[发明专利]一种厚壁环件差温轧制温控方法

说明书

本发明公开了一种厚壁环件差温轧制温控方法，主要包括：(a)对环件进行网格划分；(b)给定n时刻环件的初始温度场；(c)给定最小临界温差值，分别计算环件内壁层平均温度、环件外壁层平均温度、环件中心层平均温度，并判断环件中心层平均温度与环件内壁层平均温度、环件外壁层平均温度中的最小值之差是否超过最小临界温差值；(d)计算n时刻环件所需的冷却热流密度；(e)给定轧制总时间t，并判断是否需要对环件进行冷却；(f)得到整个环轧过程中所需的冷却热流密度变化值。本发明使厚壁环件表层与心部始终保持一定的温差，有利于心部缺陷的消除，改善环件成形均匀性，提高环件综合性能。

技术领域

本专利涉及环件轧制技术领域，尤其涉及一种厚壁环件差温轧制温控方法。

背景技术

环件轧制又称辗环或扩孔，是利用轧辊驱动环件转动，通过轧制孔型的连续轧制变形，使环件直径不断增大，壁厚减小，截面逐渐成形的特殊塑性加工过程。与传统的模锻、自由锻造、火焰切割工艺相比，由于其具有环件精度高、质量好、生产效率高、节能节材、生产成本低等技术经济优势，成为目前生产各种无缝环形锻件的常用方法，被广泛应用于航天航空、造船、原子能工业、建筑机械、矿山机械等各种工业领域。

在环轧过程中，环件的表层心部所受应变状态不同，会出现内外等效应变不均匀的现象，轧制变形难以渗透到心部，中心变形很小，使心部再结晶不充分，导致心部晶粒粗大不均匀，造成成品环件质量差，这对于厚壁环件尤其严重，单纯增加道次压下率的方法可以使轧制变形深入到心部，但是提高道次的压下率的同时必然会增加轧制力，又会增加轧件的咬入难度，使轧机负荷增加，造成资源浪费，有时还会无法达到生产工艺所需。因此，急切寻求在不增加道次压下率的情况下可以使轧制变形深入到心部，使组织性能更加优越。

差温轧制工艺是指在轧制过程中边冷却、边轧制，而冷却未深入到坯料内部，导致在坯料厚度方向上出现表层温度低心部温度高的分布状态。由于特殊的温度分布，坯料在轧制时上下表层由于低温情况，其变形抗力变大，导致变形困难，同时心部温度高，容易变形。如此由表层向心部变形逐步深入，这样有利于心部缺陷的消除，提高心部质量，改善环件成形均匀性，同时降低了表层变形不能深入引起的双鼓形缺陷、甚至边部折叠情况，从而提高环件的成材率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种厚壁环件差温轧制温控方法，在轧制过程中边冷却、边轧制，而冷却未深入到坯料内部，使厚壁环件表层与心部始终保持一定的温差，即出现表层温度低心部温度高的分布状态。这样上下表层由于低温情况，其变形抗力变大，导致变形困难，同时心部温度高，容易变形。如此由表层向心部变形逐步深入，这样有利于心部缺陷的消除，提高心部质量，改善厚壁环件成形均匀性，同时降低了表层变形不能深入引起的双鼓形缺陷、甚至边部折叠情况，从而提高环件的成材率。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

(a)对环件进行网格划分，得到有限个离散的网格节点；

(b)给定n时刻环件任一节点的温度值

(c)给定最小临界温差值ΔT，分别计算环件内壁层平均温度环件外壁层平均温度环件中心层平均温度并判断是否成立？若成立，则环件所需的冷却热流密度转入步骤(e)，否则，转入步骤(d)；

(d)通过冷却热流密度计算公式计算n时刻环件所需的冷却热流密度

(e)给定轧制总时间t，并判断n+1t是否成立？若成立，则利用步骤(d)计算的冷却热流密度选取合适的冷却方式对环件进行冷却，再通过步骤(b)中的节点温度值和环件温度差分公式计算环件下一时刻的节点温度值并使n＝n+1，转入步骤(b)，否则，转入步骤(f)；

(f)得到整个环轧过程中所需的冷却热流密度变化值。

上述方案中，所述的步骤(c)中环件内壁层平均温度计算公式为：