厚壁無縫鋼管熱軋后控冷工藝的組織性能數值模擬

    目前，國內鋼管生產企業(yè)面對厚壁無縫鋼管產能過剩的巨大挑戰(zhàn)，紛紛調整品種結構、淘汰落后產能并研發(fā)高質量產品。試驗研究證明：在厚壁無縫鋼管熱軋生產冷卻過程中實施控制冷卻工藝可以控制組織相變過程、細化晶粒，進而改善鋼管的力學性能。因此，開展厚壁無縫鋼管熱軋后不同冷卻制度下鋼管組織性能變化規(guī)律的研究具有重要的意義和應用價值。由于厚壁無縫鋼管具有較大的輪廓斷面尺寸和規(guī)格變化范圍，從而使其在線熱處理的控制與實施面臨較多的變數，使得控冷工藝在厚壁無縫鋼管生產中的實施與應用受到很大約束。
    燕山大學的學者為了實現(xiàn)厚壁無縫鋼管生產工藝流程中定(減)徑之后矯直之前的控制冷卻，采用數值模擬方法研究了20號鋼管軋后冷卻過程的組織力學性能變化規(guī)律。首先采用試驗方法測定鋼探頭在不同冷卻介質條件下的溫度變化曲線，根據反傳熱法基本原理計算得出鋼探頭冷卻過程中表面換熱系數與工件溫度的關系。然后，采用有限差分法建立了鋼管冷卻過程中的溫度場、組織相變及力能性能預測系統(tǒng)，分析了不同冷卻工藝條件下鋼管的組織狀態(tài)與力學性能。最后，進行鋼管空冷過程的試驗分析，測定了不同時刻的溫度數據和冷態(tài)鋼管的力學性能，其計算結果與實測數據吻合良好。該研究結果可為實現(xiàn)厚壁無縫鋼管控制冷卻提供基礎性數據。