無(wú)縫鋼管定徑過(guò)程中的壓下量和溫度對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響

[ 關(guān)鍵詞：無(wú)縫鋼管　發(fā)表日期：2022-08-20 13:12:32 ]

　　１１３ 余應(yīng)力數(shù)值也逐漸上升，在常溫和壓下量為１．ｏｍｍ 時(shí)，等效殘余應(yīng)力最大能達(dá)到４５５．３ＭＰａ。 皇伽 蓄３００ 饕２００ 凝珈１∞ Ｏ．５０ ０．７５ １．ｏｏ １．２５ 定徑壓下董，衄 圖３ 無(wú)縫鋼管的等效殘余 應(yīng)力與定徑壓下量的關(guān)系 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｉｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ 等效殘余應(yīng)力受壓下量的影響較大，無(wú)論溫度 高低，殘余應(yīng)力都隨壓下量的增加成比例地增大。 當(dāng)壓下量在Ｏ．５０ｍｍ以下時(shí)，等效殘余應(yīng)力很小， 在ｏ．ｏＭＰａ～６０．ｏＭＰａ范圍內(nèi)變化；當(dāng)壓下量從 Ｏ．５０ｍｍ變化到１．２５ｍｍ時(shí)，無(wú)縫鋼管的外表面最 大等效殘余應(yīng)力從６０．ｏＭＰａ急劇增加到 ４５５．３ＭＰａ。

　　常溫下，壓下量從ｏ．５０ｍｍ變化到 １．０ｍｍ時(shí)，孔型頂部的殘余應(yīng)力達(dá)到４５５．３ＭＰａ， 孔型縫隙處為１９８．４ＭＰａ，進(jìn)而，隨壓下量的增加， 孔型頂部的殘余應(yīng)力明顯下降，孔型縫隙處殘余應(yīng) 力緩慢增加；在３５０℃，壓下量從０．５０ｍｍ變化到 １．ｏｍｍ時(shí)，孔型頂部的殘余應(yīng)力達(dá)到１７１．６ＭＰａ， 孔型縫隙處殘余應(yīng)力為７３．５ＭＰａ，進(jìn)而，隨壓下量 的增加，孔型頂部的殘余應(yīng)力下降，孔型縫隙處殘 余應(yīng)力緩慢增加；在５００℃，壓下量從Ｏ．５０ｍｍ變 化到１．ｏｍｍ時(shí)，孔型頂部的殘余應(yīng)力達(dá)到 １６８．３ＭＰａ，孑Ｌ型縫隙處殘余應(yīng)力為６２．６ＭＰａ，進(jìn) 而，隨壓下量的增加，孔型頂部的殘余應(yīng)力緩慢降 低，孔型縫隙處殘余應(yīng)力緩慢增加；在６５０℃，壓 下量從ｏ．５０ｍ瑚變化到１．ｏｍｍ時(shí)，孔型頂部的殘 余應(yīng)力達(dá)到１３２．３ＭＰａ，孔型縫隙處殘余應(yīng)力為 ８２．７ＭＰａ，進(jìn)而，隨壓下量的增加，孔型頂部的殘 余應(yīng)力緩慢上升，孔型縫隙處殘余應(yīng)力明顯下降； 在８００℃，壓下量從０．５０ｍｍ變化到１．０ｍｍ時(shí)，孔 型頂部的殘余應(yīng)力達(dá)到２７．ｏＭＰａ，孔型縫隙處殘余 應(yīng)力為１６．６ＭＰａ，進(jìn)而，隨壓下量的增加，孔型頂 部和縫隙處的殘余應(yīng)力都下降。值得注意的是，在 壓下量為１．Ｏｍｍ左右時(shí)，前滑區(qū)的軋輥和無(wú)縫鋼 管之間的摩擦力相比后滑區(qū)的摩擦力相差不大，不 管之間出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，使孑Ｌ型頂部的等效殘余應(yīng)力 產(chǎn)生波峰；在６５０℃、定徑為ｏ．５０ｍｍ時(shí)，由于軋 輥和無(wú)縫鋼管之間的摩擦力較小，使孔型頂部的殘 余應(yīng)力突然增大。因此，為避免定徑殘余應(yīng)力過(guò)大， 應(yīng)根據(jù)壓下量選擇定徑溫度。

