CN102353758A - 一种厚壁金属管材的轧制变形分析方法 - Google Patents

一种厚壁金属管材的轧制变形分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种厚壁金属管材的轧制变形分析方法，该方法包括以下步骤：一、取变形锥体；二、对变形锥体进行除油处理并漂洗干净，然后沿变形锥体的中心线进行等距划线；三、沿划线对变形锥体进行线切割；四、磨平和抛光变形锥体小头端面；五、沿小头端面径向对壁厚进行4～6等分；六、在等分点处做显微硬度测试，以横截面变形量为X轴，分别以硬度和壁厚为Y轴，并在坐标平面内记录和标记壁厚和硬度值；七、做光滑曲线；八、分析管材的硬度和壁厚的变化规律，从而研究金属的轧制变形变化规律。本发明的方法简单易行，成本较低，该方法通过对变形程度-硬度曲线和变形程度-壁厚曲线的分析，可以详细的阐述金属管材的轧制变形规律。

Description

一种厚壁金属管材的轧制变形分析方法
技术领域
本发明属于轧制变形分析技术领域，具体涉及一种厚壁金属管材的轧制变形分析方法。
背景技术
石油、化工等行业常用的压力容器，由于高压、腐蚀介质等特殊使用环境，要求该领域所用管材必须具有较高的强度、厚度以及良好的耐蚀性能。而Gr.3、Gr.2、TA18、R60702等材料具有优异的室温力学性能以及耐蚀性能，因此该材料的厚壁管材被广泛应用于压力容器领域。
厚壁管的冷轧成形一直是技术难题，特别是径厚比(D/S)≤10的厚壁管，在轧制过程中极易产生内表面裂纹和折叠等缺陷。而对厚壁管的轧制加工研究方法目前还没有报道。如何能较直接的研究厚壁管材在轧制变形过程中的规律，找出厚壁管材易产生缺陷的机理，从而指导实际生产过程中制定出合适的轧制变形工艺，是使厚壁管材顺利轧制变形的关键。因此，急需一种能够分析轧制过程中金属变形规律的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种简单易行，成本较低的厚壁金属管材的轧制变形分析方法。该方法通过对截面上各端面壁厚的测试，可以直观的显示出壁厚随变形程度的连续变化规律，通过对变形程度-硬度曲线和变形程度-壁厚曲线的分析，可以详细的阐述金属管材的轧制变形规律，适用于管材外直径与壁厚的比值(径厚比)为5～10的厚壁金属管材的研究分析。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种厚壁金属管材的轧制变形分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按照厚壁金属管材的加工工艺，对其每一道次的半成品取变形锥体；所述厚壁金属管材的管材外直径与壁厚的比值为5～10；
(2)对步骤(1)中所述变形锥体进行除油处理并漂洗干净，然后沿变形锥体的中心线按照10mm～50mm的距离从开始变形点到变形结束点进行等距划线；
(3)将步骤(2)中划好线的变形锥体装卡到线切割机床上，使变形锥体的中心线与线切割的钼丝之间保持垂直，然后沿划线进行线切割；
(4)将步骤(3)中线切割好的变形锥体的每一段小头端面进行磨平和抛光；
(5)将步骤(4)中抛光后的每一段小头端面沿径向对壁厚进行4～6等分，并使等分点分布在一个半径方向上；
(6)采用显微硬度计在步骤(5)中所述等分点处做显微硬度测试，以横截面变形量为X轴，分别以硬度和壁厚为Y轴，并在坐标平面内记录和标记每个截面变形量下每个端面的壁厚和每个等分点的硬度值；
(7)分别将步骤(6)中坐标平面内壁厚标记点和对应位置等分点处的硬度值标记点采用光滑连接的方法，从锥体开始变形点到变形结束点连成一条光滑曲线；
(8)从步骤(7)中所述光滑曲线分析管材的硬度和壁厚的变化规律，从而研究金属的轧制变形变化规律。
上述步骤(1)中所述变形锥体的长度为从该道次管材开始变形点到变形结束点。
上述步骤(3)中所述变形锥体的中心线与线切割的钼丝之间垂直的垂直度精度为IT6级。
