CN109948274A - 一种管线钢旁弯判定方法及提高管线钢质量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管线钢旁弯判定方法及提高管线钢质量的方法，属于钢铁技术领域，包括以下步骤：建立目标钢板的数模分析模型，所述模型包括不同温度下的目标钢板材料属性参数；根据所述目标钢板的层流冷却参数对所述模型进行约束以及施加载荷，并进行模型求解；根据所述模型求解获得的所述目标钢板的最大位移旁弯量进行旁弯判定；其模拟的结果可靠、准确，相对于现有技术，大大提高了旁弯判定的效率和准确性，解决了现有的管线钢旁弯判定方法精度低、效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁技术领域，具体涉及一种管线钢旁弯判定方法及提高管线 钢质量的方法。
背景技术
目前，管线钢大量运用于石油及天然气的运输及开采过程中，随着大量新 试石油管道的铺设，管线钢的需求量剧增。而在管线钢的现场生产过程中，由 于各种生产过程中的缺陷导致材料的最终成材率下降，极大影响了现场的生产 节奏和产品的综合效益。
随着产品结构调整，薄规格比例不断加大，卷取塔形大量出现，严重影响 薄规格带钢生产比例的提高，甚至出现卷取机异常停车、卷取机组卡钢等事 故，影响生产安全稳定运行，生产能力受到极大的限制。塔型作为管线钢现场 生产的一种缺陷，极大影响了下游工序的生产效率以及整体的成材率。
而塔型缺陷的出现与钢板在冷却过程中产生的旁弯有着对应关系。现有的 管线钢旁弯判定方法精度低、效率低、无法预判，例如根据钢板卷取后人工测 量发生塔形缺陷凸出量的方法。
发明内容
本申请实施例通过提供一种管线钢旁弯判定方法，解决了相关技术中管线 钢旁弯判定方法精度低、效率低的问题。
本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：
一种管线钢旁弯判定方法，包括以下步骤：
建立目标钢板的数模分析模型，所述模型包括不同温度下的目标钢板材料 属性参数；根据目标钢板的层流冷却参数对所述模型进行边界条件以及温度场 的定义，并进行模型求解；根据所述模型求解获得的所述目标钢板的最大位移 旁弯量进行旁弯判定。
可选的，所述数模分析模型由有限元数值模拟方法建立。
可选的，所述目标钢板材料属性参数包括：热导率、线膨胀系数、比热 容、弹性模量、泊松比以及密度。
可选的，所述层流冷却参数为目标钢板冷却过程中从精轧出口到卷取段的 参数。
可选的，所述目标钢板的层流冷却参数包括：终扎出口温度以及卷取前各 部位温度分布。
可选的，所述根据所述目标钢板的层流冷却参数对所述模型进行约束以及 施加载荷的步骤具体包括：创建分析步并设定边界条件，所述边界条件包括目 标钢板的自由度约束以及温降的设定。
可选的，所述温降的设定的方法为：采用梯度温度的模式，将目标钢板划 分成多个温度片区。
可选的，所述目标钢板的自由度约束的方法包括：选取目标钢板长度方向 一端的所有节点并约束其长度方向的平动以及绕宽度和厚度方向轴的转动自由 度。
可选的，所述根据所述模型求解获得的所述目标钢板的最大位移旁弯量进 行旁弯判定的步骤具体包括：判断所述最大位移旁弯量是否超过预设值，若 是，则旁弯量不合格，若否，则旁弯量合格。
另一方面，本申请通过本申请的一实施例，提供如下技术方案：
一种提高管线钢质量的方法，包括以下步骤：根据所述管线钢旁弯判定方 法获得目标钢板在冷却工艺后的大位移旁弯量是否超过预设值，若否，则获得 目标钢板；若是，则调整冷却工艺参数，再次利用所述管线钢旁弯判定方法获 得目标钢板在冷却工艺后的最大位移旁弯量是否超过预设值，直到所述目标钢 板在冷却工艺后的最大位移旁弯量小于预设值。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优 点：
本发明的管线钢旁弯判定方法首先建立目标钢板的数模分析模型，根据所 述模型划分网格，并定义不同温度下的目标钢板材料属性参数；根据所述目标 钢板的层流冷却参数对所述模型进行约束以及施加载荷，并进行模型求解；根 据所述模型求解获得的所述目标钢板的最大位移旁弯量进行旁弯判定。采用数 值模拟的方法模拟管线钢板冷却工艺环境，并根据管线钢板的材料属性参数， 可快速模拟生成最大旁弯位移量，且由于参数根据现场冷却工艺确定，其模拟 的结果可靠、准确，相对于现有技术，大大提高了旁弯判定的效率和准确性， 解决了现有的管线钢旁弯判定方法精度低、效率低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的 一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的管线钢旁弯判定方法流程图；
图2为本发明实施例的管线钢旁弯判定方法中模拟的几何模型效果图；
