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不锈钢工业管斜轧扩径变形特点分析

基于实际生产数据采用有限元方法模拟了不锈钢工业管斜轧扩径变形过程,分析了斜轧扩径的主变形、附加变形和当量变形,并比较了不锈钢工业管斜轧扩径和斜轧延伸的变形特点。研究结果表明:斜轧扩径的减壁变形几乎转变为扩径变形,纵向延伸非常小;斜轧扩径有一定的周向剪切变形和纵向剪切变形,但变形程度明显小于传统斜轧延伸;斜轧扩径的扭转变形非常小,相比于斜轧延伸可以认为是无扭转变形;斜轧扩径和斜轧延伸的总当量主变形相当,但斜轧扩径的总附加变形明显小于斜轧延伸;斜轧扩径适于小批量、多品种生产,在高品质大口径中薄壁不锈钢工业管领域具有优势。

大直径不锈钢工业管在火电、核电、机械装备、压力容器、石油天然气管线等领域具有广泛的用途。斜轧扩径是大直径不锈钢工业管热轧生产的重要方式之一,其扩径率高达75%,所轧钢管的径壁比D/S可达80,主要适合生产直径为φ508~720mm的大直径中薄壁不锈钢工业管。目前国际上已有5套以上斜轧扩管机组,我国天津有一套φ720 mm斜轧扩管机组。

本文基于实际生产数据,采用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了斜轧扩径变形过程,定量分析了斜轧扩径的主变形、附加变形和当量变形,并与传统斜轧延伸的变形特点进行了比较。研究结果可为大直径不锈钢工业管的生产工艺选型以及斜轧扩径工艺的参数优化提供参考。

斜轧扩径变形区

斜轧扩径的来料是空心母管,变形工具包括两个盘式轧辊、两个导板和一个顶头(图1),变形过程类似于传统二辊斜轧延伸,但变形特点有所区别[8]。斜轧扩径的辗轧角β很大,约60°,而二辊斜轧延伸的辗轧角β为0°~15°。斜轧扩径具有较小的送进角,约5°~7°,而二辊斜轧延伸的送进角为8°~10°。在变形区组成方面,斜轧扩径具有钢管斜轧变形的基本特征,由咬入段、扩径段(减壁段)、辗轧段和转圆段四部分组成(图2)。

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