斜轧穿孔过程中的缺陷控制及数值研究
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２ｌ ６・
工 程 科 技
斜轧 穿孔过程 中的缺 陷控 制及数值研 究
赵 华 清
（ 天 津铜 管集 团股份有 限公 司， 天津 ３ ０ ０ ４ ５ ０ ）
摘 要： 随着＿ ｒ － ＿ ， ｌ ｋ 技 术的不断发展 ， 钛合金凭借着 自身 良好的力学性能与 工艺性 能 ， 在我 国实现 了较为广泛 的应 用， 而这 一应用就对 轧制工艺提 出了更 高的要 求， 为此笔者 以某： ｒ － ） － － ￣ ｋ管斜 轧穿孔过程为对 象 ， 对斜轧 穿孔过程 中的缺 陷控 制及数值研 究进行 了具体论述 ， 希望这一论述 内容 能够为我 国钛合金的更广泛应用带来一定帮助。 关键词 ： 钛合金管 ； 斜轧 穿孔 ； 缺陷控制
Hale Waihona Puke 作 为拥有低密度 、 高熔点 、 高 比强度 、 耐腐蚀 、 无磁性 、 生物相容 验 ， 试验结果最终通过 电子显微镜收集 。 ２ ． ６观察与摄影 性 良好等一 系列优点 的优质金属 ， 钛合金主要具备挤压 、 斜轧穿孔 、 焊接三种制备方法 ， 而这其中的斜轧穿孔制备方法具 备着 较为明显 在 金相 试验 的观察 与 摄 影环 节 ，笔 者选 择 了型 号 Ａ ｘ — ｏ ｖ ｅ ｒ ｔ ２ ０ Ｏ Ｍ Ａ Ｔ的 金 相 显微 镜 。 的优势 ， 不过值得注意的是 ， 由于钛合金本 身变形 抗力较大 ， 这 就使 ｉ 得 尾卡 、 穿偏尾卡 、 中卡 、 包棒 、 链带 、 偏心等缺 陷在钛 合金的斜轧穿 ２ ． ７ 结果分析 孔过程 中较 为常见 ， 而为 了尽可 能避免这类缺 陷的出现 ， 正是 本文 在完成一 系列金 相试 验后 ， 我们 就能够结 合试验结果 完成斜 轧 就斜轧穿孔过程 中的缺 陷控制及数值展开具体研究的原因所在 。 穿孔后的钛管加工条件的求 出， 并 以此分析 出相关 加工过程 中存在 １斜轧穿孔过程及金属变形阶段 的缺陷 ， 而笔者实 际进行 的金相 实验得 出了管坯 内部散热性较差 的 １ ． １ 斜轧穿孔过程 缺陷， 针对 这一缺陷 ， 通过 降低轧辊速度 的方法就 能够有效 解决该 在钢材 的轧 制中 ， 横轧 、 纵 轧 以及斜 轧是最 主要 的三种 轧制方 问题 。 式， 这其 中的斜 轧不同于纵 轧和横轧 ， 轧件本身需要 在转 动前进 中 ３ 斜轧穿孔有限元模 拟仿 真 为 了能够较 好完成 本文就斜 轧穿孔 过程缺 陷控 制及数 值展 开 进行轧 制 ， 这 一轧制过程 中轧件 本身处于螺 旋运动状 态 ， 无 缝钢管 的生产制造最多采用的辨识斜 轧这一轧制方式［ 】 １ 。 的研 究 ， 笔者选择 了有 限元法完 成这一研究 的具体需求 ， 这里 的有 １ ． ２ 斜 轧穿孔金属变形 阶段 限元法指 的是基于变分原理求解偏微 分方程 的数值计算 方法 ， 通过 对 于斜轧穿孔的整个过程来说 ， 这一过程可 以细分为不稳定 轧 建立斜轧穿孔 的有 限元模型并设 定边界条件与初始 条件 ， 我们 就可 制过程 、 中间稳定过 程 、 第二个不稳定轧制过程 三个 阶段 ， 这其 中的 以通 过对有 限元模型 的模 拟结过分析 取得具体造 成斜 轧穿孔 过程 不稳定轧制过程指的是坯料前端逐渐填满变形 区的阶段 ； 而 中间稳 缺陷的数值 ， 而通过 对这相关 数值 的修改 ， 我们 自然就 能够较 好完 定则属 于斜轧穿孔金属变形最重要 的一个 阶段 ， 斜轧穿孔 的很 多缺 成本 文研 究的需求 。 