無縫鋼管定徑過程中的壓下量和溫度對殘余應力分布的影響

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

　�。保保� 余應力數(shù)值也逐漸上升，在常溫和壓下量為１．ｏｍｍ 時，等效殘余應力最大能達到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 無縫鋼管的等效殘余 應力與定徑壓下量的關(guān)系 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｉｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ 等效殘余應力受壓下量的影響較大，無論溫度 高低，殘余應力都隨壓下量的增加成比例地增大。 當壓下量在Ｏ．５０ｍｍ以下時，等效殘余應力很小， 在ｏ．ｏＭＰａ～６０．ｏＭＰａ范圍內(nèi)變化；當壓下量從 Ｏ．５０ｍｍ變化到１．２５ｍｍ時，無縫鋼管的外表面最 大等效殘余應力從６０．ｏＭＰａ急劇增加到 ４５５．３ＭＰａ。

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

　�。矗�２ 無縫鋼管的軸向殘余應力分布與定徑壓下量 的關(guān)系 圖４為在不同溫度下，無縫鋼管的軸向殘余應 力隨定徑壓下量的分布。無論溫度高低，當壓下量 較小時，殘余應力都較小，且管體外表面的軸向殘 余應力為壓應力；隨壓下量的增加，外表面的殘余 應力上升，在常溫和壓下量為１．ｏｍｍ時，孔型頂 部的最大軸向殘余應力達到４７６．９ＭＰａ，而孔型縫 隙處的最大殘余應力不超過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 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 無縫鋼管的軸向殘余應力與 定徑壓下量的關(guān)系 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｉｎｎｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｉｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅＳｓ ｏｎ ａ】【ｉａｌ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔＩ’ｅｓｓ 軸向殘余應力受壓下量和溫度的影響較大，殘 余應力隨壓下量的增加而上升，在壓下量為１．ｏｍｍ 時，達到極大；同時，隨定徑溫度增加而減小。例 如，在壓下量為ｏ．５０ｍｍ以下時，軸向殘余應力最 大不超過６３．４ＭＰａ；當壓下量從ｏ．５０ｍｍ變化到 １．２５ｍｍ時，管體表面的最大軸向殘余應力從 ６３．４ＭＰａ急劇增加到４７６．９ＭＰａ。

　　常溫下，壓下量 從ｏ．５０ｍｍ變化到１．ｏｍｍ時，孔型頂部的殘余應 力達到４７６．９ＭＰａ，孔型縫隙處為１３．４ＭＰａ，進而， 隨壓下量的增加，孔型頂部的殘余應力明顯下降， 孔型縫隙處緩慢下降；在３５０℃，壓下量從ｏ．５０ｍｍ 變化到１．ｏｍｍ時，孔型頂部的殘余應力達到 １８０．２ＭＰａ，孔型縫隙處為１２．４ＭＰａ，進而，隨壓 下量的增加，孔型頂部的殘余應力下降，孔型縫隙 處緩慢下降；在５００℃，壓下量從ｏ．５０姍變化到 １．０ｍｍ時，孔型頂部的殘余應力達到１８０．５ＭＰａ， 頂縫順憷順憷噘憷！雪隧 Ｌ，ｕ７，．子７，．子，．ｆ，．�。嬗� 榭榭愧愧惚愧慌愧愧愧 軋軋車車七；車車剝Ｔ 、＾ｒ¨℃℃℃℃℃℃℃℃ 畎畎∞∞∞∞∞∞∞∞ ２２３３５５６６８８ ｝｛：｝｝｝｛｝孛　　萬方數(shù)據(jù) １１４ 塑性工程學報 第１４卷 孔型縫隙處為１９．４ＭＰａ，進而，隨壓下量的增加， 孔型頂部的殘余應力緩慢降低，孔型縫隙處明顯降 低；在６５０℃，壓下量從ｏ．５０ｍｍ變化到１．ｏｍｍ 時，孔型頂部的殘余應力達到１３４．９ＭＰａ，孑Ｌ型縫 隙處為８１．４ＭＰａ，進而，隨壓下量的增加，孔型頂 部的殘余應力緩慢上升，孔型縫隙處明顯下降；在 ８００℃，壓下量從Ｏ．５０ｍｍ變化到１．０ｍｍ時，孔型 頂部的殘余應力達到２９．８ＭＰａ，孔型縫隙處為 １５．９ＭＰａ，進而，隨壓下量的增加，孔型頂部和縫 隙處的殘余應力都降低。

