[科普中国]-张力减径

简介

张力减径机(SRM)是热轧无缝钢管生产中的最后一道工序，可由少数几种坯料生产出多种规格的成品，目前国内外钢管生产厂家已广泛应用张力减径技术。其工艺原理以三辊减径为例，一般不带芯棒，通过控制机架间的速度差所形成的张力，使钢管在系列孔型中减径减壁。由于张力减径(简称“张减”)过程是在高温下进行的，其几何形状、温度、应变等场变量的变化影响到金属的微观组织及其力学性能，因此，对张减过程各参量的准确预报和控制，对于确定变形抗力、力能参数和组织演变等十分重要。采用有限元法对张减过程进行模拟研究在国内外已得到广泛应用，但大都对单机架或少数几个机架进行研究，且不考虑温度变化。

结合某厂10机架张减轧制工艺，采用非线性有限元法对全系统进行三维热力耦合建模，对管坯张减过程进行数值模拟，分析了温度、等效应力、等效应变等现场难以测量的分布量，以及管坯经过各机架时的壁厚变化，为合理制定减径工艺提供参考1。

有限元模型建立张减机组每个机架的孔型由3个轧辊构成，每个轧辊的辊形曲面120。阵列排布，奇数机架与偶数机架互成6O。排列，因此可以取与钢管对应的1/2轧辊曲面作为研究对象，把管坯的计算模型减少到整个截面的1/6。模型简化后，对称边界条件由对称面上的节点速度来确定，其在对称面法线方向上的速度为零。采用八节点等参元来建立描述管坯的有限元网格，网格划分时沿钢管半径方向分为两层，圆周方向分为12份，共26个节点。

管坯材料为2O号钢，热物性参数直接从Marc材料库中取得，初始温度950℃ ，环境温度取2O℃ ，轧辊温度取100~C，管坯的自由表面存在热传导、热对流和热辐射3类边界条件，由于对流所产生的热损失所占比例较小，可将其与辐射统一作为一个边界条件处理，对流和辐射的等效换热系数取150W/(m2·℃)，管坯与轧辊的接触换热系数取20kW/(m ·℃)，变形功转换系数取0．9，摩擦功转换系数取0．5，管坯和轧辊之间的摩擦系数取0．42。

计算条件及模拟采用椭圆L型系列轧制，荒管尺寸为152．5ram)