陷便 出现于这一 阶段 ； 而对于第二个 不稳 定轧制过程 来说 ， 坯料 末 在具 体 的斜 轧 穿孔 的有 限 元模 型 建 立 中 ，笔 者采 用 了 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ 端慢慢离开 变形 区是这一 阶段 的主要 内容田 。 Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 完成具体 的建模操作 ， 并在模 型建立完成后 将其导入 了有 限 ２ 斜轧穿孔后管材的实验研究 元软件 Ｄ Ｅ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ 中，这样我们就 能够在这一软件 中逐步 完成相关 为了较好完 成本文就斜轧穿孔 过程 中的缺陷控 制及数值 展开 数值的求得 。值得注意的是 ， 在这一造成斜轧穿孔过 程缺陷数值 的 的研究 ， 我们就需要展 开斜轧穿孔后 管材的实验研 究 ， 而这一研 究 求得 中 ， 我们还 需要完成边 界条件 与初 始条件 的设 定工 作 ， 这里笔 需要得到金相学的支 持才 能够实现较好展开 。 对于应用金相学展开 者选择 了以时间增量控制方式计算步长的设定方式 。 的试验来说 ， 取样 、 镶嵌 、 磨光、 抛光 、 腐蚀 、 观察 与摄影等是这 一试 在对斜轧 穿孔有限元模拟仿真结果进 行的分析 中 ， 笔者发 现本 验的具体流程。 文所研究 的某工厂钛管斜轧穿孔过程 中 ， 轧辊头 部与轧件尾部 发生 ２ ． １ 取样 了剧烈摩擦 ， 这种摩擦 就使 得这一过程 的温度过 高 ， 此外 ， 这 一过程 在应用金相学试 验的取样环节 中， 遵循 原则是保证这一流程工 的钛 坯加热温度 、 钛坯转 动都处 于合理状态 ， 为此 笔者建议 该 企业 序较好完成 的关键 ， 遵循相关技术标准 、 选择代表性部位 、 在破损处 改变轧辊 的剪切摩擦系数和顶头 与轧件的换热 系数 ， 这样就 能够保 取样进行失效分析是这一取样主要需要遵循 的原则 。 ； 证其钛管斜轧穿孑 Ｌ 能够较 高质量完成 。 ２ ． ２ 镶嵌 ４ 结 论 而在应 用金相学试验 的镶嵌 环节 中 ， 电镀 、 化 学镀 、 机械夹 持 、 在本 文就斜轧穿孔过程 中的缺陷及数值研究 中， 笔者详 细论述 热镶嵌 和冷镶嵌等都属于这一环节可 以采取 的具 体镶 嵌方法 ， 这 里 了斜 轧穿孔过 程及 金属变形 阶段 、斜轧穿孔后 管材 的实验研究 、 斜 希望这 一系列 内容能够 为相关从业 笔 者采用 了冷镶嵌 法 ， 通过配制一定 固化剂的树脂 ， 完成 了这一 工 轧穿 孔有 限元模 拟仿真等内容 ， 序 的操作【 引 。 人员 带来 一定启 发。 ２ ． ３磨光 参考文献 １ １ 尹 元德 ， 李胜祗 ， 康永林， 王鹏展， 王向东， 李 国涛． 工艺参数 对二 辊斜 在应用金相学试验 的磨光环节 中 ， 砂轮 片 、 砂轮 和金刚石磨 盘 ｆ ９ ２厚 壁 管 分 层 缺 陷 的 影 响 『 Ｊ ］ ． 