X100管線鋼熱軋變形熱力耦合有限元分析.pdf

1、管道運輸是長距離輸送石油、天然氣的有效手段，具有高效、經(jīng)濟、安全和無污染等特點。隨著X80級管線鋼的普遍應用，X100及更高鋼級的管線鋼的研發(fā)受到人們的關注，以期進一步降低管線的建設和運行成本。但是，X100的開發(fā)需要耗費大量的人力、物力和財力，且技術上存在一定限制。隨著計算機技術的快速發(fā)展以及計算材料學的日益成熟，通過計算機模擬來研究軋制變形過程成為最為有效的方法之一。已有不少學者對中厚板熱軋過程進行了熱力耦合模擬，但是大多采用剛性軋

2、輥簡化進行二維或三維穩(wěn)態(tài)軋制過程的模擬，溫度場與應力場耦合方面多采用間接耦合，輻射邊界條件常轉化為對流邊界條件來處理，以上處理會給計算結果帶來偏差。本文針對X100管線鋼，采用直接耦合的方法進行了軋制過程熱力耦合分析。本研究考慮了材料應力-應變的非線性、幾何大變形的非線性以及接觸邊界條件非線性等非線性問題，將軋輥設置為彈性輥，溫度場與應力場直接耦合，并根據(jù)實際的傳熱情況施加對流傳熱、接觸傳熱以及輻射傳熱等邊界條件。
　　對軋制溫度

3、為1000℃～1100℃、壓下率為20％～40％、軋輥轉速為27.2rpn～37.2rpn范圍下的軋制過程進行了有限元模擬，研究了軋制溫度、壓下率、軋輥轉速等對軋件板形、溫度分布、殘余應力以及應變的影響，得到了軋件的塑性變形規(guī)律、應力應變場、溫度場以及軋制力的變化規(guī)律。軋制溫度、壓下率、軋輥轉速等對溫度分布、軋件板形、殘余應力以及應變的具體影響如下:
　　(1)軋制溫度為1000℃，壓下率為40％，軋輥轉速為37.2rpn時，軋件

4、的溫度分布最均勻。
　　(2)軋制溫度為1100℃時，壓下率為20％，軋輥轉速為27.2rpn，軋件板形最為平整。
　　(3)軋制溫度為1100℃，壓下率為40％，軋輥轉速為27.2rpn時，軋件上表面寬度方向的殘余應力分布最均勻，軋制溫度為1000℃，壓下率為30％，軋輥轉速為37.2rpn時，軋件側面厚度方向的殘余應力分布最均勻。
　　(4)軋制溫度為1000℃，壓下率為20％，軋輥轉速為37.2rpn時，軋件上表