　　值得注意的是，在定徑為 １．ｏｍｍ左右時，孑Ｌ型頂部和縫隙隙處的周向殘余應 力都產(chǎn)生波峰；孔型頂部的殘余應力只有在溫度為 ６５０℃時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， 孔型頂部和縫隙處的軸向殘余應力都突然增大，這 是定徑軋輥和鋼管之間相對滑動較大造成的，為避 免定徑的軸向殘余應力過大，應根據(jù)定徑壓下量適 當選擇定徑溫度。

　�。矗�３ 無縫鋼管的周向殘余應力分布與定徑壓下的 關(guān)系 在不同溫度下，無縫鋼管的最大周向殘余應力 出現(xiàn)在定徑輥孔型縫隙處，殘余應力隨定徑壓下量 的分布如圖５所示。在定徑溫度和壓下量都較小時， 周向殘余應力較�。煌瑫r，當定徑溫度高時，周向 殘余應力也較��；反之，定徑的周向殘余應力較高。 孔型頂部的周向殘余應力為壓應力，而孔型縫隙處 的周向殘余應力為拉應力。 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 無縫鋼管的周向殘余 應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，孔型縫隙處的 周向殘余應力隨壓下量的增加而緩慢上升，在常溫 和壓下量為１．２５ｍｍ時，最大周向殘余拉應力達到 １９８．３ＭＰａ；孔型頂部的周向殘余應力也隨壓下量的 增加而緩慢上升，在壓下量為１．ｏｍｍ時，殘余應 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力以外，周向殘余應力都 不超過７０．ｏＭＰａ。在６５０℃，周向殘余應力在壓下 量為ｏ．５０ｍｍ取得極值，孑Ｌ型頂部的殘余應力達到 ６１．３ＭＰａ，孔型縫隙處為１６．１ＭＰａ，進而，隨壓下 量的增加，周向殘余應力緩慢下降。在８００℃，孔 型頂部的殘余應力不超過１１．ｏＭＰａ，孔型縫隙處的 殘余應力趨于ｏ。值得注意的是，在常溫時，孔型 縫隙處的周向殘余應力隨壓下量的增加而上升，達 到１９８．３ＭＰａ。同時，在６５０℃和定徑為Ｏ．５ｍｍ時， 孔型頂部的周向殘余應力出現(xiàn)峰值。 通過２８ＧｒＭ０４７Ｖ無縫鋼管的熱定徑模型分析， 得到了鋼管表面的殘余應力分布狀況。模擬分析表 明，熱定徑能顯著減小無縫鋼管的殘余應力，在 ３５０℃以上溫度定徑時，最大等效殘余應力一般不會 超過１７０ＭＰａ。這是因為溫度升高后，材料的彈性 模量降低，泊松比升高，而屈服極限降低，無縫鋼 管變形更容易，從而使殘余應力顯著降低的原因。

　　在定徑溫度為５００℃～６５０℃之間或定徑壓下量 為１．ｏｍｍ時，無論其他條件如何變化，最大殘余 應力都出現(xiàn)波峰，這是由于定徑軋輥和無縫鋼管之 間所產(chǎn)生的摩擦力較小，不足以充分帶動鋼管前移， 造成軋輥和鋼管出現(xiàn)滑動，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，為減小殘余應力，應該選擇 ３５０℃～４５０℃熱定徑溫度，并避免定徑壓下量在 ＬＯｍｍ附近。 ５實驗為對有限元的計算結(jié)果進行驗證，用日本理光 產(chǎn)Ｘ射線殘余應力測量儀測量鋼管的表面殘余應 力。在８０００ｍｍ長的無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 一個假想的截面，把這一截面與軸向線的交點作為 殘余應力的測試位置，共有１６個測量點。用Ｘ射 線殘余應力測量儀測量定徑軋制前后的殘余應力， 兩次測量的殘余應力之差作為定徑殘余應力。 在常溫和定徑壓下量為１．０ｍｍ下，用Ｘ射線 殘余應力測量儀測量的殘余應力數(shù)值如表１所示。 測量的最大軸向殘余應力為４９２．ｏＭＰａ、最小軸向 殘余應力為１８．７ＭＰａ、最大周向殘余應力為 ７８．ｏＭＰａ、最小周向殘余應力為一１９２．ｏＭＰａ