材 料 科 学 与 工 艺， ２ ０ １ ４ 以及各类砂 纸磨料是这一环节 的主角 ， 而这一磨光环节 还可以细分 轧 延 伸 大 口径 Ｐ 为手工与机械 两类 ， 而在本文 的研究 中 ， 笔 者选择 了磨 光用 耐水砂 （ ６ ） ： １ ２ ３ — １ ２ ８ ． 纸作为模具 ， 进行 了手工打磨 ， 这一过程 中笔者使新磨 痕方 向与 旧 【 ２ 】 王付杰， 双远 华， 胡建华， 孙京超 ， 王 清华． 三辊斜轧 穿孔工 艺的数值 磨 痕方 向垂 直 ， 以此实现了磨光 正确信息 的逐步获得 。 模拟与 实验分析『 Ｊ １ ． 热加 工工艺， ２ ０ １ ４ （ ９ ） ： ９ ５ — ９ ８ ， １ ０ ５ ． ２ ． ４抛 光 ［ ３ 】 刘雨龙 ， 王辅 忠． 二辊斜 轧 穿孔过 程金属 变形缺 陷有 限元 分析…． 在应用金相学试验 的抛光 环节 中 ， 微粉悬浮液 、 喷雾抛光剂 、 抛 中 国 冶金 ， ２ ０ １ ３ （ ８ ） ： １ ４ — １ ９ ． ４ １ 尹 元德 ， 李 胜祗 ， 康永林， 王鹏展， 王 向 东， 李国涛． 二辊斜轧延伸 大 Ｉ ３ ＇ 光膏等松散磨料是这一环节 的主角 ， 而笔者在这一 环节 中选择 了机 ［ 械抛光的方法与微粉悬 浮液磨料 ， 并在完成抛 光后 通过显微镜进行 径 Ｐ ９ ２厚 壁 管 分 层 缺 陷 倾 向 性研 究 ｆ Ｊ ］ ． 钢铁， ２ ０ １ ２ （ １ ０ ） ： ５ ２ — ５ ６ ， ６ ５ ． 了质量检查 ， 这样就能够保证后续试 验的更好 展开 。
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工 程 科 技
斜轧 穿孔过程 中的缺 陷控 制及数值研 究
赵 华 清
（ 天 津铜 管集 团股份有 限公 司， 天津 ３ ０ ０ ４ ５ ０ ）
摘 要： 随着＿ ｒ － ＿ ， ｌ ｋ 技 术的不断发展 ， 钛合金凭借着 自身 良好的力学性能与 工艺性 能 ， 在我 国实现 了较为广泛 的应 用， 而这 一应用就对 轧制工艺提 出了更 高的要 求， 为此笔者 以某： ｒ － ） － － ￣ ｋ管斜 轧穿孔过程为对 象 ， 对斜轧 穿孔过程 中的缺 陷控 制及数值研 究进行 了具体论述 ， 希望这一论述 内容 能够为我 国钛合金的更广泛应用带来一定帮助。 关键词 ： 钛合金管 ； 斜轧 穿孔 ； 缺陷控制
Hale Waihona Puke 作 为拥有低密度 、 高熔点 、 高 比强度 、 耐腐蚀 、 无磁性 、 生物相容 验 ， 试验结果最终通过 电子显微镜收集 。 ２ ． ６观察与摄影 性 良好等一 系列优点 的优质金属 ， 钛合金主要具备挤压 、 斜轧穿孔 、 焊接三种制备方法 ， 而这其中的斜轧穿孔制备方法具 备着 较为明显 在 金相 试验 的观察 与 摄 影环 节 ，笔 者选 择 了型 号 Ａ ｘ — ｏ ｖ ｅ ｒ ｔ ２ ０ Ｏ Ｍ Ａ Ｔ的 金 相 显微 镜 。 