　　４．２ 無(wú)縫鋼管的軸向殘余應(yīng)力分布與定徑壓下量 的關(guān)系 圖４為在不同溫度下，無(wú)縫鋼管的軸向殘余應(yīng) 力隨定徑壓下量的分布。無(wú)論溫度高低，當(dāng)壓下量 較小時(shí)，殘余應(yīng)力都較小，且管體外表面的軸向殘 余應(yīng)力為壓應(yīng)力；隨壓下量的增加，外表面的殘余 應(yīng)力上升，在常溫和壓下量為１．ｏｍｍ時(shí)，孔型頂 部的最大軸向殘余應(yīng)力達(dá)到４７６．９ＭＰａ，而孔型縫 隙處的最大殘余應(yīng)力不超過(guò)８１．４ＭＰａ。 皇４００ Ｒ３００ 翻饕２∞ 厘霹ｌｏｏ ＋２０℃，軋輥孔頂 ．ｏ一２０℃，軋輥孔縫 ＋３５０℃，軋輥孔頂 —電一３５０℃，軋輥孔縫 ＋５００℃，軋輥孔頂 —曲一５００℃，軋輥孔縫 ｔ６５０℃，軋輥孔項(xiàng) 一＋一６５０℃，軋輥孔縫 —＊一８００℃，軋輥孔頂 一ｘ一８００℃，軋輥 ０．５０ Ｏ．７５ １．ｏｏ １．２５ 定徑壓下量，衄 圖４ 無(wú)縫鋼管的軸向殘余應(yīng)力與 定徑壓下量的關(guān)系 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｉｎｎｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｉｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅＳｓ ｏｎ ａ】【ｉａｌ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔＩ’ｅｓｓ 軸向殘余應(yīng)力受壓下量和溫度的影響較大，殘 余應(yīng)力隨壓下量的增加而上升，在壓下量為１．ｏｍｍ 時(shí)，達(dá)到極大；同時(shí)，隨定徑溫度增加而減小。例 如，在壓下量為ｏ．５０ｍｍ以下時(shí)，軸向殘余應(yīng)力最 大不超過(guò)６３．４ＭＰａ；當(dāng)壓下量從ｏ．５０ｍｍ變化到 １．２５ｍｍ時(shí)，管體表面的最大軸向殘余應(yīng)力從 ６３．４ＭＰａ急劇增加到４７６．９ＭＰａ。

