厚壁无缝钢管热轧后控冷工艺的组织性能数值模拟

厚壁无缝钢管热轧后控冷工艺的组织性能数值模拟

    目前，国内钢管生产企业面对厚壁无缝钢管产能过剩的巨大挑战，纷纷调整品种结构、淘汰落后产能并研发高质量产品。试验研究证明：在厚壁无缝钢管热轧生产冷却过程中实施控制冷却工艺可以控制组织相变过程、细化晶粒，进而改善钢管的力学性能。因此，开展厚壁无缝钢管热轧后不同冷却制度下钢管组织性能变化规律的研究具有重要的意义和应用价值。由于厚壁无缝钢管具有较大的轮廓断面尺寸和规格变化范围，从而使其在线热处理的控制与实施面临较多的变数，使得控冷工艺在厚壁无缝钢管生产中的实施与应用受到很大约束。
    燕山大学的学者为了实现厚壁无缝钢管生产工艺流程中定(减)径之后矫直之前的控制冷却，采用数值模拟方法研究了20号钢管轧后冷却过程的组织力学性能变化规律。首先采用试验方法测定钢探头在不同冷却介质条件下的温度变化曲线，根据反传热法基本原理计算得出钢探头冷却过程中表面换热系数与工件温度的关系。然后，采用有限差分法建立了钢管冷却过程中的温度场、组织相变及力能性能预测系统，分析了不同冷却工艺条件下钢管的组织状态与力学性能。最后，进行钢管空冷过程的试验分析，测定了不同时刻的温度数据和冷态钢管的力学性能，其计算结果与实测数据吻合良好。该研究结果可为实现厚壁无缝钢管控制冷却提供基础性数据。