的优势 ， 不过值得注意的是 ， 由于钛合金本 身变形 抗力较大 ， 这 就使 ｉ 得 尾卡 、 穿偏尾卡 、 中卡 、 包棒 、 链带 、 偏心等缺 陷在钛 合金的斜轧穿 ２ ． ７ 结果分析 孔过程 中较 为常见 ， 而为 了尽可 能避免这类缺 陷的出现 ， 正是 本文 在完成一 系列金 相试 验后 ， 我们 就能够结 合试验结果 完成斜 轧 就斜轧穿孔过程 中的缺 陷控制及数值展开具体研究的原因所在 。 穿孔后的钛管加工条件的求 出， 并 以此分析 出相关 加工过程 中存在 １斜轧穿孔过程及金属变形阶段 的缺陷 ， 而笔者实 际进行 的金相 实验得 出了管坯 内部散热性较差 的 １ ． １ 斜轧穿孔过程 缺陷， 针对 这一缺陷 ， 通过 降低轧辊速度 的方法就 能够有效 解决该 在钢材 的轧 制中 ， 横轧 、 纵 轧 以及斜 轧是最 主要 的三种 轧制方 问题 。 式， 这其 中的斜 轧不同于纵 轧和横轧 ， 轧件本身需要 在转 动前进 中 ３ 斜轧穿孔有限元模 拟仿 真 为 了能够较 好完成 本文就斜 轧穿孔 过程缺 陷控 制及数 值展 开 进行轧 制 ， 这 一轧制过程 中轧件 本身处于螺 旋运动状 态 ， 无 缝钢管 的生产制造最多采用的辨识斜 轧这一轧制方式［ 】 １ 。 的研 究 ， 笔者选择 了有 限元法完 成这一研究 的具体需求 ， 这里 的有 １ ． ２ 斜 轧穿孔金属变形 阶段 限元法指 的是基于变分原理求解偏微 分方程 的数值计算 方法 ， 通过 对 于斜轧穿孔的整个过程来说 ， 这一过程可 以细分为不稳定 轧 建立斜轧穿孔 的有 限元模型并设 定边界条件与初始 条件 ， 我们 就可 制过程 、 中间稳定过 程 、 第二个不稳定轧制过程 三个 阶段 ， 这其 中的 以通 过对有 限元模型 的模 拟结过分析 取得具体造 成斜 轧穿孔 过程 不稳定轧制过程指的是坯料前端逐渐填满变形 区的阶段 ； 而 中间稳 缺陷的数值 ， 而通过 对这相关 数值 的修改 ， 我们 自然就 能够较 好完 定则属 于斜轧穿孔金属变形最重要 的一个 阶段 ， 斜轧穿孔 的很 多缺 成本 文研 究的需求 。 陷便 出现于这一 阶段 ； 而对于第二个 不稳 定轧制过程 来说 ， 坯料 末 在具 体 的斜 轧 穿孔 的有 限 元模 型 建 立 中 ，笔 者采 用 了 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ 端慢慢离开 变形 区是这一 阶段 的主要 内容田 。 Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 完成具体 的建模操作 ， 并在模 型建立完成后 将其导入 了有 限 ２ 斜轧穿孔后管材的实验研究 元软件 Ｄ Ｅ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ 中，这样我们就 能够在这一软件 中逐步 完成相关 为了较好完 成本文就斜轧穿孔 过程 中的缺陷控 制及数值 展开 数值的求得 。值得注意的是 ， 在这一造成斜轧穿孔过 程缺陷数值 的 的研究 ， 我们就需要展 开斜轧穿孔后 管材的实验研 究 ， 而这一研 究 求得 中 ， 我们还 需要完成边 界条件 与初 始条件 的设 定工 作 ， 这里笔 需要得到金相学的支 持才 能够实现较好展开 。 对于应用金相学展开 者选择 了以时间增量控制方式计算步长的设定方式 。 