.59 890 6.651c+02 A 19.50 893 0.9 B 20.35 908 C 19.50 893 表6列出了=0的仿真结果中得到的A、B、C 三节点的径向位移和切向位移结果，表中V为径 向位移，V,为切向位移，下标中的数值表示入.表6 显示：相对入=0，入=0.9时节点A和C从第3道次 图14钢管横截面温度分布 起后的每一道次轧制时的径向位移均有增大，而B Fig.14 Temperature distribution of cross section 的径向位移则有所减少，最终壁厚差得到减轻.切 部温度分布对金属流动的影响，设置塑性功换热系 向位移方面：相对=0，入=0.9时在经过每一道次 数入=0重新进行仿真，改动前后最终钢管截面形状 轧制时A、B、C三节点的切向位移均有增大，总 对比如图15. 的切向位移则是A、C的切向位移比入=0时大，说 取图13所示三个监测样本节点A、B、C为研 明在整个轧制过程中，由于塑性功的原因，使孔型 究对象，塑性功换热系数入=0的结果中三点的壁 ±30°位置温度比其他位置高，此处金属较软，阻 厚和温度值见表5，表中用字母A、B、C和下标表 力较小，孔型顶部和辊缝处金属向此处的流动性变 示节点号和入值.表5显示没有塑性功换热后，三 强，导致钢管截面呈内六方形. 个节点的温度均有所降低，节点B与A、C节点的 温差由15℃降到7℃，壁厚分布比有塑性功要均 4结论 匀，节点B与A、C节点的壁厚差由0.85mm降到 (1)钢管内表面等效应变比外表面大，说明钢 0.19mm,说明温度对壁厚均匀性影响很大，温度越 管内表面的金属流动性强于外表面. 均匀，壁厚均匀性越好 (②)轧制区的接触传热在决定钢管外表面的温 度变化中起主要作用，内表面温度变化主要由塑性 功换热决定 (3)钢管靠近孔型顶部的金属受到的摩擦力为 正值，形成附加轴向压应力，使壁厚呈增厚趋势： 靠近辊缝的金属受到的摩擦力为负值，形成附加轴 向拉应力，使壁厚呈减薄趋势. (④)在经过单道次轧制时，金属的周向流动为 (a (b) 从孔型顶部流向辊缝，对应孔型角±30°位置处金 图15入为0(a)和0.9(b)的成品管横断面形状的仿真结果 属的周向流动最活跃，靠近孔型顶部和辊缝位置 对比 的金属周向流动性较差.但从整个轧制过程来看， Fig.15 Cross section shape contrast between results from 金属总的周向流动为从孔型顶部和辊缝向孔型角 λ=0(a)andλ=0.9(b) 士30°位置处流动，从而导致孔型角±30°位置处 的壁厚比孔型顶部和辊缝位置要厚.第 11 期 姜永正等：厚壁无缝钢管张减过程横向壁厚不均研究 1519 ·· 表 4 A、B 和 C 三节点的切向位移 Table 4 Tangent displacement of A, B and C mm 道次 1 2 3 4 5 6 7 8 总计 A –0.012 0.033 –0.065 –0.026 –0.041 –0.031 –0.041 –0.010 –0.193 B –0.41 1.07 –1.32 1.31 –1.28 1.07 –0.84 0.38 –0.02 C –0.010 0.050 –0.021 0.060 0.024 0.048 0.031 0.022 0.204 图 14 钢管横截面温度分布 Fig.14 Temperature distribution of cross section 部温度分布对金属流动的影响，设置塑性功换热系 数 λ=0 重新进行仿真，改动前后最终钢管截面形状 对比如图 15. 取图 13 所示三个监测样本节点 A、B、C 为研 究对象，塑性功换热系数 λ=0 的结果中三点的壁 厚和温度值见表 5，表中用字母 A、B、C 和下标表 示节点号和 λ 值. 表 5 显示没有塑性功换热后，三 个节点的温度均有所降低，节点 B 与 A、C 节点的 温差由 15 ℃降到 7 ℃，壁厚分布比有塑性功要均 匀，节点 B 与 A、C 节点的壁厚差由 0.85 mm 降到 0.19 mm，说明温度对壁厚均匀性影响很大，温度越 均匀，壁厚均匀性越好. 图 15 λ 为 0 (a) 和 0.9 (b) 的成品管横断面形状的仿真结果 对比 Fig.15 Cross section shape contrast between results from λ=0 (a) and λ=0.9 (b) 表 5 λ 分别为 0 和 0.9 时温度和壁厚对比 Table 5 Temperature and thickness comparison between λ=0 and 0.9 λ 节点 壁厚/mm 温度/℃ 0 A 19.59 890 B 19.78 897 C 19.59 890 0.9 A 19.50 893 B 20.35 908 C 19.50 893 表 6 列出了 λ=0 的仿真结果中得到的 A、B、C 三节点的径向位移和切向位移结果，表中 Vγ 为径 向位移，Vτ 为切向位移，下标中的数值表示 λ. 表 6 显示：相对 λ=0，λ=0.9 时节点 A 和 C 从第 3 道次 起后的每一道次轧制时的径向位移均有增大，而 B 的径向位移则有所减少，最终壁厚差得到减轻. 切 向位移方面：相对 λ=0，λ=0.9 时在经过每一道次 轧制时 A、B、C 三节点的切向位移均有增大，总 的切向位移则是 A、C 的切向位移比 λ=0 时大，说 明在整个轧制过程中，由于塑性功的原因，使孔型 ±30◦ 位置温度比其他位置高，此处金属较软，阻 力较小，孔型顶部和辊缝处金属向此处的流动性变 强，导致钢管截面呈内六方形. 4 结论 (1) 钢管内表面等效应变比外表面大，说明钢 管内表面的金属流动性强于外表面. (2) 轧制区的接触传热在决定钢管外表面的温 度变化中起主要作用，内表面温度变化主要由塑性 功换热决定. (3) 钢管靠近孔型顶部的金属受到的摩擦力为 正值，形成附加轴向压应力，使壁厚呈增厚趋势； 靠近辊缝的金属受到的摩擦力为负值，形成附加轴 向拉应力，使壁厚呈减薄趋势. (4) 在经过单道次轧制时，金属的周向流动为 从孔型顶部流向辊缝，对应孔型角 ±30◦ 位置处金 属的周向流动最活跃，靠近孔型顶部和辊缝位置 的金属周向流动性较差. 但从整个轧制过程来看， 金属总的周向流动为从孔型顶部和辊缝向孔型角 ±30◦ 位置处流动，从而导致孔型角 ±30◦ 位置处 的壁厚比孔型顶部和辊缝位置要厚