[发明专利]一种张力减径机轧制时钢管增厚段长度极小化的控制方法

说明书

本发明涉及一种张力减径机轧制时钢管增厚段长度极小化的控制方法，其特征在于：在满足成品管平均壁厚要求的前提下，为减径机选定工艺可行的最少张力升起机架数以及最少张力释放机架数，最少的张力升起机架和最少的张力释放机架数使得参与非稳态轧制的管端长度最短，同时也使得最大拉应力的机架数最大，从而使得管端非稳态与中间段稳态轧制所受拉应力的差值极小化，两点共同保证了管端增厚长度的极小化。本发明可以提高钢管减径轧制的工艺稳定性，使管材减径轧制中的管端增厚长度极小化，显著提高管材减径轧制的成品质量和成材率。

技术领域

本发明涉及一种钢管减径轧制生产的工艺方法，特别是涉及一种使钢管减径轧制过程中头尾增厚段长度极小化的工艺控制方法。

背景技术

在钢管减径轧制过程中，钢管的塑性变形通常是在张力或微张力的应力状态下进行的。由于张力的建立和释放过程中，管材头尾段所受纵向拉伸应力小于稳定轧制时管材中间段的受力，从而造成管材头尾端的壁厚比稳定轧制的中间段更厚，而且越靠近末端，增厚越严重。在管端壁厚超过轧管规格的允许公差范围时，就必须将该部分从成品管上切下，这就造成了能显著降低成材率的材料损失。

分析管材两端增厚段形成过程，可以看出可从两个方面入手减小管端增厚段长度：第一，在非稳态轧制下的管端与稳态轧制的中间段相比，其增厚的程度正相关于稳态与非稳态下所作用的拉应力之间的差值；第二，非稳态轧制下的头端壁厚增大区的长度正相关于建立起稳态轧制所作用的最大拉应力时金属已通过的机架数，非稳态轧制下的尾端壁厚增大区的长度正相关于开始释放掉稳态轧制所作用的最大拉应力时金属仍未通过的机架数。

现有的钢管减径轧制中对切头尾的控制方法主要是从第一个方面着手的，通过动态控制增加辊速差以提高非稳态轧制时管端金属所受的拉应力，以减小管端与中间段所受拉应力之间的差值，从而使管端切头尾长度获得一定程度上的减小。但是，这种方法通常只能应用在拥有较多机架数的张力减径机上，其工艺实施对设备硬件和配套软件的要求都很高，增加了实施难度。同时由于没有基于第二个方面因素考虑的对张力建立机架和释放机架数的最优化选定，对头尾增厚长度的极小化也不够理想。

现有的钢管减径轧制的稳态工艺控制通常是以张力系数的平衡来近似机架间的张力平衡的，这种处理带来的工艺误差会随着参与轧制的机架数的增加而累加增大，其增大了工艺的不稳定性，在增大成品管平均壁厚波动性的同时也增加了成品管切头尾长度，从而造成材料损失。

发明内容

为克服现有钢管减径轧制工艺的不足，减少管材切头尾损失，本发明解决的问题是提供一种能够使管材减径轧制中管端增厚长度极小化的工艺控制方法。

一种张力减径机轧制时钢管增厚段长度极小化的控制方法，其特征在于：在满足成品管平均壁厚要求的前提下，选定工艺可行的最少张力升起机架数以及最少张力释放机架数，最少的张力升起机架和最少的张力释放机架数使得参与非稳态轧制的管端长度最短，同时也使得最大拉应力的机架数最大，从而使得管端非稳态与中间段稳态轧制所受拉应力的差值极小化，两点共同保证了管端增厚长度的极小化。包含的具体步骤如下：

1.明确产品钢种，获取其轧机孔型参数、轧制工艺相关工况初始参数。

2.获取钢种在轧制变形工况范围内适用的热变形抗力模型。

3.将既定钢种的热变形参数、减径机入口的输送速度、管材温度、孔型数据、来料壁厚S₀和目标壁厚S_d都输入数模软件并模拟轧制过程，选定出最少的张力升起机架数和最少的张力释放机架数。

参与轧制的机架分为张力上升机架、张力恒定机架、张力释放机架，分别遵循以下⑴、⑵、⑶三个条件，把系数xs初值设为1，每个机架根据自身类型对应条件：

⑴张力上升的每个机架处，利用初等塑性理论，以前张力的初值为零开始递增迭代计算，直至辊面对金属的摩擦力水平分力方向全与后张力同方向，机架内金属在水平方向上遵循如下受力平衡：