　　常溫下，壓下量 從ｏ．５０ｍｍ變化到１．ｏｍｍ時(shí)，孔型頂部的殘余應(yīng) 力達(dá)到４７６．９ＭＰａ，孔型縫隙處為１３．４ＭＰａ，進(jìn)而， 隨壓下量的增加，孔型頂部的殘余應(yīng)力明顯下降， 孔型縫隙處緩慢下降；在３５０℃，壓下量從ｏ．５０ｍｍ 變化到１．ｏｍｍ時(shí)，孔型頂部的殘余應(yīng)力達(dá)到 １８０．２ＭＰａ，孔型縫隙處為１２．４ＭＰａ，進(jìn)而，隨壓 下量的增加，孔型頂部的殘余應(yīng)力下降，孔型縫隙 處緩慢下降；在５００℃，壓下量從ｏ．５０姍變化到 １．０ｍｍ時(shí)，孔型頂部的殘余應(yīng)力達(dá)到１８０．５ＭＰａ， 頂縫順憷順憷噘憷！雪隧 Ｌ，ｕ７，．子７，．子，．ｆ，．丁ｆ羽 榭榭愧愧惚愧慌愧愧愧 軋軋車車七；車車剝Ｔ 、＾ｒ¨℃℃℃℃℃℃℃℃ 畎畎∞∞∞∞∞∞∞∞ ２２３３５５６６８８ ｝｛：｝｝｝｛｝孛　　萬(wàn)方數(shù)據(jù) １１４ 塑性工程學(xué)報(bào) 第１４卷 孔型縫隙處為１９．４ＭＰａ，進(jìn)而，隨壓下量的增加， 孔型頂部的殘余應(yīng)力緩慢降低，孔型縫隙處明顯降 低；在６５０℃，壓下量從ｏ．５０ｍｍ變化到１．ｏｍｍ 時(shí)，孔型頂部的殘余應(yīng)力達(dá)到１３４．９ＭＰａ，孑Ｌ型縫 隙處為８１．４ＭＰａ，進(jìn)而，隨壓下量的增加，孔型頂 部的殘余應(yīng)力緩慢上升，孔型縫隙處明顯下降；在 ８００℃，壓下量從Ｏ．５０ｍｍ變化到１．０ｍｍ時(shí)，孔型 頂部的殘余應(yīng)力達(dá)到２９．８ＭＰａ，孔型縫隙處為 １５．９ＭＰａ，進(jìn)而，隨壓下量的增加，孔型頂部和縫 隙處的殘余應(yīng)力都降低。

　　值得注意的是，在定徑為 １．ｏｍｍ左右時(shí)，孑Ｌ型頂部和縫隙隙處的周向殘余應(yīng) 力都產(chǎn)生波峰；孔型頂部的殘余應(yīng)力只有在溫度為 ６５０℃時(shí)一直隨壓下量的增加而緩慢上升；在６５０℃ 和定徑為０．５０ｍｍ以及６５０℃和定徑為１．０ｍｍ時(shí)， 孔型頂部和縫隙處的軸向殘余應(yīng)力都突然增大，這 是定徑軋輥和鋼管之間相對(duì)滑動(dòng)較大造成的，為避 免定徑的軸向殘余應(yīng)力過(guò)大，應(yīng)根據(jù)定徑壓下量適 當(dāng)選擇定徑溫度。

