碳钢/不锈钢复合无缝钢管穿孔及多道次轧制成型过程的研究

 碳钢/不锈钢复合无缝钢管可充分发挥基材碳钢优良的机械力学性能及价廉特征和不锈钢优异的耐蚀性能，在石油、石化及海洋等腐蚀性较强的领域具有广泛的应用空间。研究碳钢/不锈钢复合无缝钢管成型过程对其成型工艺及尺寸精度分析具有重要意义和应用价值。本文利用热-机耦合以及材料、几何和边界条件等多重非线性有限元法，应用高级非线性有限元软件MSC.Marc和网格重划分技术，对碳钢/不锈钢复合无缝钢管斜轧穿孔、碳钢/不锈钢复合无缝钢管斜轧以及多道次轧制成型过程进行了数值模拟。主要研究工作包括：(1)建立了碳钢/不锈钢复合无缝钢管两辊斜轧穿孔过程的有限元模型，在此基础上，建立了碳钢/不锈钢复合无缝钢管两辊斜轧过程的有限元模型，获得了斜轧过程的应力应变与温度场的分布、坯料运动轨迹及轧制过程中轧制力的变化规律，并对碳钢/不锈钢复合无缝钢管斜轧成形过程的机理进行了分析。(2)通过对钢管Y型三辊两道轧机轧制成型过程的数值模拟，获得了钢管横截面金属流动的变形规律，冷连轧成型后钢管的残余应力分布规律。研究了不同轧制阶段时钢管外径、内壁、中间层的三向应力分布，以及应力分布对钢管直径和壁厚精度影响的机理。随后，在冷轧钢管残余应力的基础上，对存在初始残余应力的缸筒在液压载荷作用下的承载能力进行了研究，与没有初始残余应力缸筒的承载能力进行了比较，分析了残余应力对液压缸承载能力的影响。数值计算结果表明，冷连轧钢管的残余应力能够降低液压缸筒的环向和径向变形，这对于降低液压缸的磨损提高寿命以及提高液压缸的密封性能有利，但是残余应力也同时增大了液压缸筒外壁局部区域的等效应力，对缸筒的强度会有一定的影响。(3)建立了碳钢/不锈钢复合无缝钢管Y型三辊两道次冷轧过程的有限元模型，获得了钢管横截面金属流动的变形规律。研究了不同轧制阶段时钢管外径、内壁、界面的三向应力分布，以及应力分布对碳钢/不锈钢复合无缝钢管直径和壁厚精度影响的机理。(4)建立了两道Y型三辊热轧无缝钢管成型过程的有限元模型，该模型能很好的模拟了钢管的轧制过程，获得了热轧过程的应力应变及温度场的分布情况。****对碳钢/不锈钢复合无缝钢管热轧成型过程的仿真提出了研究方向。