上述步骤(4)中所述抛光后的端面表面的光洁度为Ra0.8μm以上。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、金属的硬度与其变形程度之间存在正相关关系，而在其它条件相同的情况下(材质类似、同样变形工艺)，研究金属的硬度，可以反映变形的规律。因此，本发明通过对端面上各个点处的显微硬度测试，可以直观的显示出变形过程中以及变形前后的各个金属沿厚度方向不同直径的硬度连续变化规律，从而反应金属的轧制变形变化规律。
2、本发明通过对截面上各端面壁厚的测试，可以直观的显示出壁厚随变形程度的连续变化规律。
3、本发明通过对变形程度-硬度曲线和变形程度-壁厚曲线的分析，可以详细的阐述金属管材的轧制变形规律。
4、本发明的方法简单易行，成本较低。
5、本发明的方法适用于管材外直径与壁厚的比值(径厚比)为5～10的厚壁金属管材的研究分析。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明变形椎体的划线示意图。
图2为本发明切割后的变形锥体小头端面的等分点选点示意图。
图3为本发明实施例1的硬度-变形量和壁厚-变形量曲线图。
图4为本发明实施例2的硬度-变形量和壁厚-变形量曲线图。
具体实施方式
实施例1
以管材外直径与壁厚的比值为5～10的厚壁钛管的Φ45mm→Φ32mm的轧制工艺为例。
(1)取Φ32mm道次变形锥体，变形锥体的长度为从该道次管材开始变形点到变形结束点；
(2)对步骤(1)中所述变形锥体进行除油处理并漂洗干净，然后对Φ32mm的变形椎体沿中心线按照50mm的距离从开始变形点到变形结束点进行等距划线(如图1所示)；
(3)将步骤(2)中划好线的变形锥体装卡到线切割机床上，使变形锥体的中心线与线切割的钼丝之间保持垂直，垂直度精度为IT6级，然后沿划线进行线切割；
(4)将步骤(3)中线切割后的变形锥体的每一段小头端面进行磨平和抛光，抛光后的端面表面的光洁度为Ra0.8μm以上；
(5)将步骤(4)中抛光后的每一段小头端面沿径向对壁厚进行4等分(也可进行5等分或6等分)，并使等分点分布在一个半径方向上，依次得到近内壁点(In)、中心点(Mid)和近外壁点(Out)三个点，如图2所示；
(6)使用WILSON WOLPERT微压痕维氏硬度计测试各段上的3个等分点的硬度，载荷取0.5kg，加载时间为10s，以横截面变形量为X轴，分别以硬度和壁厚为Y轴，并在坐标平面内记录和标记每个截面变形量下每个端面的壁厚和每个等分点的硬度值；
(7)分别将步骤(6)中坐标平面内壁厚标记点和对应位置等分点处的硬度值标记点采用光滑连接的方法，从锥体开始变形点到变形结束点连成一条光滑曲线(图3)；
(8)从步骤(7)中所述光滑曲线分析管材的硬度和壁厚的变化规律，从而研究金属的轧制变形变化规律。
如图3所示，Φ32mm的管材在轧制开始阶段(ε≤2.3％)，壁厚随着ε(变形量)的增大而升高，说明该段存在空减径现象，管材在轧制前(ε＝0％，t＝8.00mm，t为壁厚)的径向标定处各点硬度关系为：Out＞In＞Mid；当ε＝2.3％时，t＝8.10mm，硬度关系变为：Mid＞Out＞In，说明此时管材中心层已发生相当程度的变形，而内层变形不明显，符合空减径的特点；此后(ε＞2.3％)，壁厚随着ε的增大逐渐减小，说明空减径阶段已经结束，当ε＝11.1％时，t＝7.44mm，硬度关系变为：In＞Out＞Mid，内层的加工硬化效应最显著，此时管材径向各层均产生变形，其中内层变形最大。综上所述，Φ32mm管材径向各部位的硬度值随着ε的增大不断变化，虽然曲线上存在多个峰，但是硬度总体上是在逐渐升高，即“硬化”，注意到各层曲线上的峰并不总是同时出现，且曲线多有交错，说明厚壁管的径向各层在轧制过程中变形不均匀；轧制后期，随着ε的持续增大，管壁的减薄，径向各层硬度分布的不均度逐渐减小，当ε超过38.9％，此时t＝5.61mm，管材径向各层的硬度值已相差不大，说明管材各层的变形分布渐趋均匀。
实施例2
以管材外直径与壁厚的比值为5～10的厚壁锆管的Φ32mm→Φ22mm轧制工艺为例。
(1)取Φ22mm道次变形锥体，变形锥体的长度为从该道次管材开始变形点到变形结束点；
