崔振楠等：DP590/DP780高强钢管液压成形的性能 239 公式计算所得开裂压力，如果在生产中采用经验 如图9(a)所示为DP590管的膨胀率结果，对 公式计算所得的开裂压力进行工艺设计，可能会 于63.5mm的DP590管，随着管材长径比从1.2 影响材料成形性能的发挥，因此，经验公式仅能作 增加到2.0，管材的极限膨胀率从19.97%逐渐降低 为实际生产应用时的参考，要得到准确的材料物 至15.34%；对于89mm的DP590管，随着管材长 性参数必须通过液压成形实验确定 径比从1.2增加到2.0，管材的极限膨胀率从18.65% 逐渐降低至10.56%：随着管材长径比的增加，管材 表5管材开裂压力 的极限膨胀率呈现下降趋势，这是因为随着管材 Table 5 Tube cracking pressure 胀形区长度的增加，管材胀形区的受力状态越接 开裂压力MPa 材料 近平面应变状态 实验均值 理论计算值 从图9(a)中可以看出，对于DP590的管材来 DP590-63.5 46.2 39.3 说，63.5mm管材的膨胀率变化曲线始终位于 DP590-89 33.1 28.7 89mm管材的膨胀率变化曲线之上.因为DP590 DP780-89 41.1 37.8 的成形能力并不会因制管的管径大小发生变化， 管材直径越小，相对的管材的胀形高度就越高，即 33极限膨胀率 表现出管材的胀形能力随管径减小而增大的现 选取表4规格的管材胀形后变形最大截面的 象，因此小管径的工件的成形效果要比大管径的 最高点进行测量，得到管材自由胀形的极限膨胀率 工件要好 20(a) 20b 18 18 16 6 14 DP590-63.5 81 2 mDP590-89 10 DP780-89 DP590-89 8 6 6 0 1.0 1.2 1.4 1.61.8 2.0 2.2 1.2 1.4 1.61.8 2.0 2.2 管材长径比 管材长径比 图9管材极限膨胀率对比.(a)DP590管：(b)89m管 Fig.9 Comparison of the ultimate expansion ratio of the tubes:(a)DP590 tubes;(b)89 mm tubes 如图9(b)所示为Φ89mm规格的两种高强钢 厚，因为夹持区始终处于被模具固定的状态，所以 的膨胀率变化曲线，可以看出，随着管材长径比的 夹持区的壁厚分布也可以看做是原始管材的壁厚 增大，管材的膨胀率逐渐减小.DP590的膨胀率变 分布，取夹持区为D截面 化曲线始终位于DP780膨胀率变化曲线之上，根 实验所选取管材均由2mm厚的板材经卷管 据图2可知，卷管以后得到的双相钢管材，DP590 焊接而成，从图11可以看出，卷管后原始管材的 中的马氏体主要以马氏体岛存在，而DP780的马 壁厚基本在2mm上下浮动，除了因制管导致的管 氏体部分以板条状形式存在，并且DP590的铁素 材不均匀外，管材夹持区在胀形过程中产生了微 体含量较DP780要多，因此DP590的膨胀性能要 量的材料流动也是导致原始管材壁厚分布不均的 优于DP780 原因之一 3.4壁厚分布 胀形区所选的3个截面的最大壁厚均位于焊 取胀形破裂后管径63.5mm、长径比为1.6的 缝处，减薄率仅为1%~2%，而最小壁厚位于焊缝 DP590管进行壁厚的测量，选取如图10所示4个 一侧近7mm处，这是因为焊缝处的强度很高，很 典型截面进行分析，A截面为胀形区最高点所在 难发生变形，相对于母材区域相当于一个刚性约 截面，B截面和C截面为距A截面10mm和20mm 束，母材与焊缝及热影响区的过渡区域变形不协 处的截面，另外，还需单独测量管材夹持区的壁 调，很容易造成应变集中，产生过度减薄甚至开公式计算所得开裂压力，如果在生产中采用经验 公式计算所得的开裂压力进行工艺设计，可能会 影响材料成形性能的发挥，因此，经验公式仅能作 为实际生产应用时的参考，要得到准确的材料物 性参数必须通过液压成形实验确定. 3.3    极限膨胀率 选取表 4 规格的管材胀形后变形最大截面的 最高点进行测量，得到管材自由胀形的极限膨胀率. 