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雙金屬復(fù)合無縫鋼管具有較強的耐蝕性能及綜合性能，可大大降低管道生產(chǎn)和維護成本，因此己經(jīng)在腐蝕性較強的石油、石化、核電、海洋平臺以及醫(yī)藥等領(lǐng)域獲得廣泛認同。目前，斜軋技術(shù)在無縫鋼管的生產(chǎn)過程中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，不僅用于穿孔工序，還用在軋管、均整、定徑、延伸、擴經(jīng)和旋壓等基本工序。
杭州那泰有限元分析公司以碳鋼Q235為外層基體、SUS316L不銹鋼為內(nèi)層雙金屬復(fù)合鋼管為主要研究對象，應(yīng)用高級非線性有限元MSC.MARC軟件，對雙金屬無縫鋼管斜軋過程建立熱力耦合模型并進行有限元分析模擬，獲取了斜軋穩(wěn)定階段的空間應(yīng)力分布，繪制了管坯斜軋過程中輥縫下斷面沿圓周的應(yīng)力分布曲線，并根據(jù)應(yīng)力分布特點解釋了鋼管斜軋過程成形機理。文中研究成果可以在無縫鋼管斜軋成型工藝設(shè)計時作為參考。
三維雙金屬復(fù)合無縫鋼管斜軋模型，管坯材質(zhì)為外層碳鋼Q235、內(nèi)層 SUS316L不銹鋼；軋輥為錐形輥，輥距為65mm，導(dǎo)距為74mm，芯棒直徑為6mm；咬入角α為10.5°，輾軋角β為15°，軋輥轉(zhuǎn)速為50r/min。管坯外層金屬：Φ74mm×5mm、內(nèi)層層金屬Φ67mm×3mm；管坯共劃分7200個單元，9182個節(jié)點。計算中采用更新的拉格朗日算法、Prandtl-Reuss流動方程和Von Mises屈服準則處理兩輥斜軋過程中的三維大變形問題，兩輥斜軋有限元模型以及網(wǎng)格劃分情況。
管坯外層金屬Q(mào)235和管坯內(nèi)層金屬SUS316L不銹鋼分別從MSC.MARC的材料庫中選Qst32-3和XSCrNiMo18-10。
軋輥、芯棒與導(dǎo)板均視為剛形體，為了給管坯一個初始速度來實現(xiàn)管坯的咬入，模型中設(shè)置了一個推板，以一定的速度作用于管坯尾部。推板相當于實際斜軋時的推鋼機，當管坯被咬入后，推板停止運動，隨后，由軋輥接觸邊界帶動管坯向前運動實現(xiàn)斜軋過程；管坯的初始溫度設(shè)為1150℃；環(huán)境溫度取25℃、軋輥和導(dǎo)板溫度取200℃。
管坯與軋輥接觸面間遵循剪切摩擦定律，它們之間的摩擦因數(shù)為0.7；管坯的自由表面與周圍環(huán)境之間的等效換熱系數(shù)為0.17N/(s·mm·℃) ，管坯與軋輥之間接觸傳熱系數(shù)為20N/( s·mm·℃)；管坯變形時變形功轉(zhuǎn)換成熱的轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.9；管坯與軋輥接觸表面摩擦產(chǎn)生熱量平均分配給工件和軋輥。
經(jīng)過有限元仿真模擬，可以觀察到兩輥斜軋雙金屬管坯時，管坯從咬入、減徑、減壁到輾軋拋出的全過程要經(jīng)過一個由圓形、橢圓形再到圓形的變形過程。管坯在軋輥入口錐被咬入后，首先徑向受到壓縮減徑，使空心雙金屬管坯的內(nèi)表面逐漸貼近芯棒，并初步形成一個橢圓形的斷面形狀，為經(jīng)過軋輥的集中變形區(qū)時聚集足夠的軋制咬入力。在管坯將要達到輥喉位置時，受到減徑減壁的大變形。隨后進入精整段后，由于軋輥精整段平行于芯棒，此時雙金屬管坯受到均勻輾軋。在軋輥出口錐定型段，孔喉逐漸變大，管坯變形加劇，橢圓形壓扁逐漸消失，直到雙金屬管坯被歸圓拋出軋輥。
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