[发明专利]评估空心芯棒厚壁减薄可靠性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种评估空心芯棒厚壁减薄可靠性的方法。 

背景技术

芯棒是连轧管机组最重要的变形工具之一，轧制过程中芯棒的服役条件十分恶劣，其表面承受着压应力、摩擦力和冷热交变应力等。芯棒的破坏形式主要有表面热疲劳龟裂、机械划伤、剥落掉块、镀铬层损坏等。芯棒质量的好坏，关系到轧制过程能否顺利进行，所轧钢管质量能否满足标准要求，以及钢管制造成本的高低。 

由于制造限动芯棒技术性强、难度大，在国际上只有法国、意大利、德国少数几个国家的企业能够生产，多年来，国内生产大口径无缝钢管的企业主要从国外进口芯棒，2007年我国芯棒进口量约为9000吨。进口芯棒不仅价格十分昂贵，且交货期不能控制，对生产造成一定影响。据资料报道，2008年我国无缝钢管产量已达2018万t。据不完全统计，我国已投产和即将投产的连轧管机组共有26套，连轧管机组年产能在1000万t以上，按照连轧管机组平均消耗芯棒1.0kg/t管计算，年消耗芯棒近1万t。由此可见，连轧管机芯棒国产化工作十分必要。 

另一方面，随着钢管业竞争的日益加剧，降低生产成本、提高生产效益成为人们关注的焦点，而影响钢管生产成本的重要因素之一是芯棒的成本。高质量的钢管对内壁要求较高，因此需要外形内壁良好的芯棒，因此，在实际轧制大口径钢管的时候芯棒的消耗非常巨大。那么提高芯棒的使用寿命，同时降低制造芯棒材料使用量是提高芯棒经济效益的重要途径。高性能的空心芯棒恰恰能满足这些要求。空心芯棒能降低芯棒重量30％以上，芯棒材料成本降低65％以上。空心芯棒的开发不仅降低芯棒总的制造成本，而且因为 芯棒重量的降低从而降低连轧管机的负载，减少轧机的维修频率，提高生产效率。 

然而，对于消耗巨大的空心芯棒如何最大限度的发挥其作用是一个技术难题。钢管生产企业通常的做法是根据经验车去空心芯棒具有缺陷的外表层，继续用来生产不同规格的无缝钢管。但是，这些生产企业仍然面临着一个无法物尽其用的难题，即无法知道空心芯棒减薄的极限是多少。一旦空心芯棒的壁厚无法承受使用过程中所承受的径向压力，将会导致空心芯棒变形，同时产品也不合格，甚至造成轧机设备卡壳，极大影响生产效率。急需掌握一种判断空心芯棒壁厚能否承受使用时的径向压应力的方法。 

综上所述，评估厚壁空心芯棒厚壁减薄可靠性的方法对无缝钢管生产企业十分必要，至今尚未有详细报道。 

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种评估空心芯棒厚壁减薄可靠性的方法，以利于降低设计生产空心芯棒的风险，同时也能大幅度提高无缝钢管生产效率和降低生产成本，节省原料，减少能耗。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种评估空心芯棒厚壁减薄可靠性的方法，该方法包括以下步骤： 

(1)设定模拟条件：a.设定无缝钢管轧制过程要求的空心芯棒外径为279.9mm，轧辊外径为940mm～980mm，轧制过程中无缝钢管的几何尺寸由Φ339.00*23.10mm变形为Φ294.22*6.25mm；b.设定需要轧制的无缝钢管材质为20钢种、轧制温度为1060℃～1000℃；c.设定无缝钢管与轧辊之间摩擦系数为0.3，空心芯棒与无缝钢管之间的摩擦系数是0.02；d.无缝钢管和轧辊、无缝钢管和空心芯棒之间接触传热系数均是30N/s·mm·℃；热辐射系数是0.17N/s·mm·℃；无缝钢管、轧辊和空心芯棒向空气的传热系数是0.02N/s·mm·℃； 

(2)模拟空心芯棒使用过程中所受径向压应力：由步骤(1)设定的模拟条件，采用有限元分析软件DEFORM进行模拟得到空心芯棒使用过程中所受径向压应力σ_max； 

(3)目标壁厚为T的空心芯棒径向压力计算： 

径向压力计算公式：σrlmax=2σs·lnd2d1]]>