如图 9（a）所示为 DP590 管的膨胀率结果，对 于 ϕ63.5 mm 的 DP590 管，随着管材长径比从 1.2 增加到 2.0，管材的极限膨胀率从 19.97% 逐渐降低 至 15.34%；对于 ϕ89 mm 的 DP590 管，随着管材长 径比从 1.2 增加到 2.0，管材的极限膨胀率从 18.65% 逐渐降低至 10.56%；随着管材长径比的增加，管材 的极限膨胀率呈现下降趋势，这是因为随着管材 胀形区长度的增加，管材胀形区的受力状态越接 近平面应变状态. 从图 9（a）中可以看出，对于 DP590 的管材来 说 ， ϕ63.5 mm 管材的膨胀率变化曲线始终位于 ϕ89 mm 管材的膨胀率变化曲线之上. 因为 DP590 的成形能力并不会因制管的管径大小发生变化， 管材直径越小，相对的管材的胀形高度就越高，即 表现出管材的胀形能力随管径减小而增大的现 象，因此小管径的工件的成形效果要比大管径的 工件要好. 如图 9（b）所示为 ϕ89 mm 规格的两种高强钢 的膨胀率变化曲线，可以看出，随着管材长径比的 增大，管材的膨胀率逐渐减小. DP590 的膨胀率变 化曲线始终位于 DP780 膨胀率变化曲线之上，根 据图 2 可知，卷管以后得到的双相钢管材，DP590 中的马氏体主要以马氏体岛存在，而 DP780 的马 氏体部分以板条状形式存在，并且 DP590 的铁素 体含量较 DP780 要多，因此 DP590 的膨胀性能要 优于 DP780. 3.4    壁厚分布 取胀形破裂后管径 63.5 mm、长径比为 1.6 的 DP590 管进行壁厚的测量，选取如图 10 所示 4 个 典型截面进行分析，A 截面为胀形区最高点所在 截面，B 截面和 C 截面为距 A 截面 10 mm 和 20 mm 处的截面，另外，还需单独测量管材夹持区的壁 厚，因为夹持区始终处于被模具固定的状态，所以 夹持区的壁厚分布也可以看做是原始管材的壁厚 分布，取夹持区为 D 截面. 实验所选取管材均由 2 mm 厚的板材经卷管 焊接而成，从图 11 可以看出，卷管后原始管材的 壁厚基本在 2 mm 上下浮动，除了因制管导致的管 材不均匀外，管材夹持区在胀形过程中产生了微 量的材料流动也是导致原始管材壁厚分布不均的 原因之一. 胀形区所选的 3 个截面的最大壁厚均位于焊 缝处，减薄率仅为 1%～2%，而最小壁厚位于焊缝 一侧近 7 mm 处，这是因为焊缝处的强度很高，很 难发生变形，相对于母材区域相当于一个刚性约 束，母材与焊缝及热影响区的过渡区域变形不协 调，很容易造成应变集中，产生过度减薄甚至开 表 5    管材开裂压力 Table 5    Tube cracking pressure 材料 开裂压力/MPa 实验均值 理论计算值 DP590-63.5 46.2 39.3 DP590-89 33.1 28.7 DP780-89 41.1 37.8 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 极限膨胀率/% 极限膨胀率/% (a) (b) DP590-63.5 DP590-89 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 管材长径比 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 DP590-89 DP780-89 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 管材长径比 图 9    管材极限膨胀率对比. （a） DP590 管；（b） ϕ89 m 管 Fig.9    Comparison of the ultimate expansion ratio of the tubes: (a) DP590 tubes; (b) ϕ89 mm tubes 崔振楠等： DP590/DP780 高强钢管液压成形的性能 · 239 ·