　　４．３ 無(wú)縫鋼管的周向殘余應(yīng)力分布與定徑壓下的 關(guān)系 在不同溫度下，無(wú)縫鋼管的最大周向殘余應(yīng)力 出現(xiàn)在定徑輥孔型縫隙處，殘余應(yīng)力隨定徑壓下量 的分布如圖５所示。在定徑溫度和壓下量都較小時(shí)， 周向殘余應(yīng)力較小；同時(shí)，當(dāng)定徑溫度高時(shí)，周向 殘余應(yīng)力也較小；反之，定徑的周向殘余應(yīng)力較高。 孔型頂部的周向殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力，而孔型縫隙處 的周向殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力。 量雜避饕廈匾Ｏ．【）Ｏ Ｏ．２５ Ｏ．５０ Ｏ．７５ １．（，ｏ １．２５ 定徑壓下量，衄 圖５ 無(wú)縫鋼管的周向殘余 應(yīng)力與定徑壓下量的關(guān)系 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｉｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｃｉｒｃｕｍｆ毛ｒｅｎｔｉａｌ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ 在定徑溫度為５００℃及以下時(shí)，孔型縫隙處的 周向殘余應(yīng)力隨壓下量的增加而緩慢上升，在常溫 和壓下量為１．２５ｍｍ時(shí)，最大周向殘余拉應(yīng)力達(dá)到 １９８．３ＭＰａ；孔型頂部的周向殘余應(yīng)力也隨壓下量的 增加而緩慢上升，在壓下量為１．ｏｍｍ時(shí)，殘余應(yīng) 力取得極大值，而后逐漸減弱；除常溫定徑軋制的 孔型縫隙處的周向殘余應(yīng)力以外，周向殘余應(yīng)力都 不超過(guò)７０．ｏＭＰａ。在６５０℃，周向殘余應(yīng)力在壓下 量為ｏ．５０ｍｍ取得極值，孑Ｌ型頂部的殘余應(yīng)力達(dá)到 ６１．３ＭＰａ，孔型縫隙處為１６．１ＭＰａ，進(jìn)而，隨壓下 量的增加，周向殘余應(yīng)力緩慢下降。在８００℃，孔 型頂部的殘余應(yīng)力不超過(guò)１１．ｏＭＰａ，孔型縫隙處的 殘余應(yīng)力趨于ｏ。值得注意的是，在常溫時(shí)，孔型 縫隙處的周向殘余應(yīng)力隨壓下量的增加而上升，達(dá) 到１９８．３ＭＰａ。同時(shí)，在６５０℃和定徑為Ｏ．５ｍｍ時(shí)， 孔型頂部的周向殘余應(yīng)力出現(xiàn)峰值。 通過(guò)２８ＧｒＭ０４７Ｖ無(wú)縫鋼管的熱定徑模型分析， 得到了鋼管表面的殘余應(yīng)力分布狀況。模擬分析表 明，熱定徑能顯著減小無(wú)縫鋼管的殘余應(yīng)力，在 ３５０℃以上溫度定徑時(shí)，最大等效殘余應(yīng)力一般不會(huì) 超過(guò)１７０ＭＰａ。這是因?yàn)闇囟壬�高后，材料的彈�?模量降低，泊松比升高，而屈服極限降低，無(wú)縫鋼 管變形更容易，從而使殘余應(yīng)力顯著降低的原因。

　　在定徑溫度為５００℃～６５０℃之間或定徑壓下量 為１．ｏｍｍ時(shí)，無(wú)論其他條件如何變化，最大殘余 應(yīng)力都出現(xiàn)波峰，這是由于定徑軋輥和無(wú)縫鋼管之 間所產(chǎn)生的摩擦力較小，不足以充分帶動(dòng)鋼管前移， 造成軋輥和鋼管出現(xiàn)滑動(dòng)，可以觀察到鋼管表面的 滑痕。因此，理論上講，常選取的５００℃及以上熱 定徑溫度并不科學(xué)，為減小殘余應(yīng)力，應(yīng)該選擇 ３５０℃～４５０℃熱定徑溫度，并避免定徑壓下量在 ＬＯｍｍ附近。 ５實(shí)驗(yàn)為對(duì)有限元的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，用日本理光 產(chǎn)Ｘ射線殘余應(yīng)力測(cè)量?jī)x測(cè)量鋼管的表面殘余應(yīng) 力。在８０００ｍｍ長(zhǎng)的無(wú)縫鋼管圓周上均分畫上８條 軸向線，從距管的端頭和尾處大約３０００ｍｍ處各作 一個(gè)假想的截面，把這一截面與軸向線的交點(diǎn)作為 殘余應(yīng)力的測(cè)試位置，共有１６個(gè)測(cè)量點(diǎn)。用Ｘ射 線殘余應(yīng)力測(cè)量?jī)x測(cè)量定徑軋制前后的殘余應(yīng)力， 兩次測(cè)量的殘余應(yīng)力之差作為定徑殘余應(yīng)力。 在常溫和定徑壓下量為１．０ｍｍ下，用Ｘ射線 殘余應(yīng)力測(cè)量?jī)x測(cè)量的殘余應(yīng)力數(shù)值如表１所示。 測(cè)量的最大軸向殘余應(yīng)力為４９２．ｏＭＰａ、最小軸向 殘余應(yīng)力為１８．７ＭＰａ、最大周向殘余應(yīng)力為 ７８．ｏＭＰａ、最小周向殘余應(yīng)力為一１９２．ｏＭＰａ