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张力减径工艺是在前后布，的一系列轧辊机架中对荒管进行连续轧制的过程．也是钢管生产中的 一道热变形工序。在这一过程中．采用适当的孔型系列．使荒管外径得以连续减缩，同时凭借机架系列中轧辊转速比例的调节．可以取得预定的璧厚变化。张力减径工艺具有轧制速度高、产品规格范1 大等优点，目的已得到广泛应用。在张力减径过程中．钢管周向变形不均匀．导致钢管内表面由圆形变为多边形，在轧制中厚壁钢管时．该现象尤为严， " ．。为了改善和钢管的内多边形缺陷．需要实时测张力减径过程中钢管各个部位的应力、应变及沮度等场盆，但在生产现场，侧 t 这些数据往往比较困难且费时费力．因此利用数值棋拟技术来掌握上述场 t 在张力减径过程中的变化是非常必要的。为了提高产品的壁厚精度．目前国内外许多学者已经利用有限元法针对钢管张力减径过程的壁厚变化规律进行了大证的研究工作，州．并取得了较大的进展。
导致钢管内表面由圆形变为多边形的因索主要有轧辊孔型、张力分布情况、荒管壁厚及轧制沮度等。本文采用革于 MSC . MARC 的有限元分析方法，建立了钢管张力减径过程的有限元热力藕合分析棋型．在其他参数相同的情况下．研究了不同壁厚钢管的张力减径过程．分析了钢管内多边形的形成机理．得到了荒管璧厚和张力系数对钢管内多边形程度的影响规律．可为提高产品的壁厚精度和形状精度提供理论指导。
l 设．主．价数及热力报合有限元板型的盆立
Ll 设备主要参数本文在建立张力减径有限元棋型时．设定的张力减径机组的机架个数为 20 ．轧辊的名义直径设定为 345mm ，相邻机架间的距离为 320mm ，荒管的外圆直径为 180 帕 m ．成品钢管直径为 79mm 。为了研究荒管璧厚及张力系数对钢管内多边形的影响规伸，在其他参数相同的悄况下．本文选取了 9 种不同壁厚的荒管及对应的张力系数进行有限元模拟．其具体数值如表 l 所示。
壁厚和张力系数对钢骨内多边形程度的影响规律
影响成品例管在张力减径过程中产生的内多边形程度的因素较多．们 · 般认为荒管壁厚和张力系数起主要作用。在其他囚水不变的情况下，钢管的变形会随着 It 壁厚的增加逐渐举现不均匀现象．钢管产生内多边形的现象趋十严或；而钢管变形不均匀的现象则会随着张力系效的增大而浮渐档千均匀。图 6 给出了不同壁厚的荒管在张力减径条件下，产生的不同周向壁厚方筹的对比。可以着出．成品钢管的周向壁厚方差随着荒管的峨厚增大早连渐减小的趋势。当荒骨壁厚为 IS . sn . n ．和 16mm 时．相应的．其周向壁厚方差分布达到 1 . 04 和： ( ) 5 ，钢竹的内多边形程度较高。
1 壁厚增加到 I6 . smm , Ismm 时．成品钢管的周向壁厚方差比壁厚为 l3 . 5llII : ，和 I6mm 时减小 r 113 ；当荒管壁厚进一步增加到 22 川“．和 24mm 时，其周向璧厚方差在 0 . 14 附近，说明此时钢管壁厚分布 。经本文作者进一步研究发现．当荒管壁厚继续姗加时，成品钢管的壁厚并不继续减小．因此采用张力减径工艺生产该种战号的成品钢管时．荒竹的壁厚控制在 Zomm 心 4n , n ，之间为宜＿ 3 结论 《 l ）通过对厚壁钢管张力减径过程的效伯分知．分析获得 J －轧棍形状、轧棍不同截而的线速度以及炯管的滋度场是影响钢管壁厚不均的主要因素。 《 2 万皿过对不 l 司璧厚钢锌张力减径过程的有限元模拟，分析获得了荒管壁厚和张力系数时成形后钢管壁厚分布不均的影响规律。结果表明，当荒管壁厚为 22mm 和 24mm 时，成形成品钢竹的周向壁厚方效在 n . 14 左右．说明此时钢管壁厚分布 ．成品竹内表面较圆－