(2)对步骤(1)中所述变形锥体进行除油处理并漂洗干净，然后对Φ22mm的变形椎体沿中心线按照10mm的距离从开始变形点到变形结束点进行等距划线(如图1所示)；
(3)将步骤(2)中划好线的变形锥体装卡到线切割机床上，使变形锥体的中心线与线切割的钼丝之间保持垂直，垂直度精度为IT6级，然后沿划线进行线切割；
(4)将步骤(3)中线切割后的变形锥体的每一段小头端面进行磨平和抛光，抛光后的端面表面的光洁度为Ra0.8μm以上；
(5)将步骤(4)中抛光后的每一段小头端面沿径向对壁厚进行4等分(也可进行5等分或6等分)，并使等分点分布在一个半径方向上，依次得到近内壁点(In)、中心点(Mid)和近外壁点(Out)三个点，如图2所示；
(6)使用WILSON WOLPERT微压痕维氏硬度计测试各段上的3个等分点的硬度，载荷取0.5kg，加载时间为10s，以横截面变形量为X轴，分别以硬度和壁厚为Y轴，并在坐标平面内记录和标记每个截面变形量下每个端面的壁厚和每个等分点的硬度值；
(7)分别将步骤(6)中坐标平面内壁厚标记点和对应位置等分点处的硬度值标记点采用光滑连接的方法，从锥体开始变形点到变形结束点连成一条光滑曲线(图4)；
(8)从步骤(7)中所述光滑曲线分析管材的硬度和壁厚的变化规律，从而研究金属的轧制变形变化规律。
如图4所示，从Φ22mm的管材硬度与变形量曲线上可以看出，在轧制开始阶段(ε≤4.8％)，壁厚随着ε(变形量)的增大而升高，说明该段存在空减径现象，当ε在15％以下时，管材的内外层比中间层的金属硬度高，说明厚壁管的径向各层在轧制过程中变形不均匀，金属没有轧透；随着ε的加大，当ε超过20％时，断面上的硬度变得趋同，说明随着ε的加大，管材各层的变形分布渐趋均匀；当ε在10％以下时，管材的外层金属硬度高于内层，此时金属大部分处在减径变形段、刚刚进入减壁段的区域，外层金属受压变形，而内层金属由于没有芯棒的支撑所以几乎没有变形，这也与硬度曲线相互吻合；管材的径向各部位的硬度值随着ε的增大不断变化，硬度总体上是在逐渐升高，即产生加工硬化。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种厚壁金属管材的轧制变形分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)按照厚壁金属管材的加工工艺，对其每一道次的半成品取变形锥体；所述厚壁金属管材的管材外直径与壁厚的比值为5～10；
(2)对步骤(1)中所述变形锥体进行除油处理并漂洗干净，然后沿变形锥体的中心线按照10mm～50mm的距离从开始变形点到变形结束点进行等距划线；
(3)将步骤(2)中划好线的变形锥体装卡到线切割机床上，使变形锥体的中心线与线切割的钼丝之间保持垂直，然后沿划线进行线切割；
(4)将步骤(3)中线切割好的变形锥体的每一段小头端面进行磨平和抛光；
(5)将步骤(4)中抛光后的每一段小头端面沿径向对壁厚进行4～6等分，并使等分点分布在一个半径方向上；
(6)采用显微硬度计在步骤(5)中所述等分点处做显微硬度测试，以横截面变形量为X轴，分别以硬度和壁厚为Y轴，并在坐标平面内记录和标记每个截面变形量下每个端面的壁厚和每个等分点的硬度值；
(7)分别将步骤(6)中坐标平面内壁厚标记点和对应位置等分点处的硬度值标记点采用光滑连接的方法，从锥体开始变形点到变形结束点连成一条光滑曲线；
(8)从步骤(7)中所述光滑曲线分析管材的硬度和壁厚的变化规律，从而研究金属的轧制变形变化规律。
2.根据权利要求1所述的一种厚壁金属管材的轧制变形分析方法，其特征在于，步骤(1)中所述变形锥体的长度为从该道次管材开始变形点到变形结束点。
3.根据权利要求1所述的一种厚壁金属管材的轧制变形分析方法，其特征在于，步骤(3)中所述变形锥体的中心线与线切割的钼丝之间垂直的垂直度精度为IT6级。
4.根据权利要求1所述的一种厚壁金属管材的轧制变形分析方法，其特征在于，步骤(4)中所述抛光后的端面表面的光洁度为Ra0.8μm以上。
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