的试验来说 ， 取样 、 镶嵌 、 磨光、 抛光 、 腐蚀 、 观察 与摄影等是这 一试 在对斜轧 穿孔有限元模拟仿真结果进 行的分析 中 ， 笔者发 现本 验的具体流程。 文所研究 的某工厂钛管斜轧穿孔过程 中 ， 轧辊头 部与轧件尾部 发生 ２ ． １ 取样 了剧烈摩擦 ， 这种摩擦 就使 得这一过程 的温度过 高 ， 此外 ， 这 一过程 在应用金相学试 验的取样环节 中， 遵循 原则是保证这一流程工 的钛 坯加热温度 、 钛坯转 动都处 于合理状态 ， 为此 笔者建议 该 企业 序较好完成 的关键 ， 遵循相关技术标准 、 选择代表性部位 、 在破损处 改变轧辊 的剪切摩擦系数和顶头 与轧件的换热 系数 ， 这样就 能够保 取样进行失效分析是这一取样主要需要遵循 的原则 。 ； 证其钛管斜轧穿孑 Ｌ 能够较 高质量完成 。 ２ ． ２ 镶嵌 ４ 结 论 而在应 用金相学试验 的镶嵌 环节 中 ， 电镀 、 化 学镀 、 机械夹 持 、 在本 文就斜轧穿孔过程 中的缺陷及数值研究 中， 笔者详 细论述 热镶嵌 和冷镶嵌等都属于这一环节可 以采取 的具 体镶 嵌方法 ， 这 里 了斜 轧穿孔过 程及 金属变形 阶段 、斜轧穿孔后 管材 的实验研究 、 斜 希望这 一系列 内容能够 为相关从业 笔 者采用 了冷镶嵌 法 ， 通过配制一定 固化剂的树脂 ， 完成 了这一 工 轧穿 孔有 限元模 拟仿真等内容 ， 序 的操作【 引 。 人员 带来 一定启 发。 ２ ． ３磨光 参考文献 １ １ 尹 元德 ， 李胜祗 ， 康永林， 王鹏展， 王向东， 李 国涛． 工艺参数 对二 辊斜 在应用金相学试验 的磨光环节 中 ， 砂轮 片 、 砂轮 和金刚石磨 盘 ｆ ９ ２厚 壁 管 分 层 缺 陷 的 影 响 『 Ｊ ］ ． 材 料 科 学 与 工 艺， ２ ０ １ ４ 以及各类砂 纸磨料是这一环节 的主角 ， 而这一磨光环节 还可以细分 轧 延 伸 大 口径 Ｐ 为手工与机械 两类 ， 而在本文 的研究 中 ， 笔 者选择 了磨 光用 耐水砂 （ ６ ） ： １ ２ ３ — １ ２ ８ ． 纸作为模具 ， 进行 了手工打磨 ， 这一过程 中笔者使新磨 痕方 向与 旧 【 ２ 】 王付杰， 双远 华， 胡建华， 孙京超 ， 王 清华． 三辊斜轧 穿孔工 艺的数值 磨 痕方 向垂 直 ， 以此实现了磨光 正确信息 的逐步获得 。 模拟与 实验分析『 Ｊ １ ． 热加 工工艺， ２ ０ １ ４ （ ９ ） ： ９ ５ — ９ ８ ， １ ０ ５ ． ２ ． ４抛 光 ［ ３ 】 刘雨龙 ， 王辅 忠． 二辊斜 轧 穿孔过 程金属 变形缺 陷有 限元 分析…． 在应用金相学试验 的抛光 环节 中 ， 微粉悬浮液 、 喷雾抛光剂 、 抛 中 国 冶金 ， ２ ０ １ ３ （ ８ ） ： １ ４ — １ ９ ． ４ １ 尹 元德 ， 李 胜祗 ， 康永林， 王鹏展， 王 向 东， 李国涛． 二辊斜轧延伸 大 Ｉ ３ ＇ 光膏等松散磨料是这一环节 的主角 ， 而笔者在这一 环节 中选择 了机 ［ 械抛光的方法与微粉悬 浮液磨料 ， 并在完成抛 光后 通过显微镜进行 径 Ｐ ９ ２厚 壁 管 分 层 缺 陷 倾 向 性研 究 ｆ Ｊ ］ ． 钢铁， ２ ０ １ ２ （ １ ０ ） ： ５ ２ — ５ ６ ， ６ ５ ． 了质量检查 ， 这样就能够保证后续试 验的更好 展开 。