1 应力应变和沮度分析将上述建立的有限元分析模必和设定的边界条件分别在 Marc 软件设定．获得了竺厚 17mm 的钢管轧制时的变形情况。图 2 为钢管在第 1o 机架变形区的等效应变、等效应力和沮度分布图。从图中可知．钢管产生的等效应变、等效应力以及轧制过程中的沮度分布并不均匀。在轧辊约束下．钢管外表面产生的变形小于内表面变形；辊缝处的等效应力小于辊底处的等效应力。从钢管的退度分布云图可以看出．钢管的外表面由于与处于较低沮度的轧辊的接触．沮度迅速下降较多；钢管中间部分的沮度升高，但幅度不大．主要是由于钢管变形．部分变形功转换为热债；钢管内表面沮度墓本不变．说明内表面通过对流和热辐射一与外界进行的能徽交换较少。
2 成品钢管的周向壁厚分析本文在进行钢管张力减径的有限元计算过程中发现．划分的有限单元网格产生崎变．单元节点与其径向位！偏离较大．由此会导致在 Marr 自带的后处理模块中计算成品钢管峨厚时会产生较大的误差。因此，本文将有限元计算获得的结果文件导入到 CAD 软件中进行壁厚侧．，能充分保证侧盆的准确性。钢管周向璧尽按图 3 所示位 t 进行侧盆。图 4 为本文经过计算获得的不同壁厚的钢愉减径后的璧厚沿周向分布图。可以粉出变形后的成品
钢管的壁厚并不一致．且都出现了内多边形现象．壁厚越小。出现的内多边形现象越严欢。分析产生内多边形的原因主要有如下 3 点： ( 1 ）轧辊孔型的椭阂形状导致张力减径过程中金属沿孔型圆周方向的压下峨出现趋异．辊底处的压下反较大而辊缝处压下盆较小；同时，辊底的金属和辊缝的金属变形时的流动方式不一样，辊底金属向内侧流动，而辊缝金属向外侧流动。 ( 2 ）轧辊运动时，其横截面上不同位，的线速度导致了钢管表面的牵擦力分布不均。图 5 给出了变形过程中钢管表面的雌徐力分布云图．从图中可以粉出，由于钢管的线速度小于辊缝处的线速度．而大于辊底处的线速度，由此造成了康擦力方向在辊缝位且与轧制方向相同，而在辊底位置雌擦力与轧制方向相反．并在辊缝处形成了轴向压应力 M ，而在辊底处形成轴向拉应力，并且越帐近辊缝和辊底位， . 康擦引起的附加应力越大。
一般的无缝钢管的生产工艺可以分为冷拔与热轧两种，冷轧无缝钢管的生产流程一般要比热轧要复杂，管坯首先要进行三辊连轧，挤压后要进行定径测试，如果表面没有响应裂纹后圆管要经过割机进行切割，切割成长度约一米的坯料。然后进入退火流程，退火要用酸性液体进行酸洗，酸洗时要注意表面是否有大量的起泡产生，如果有大量的起泡产生说明钢管的质量达不到响应的标准。外观上冷轧无缝钢管要短于热轧无缝钢管，冷轧无缝钢管的壁厚一般比热轧无缝钢管要小，但是表面看起来比厚壁无缝钢管更加明亮，表面没有太多的粗糙，口径也没有太多的毛刺。热轧无缝钢管的交货状态一般是热轧状态经过热处理后进行交货。热轧无缝钢管在经过质检后要经过工作人员的严格的手工挑选，在质检后要进行表面涂油，然后紧接着是多次的冷拔实验，热轧处理后要进行穿孔的实验，如果穿孔扩径过大就要进行矫直矫正。在矫直后再由传送装置传送到探伤机进行探伤实验， 贴上标签、进行规格编排后放置到到仓库当中
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