图3为本发明实施例的提高管线钢质量方法流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种管线钢旁弯判定方法，解决了相关技术中管线 钢旁弯判定方法精度低、效率低的问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
建立目标钢板的数模分析模型，所述模型包括不同温度下的目标钢板材料 属性参数；根据所述目标钢板的层流冷却参数对所述模型进行约束以及施加载 荷，并进行模型求解；根据所述模型求解获得的所述目标钢板的最大位移旁弯 量进行旁弯判定。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方 式对上述技术方案进行详细的说明。
首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关 系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时 存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后 关联对象是一种“或”的关系。
实施例1
本实施例提供一种管线钢旁弯判定方法，图1是本实施例的流程图。具体 包括以下步骤：
S101、建立目标钢板的数模分析模型，所述模型包括不同温度下的目标钢 板材料属性参数；
S102、根据所述目标钢板的层流冷却参数对所述模型进行约束以及施加载 荷，并进行模型求解；
S103、根据所述模型求解获得的所述目标钢板的最大位移旁弯量进行旁弯 判定。
需要说明的是，本实施例中，数模分析模型即为数值模拟分析模型，采用 有限元数值模拟方法获得，具体可利用数值模拟软件完成，例如hypermesh软 件。
下面就以hypermesh软件为例，结合图1详细介绍本申请实施例提供的方 法的具体实现步骤：
首先，执行步骤S101，建立目标钢板的数模分析模型，所述模型包括不同 温度下的目标钢板材料属性参数；
具体的，这里的数模分析模型是根据目标钢板的尺寸在hypermesh的 abaqus模块下建立的几何模型，对其进行网格划分后的模型效果如图2所示。
具体的，所述目标钢板材料属性参数包括：热导率、线膨胀系数、比热 容、弹性模量、泊松比以及密度。不同温度下的目标钢板材料属性参数即为随 温度变化的上述参数，为材料固有特性，通过hypermesh软件输入模型中。
接下来，执行步骤S102，根据所述目标钢板的层流冷却参数对所述模型进 行约束以及施加载荷，并进行模型求解；
具体的，本实施例中，目标钢板的层流冷却参数包括：终扎出口温度、卷 取温度以及卷取前各部位温度分布；且这些层流冷却参数为目标钢板冷却过程 中从精轧出口到卷取段的参数。
更具体的，采用热成像仪进行测温，可形成热成像图，用于模型。
可选的，所述根据所述目标钢板的层流冷却参数对所述模型进行约束以及 施加载荷的步骤具体包括：创建分析步并设定边界条件，所述边界条件包括目 标钢板的自由度约束以及温降的设定。
具体的，创建分析步相当于建立了一个分析工况。
具体的，本实施例中，温降的设定的方法为：温降的设定在预定义场中进 行，首先定义钢板的初始温度，然后通过modify将终冷温度调整到卷取温度， 本实施例中，采用温度梯度的模式，可将目标钢板划分成多个温度片区，例如 4个，也可以是其它数目的分区，本发明不做限制。
具体的，所述目标钢板的自由度约束的方法包括：选取目标钢板长度方向 一端的所有节点并约束其长度(X)方向的平动以及绕宽度(Y)和厚度方向 (Z)轴的转动自由度。
最后，执行步骤S103，根据所述模型求解获得的所述目标钢板的最大位移 旁弯量进行旁弯判定。
具体的，模型求解获得的是最大位移量和最大应力，最大位移量即为最大 位移旁弯量。
则，根据所述模型求解获得的所述目标钢板的最大位移旁弯量进行旁弯判 定的步骤具体包括：判断所述最大位移旁弯量是否超过预设值，若是，则旁弯 量不合格，若否，则则旁弯量合格。
具体来讲，这里的预设值可以是满足行业质量要求的最大允许旁弯量，也 可以根据现场需要，进行适当的调整。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明的管线钢旁弯判定方法首先建立目标钢板的数模分析模型，根据所 述模型划分网格，并定义不同温度下的目标钢板材料属性参数；根据所述目标 钢板的层流冷却参数对所述模型进行约束以及施加载荷，并进行模型求解；根 据所述模型求解获得的所述目标钢板的最大位移旁弯量进行旁弯判定。采用数 值模拟的方法模拟管线钢板冷却工艺环境，并根据管线钢板的材料属性参数， 可快速模拟生成最大旁弯位移量，且由于参数根据现场冷却工艺确定，其模拟 的结果可靠、准确，相对于现有技术，大大提高了旁弯判定的效率和准确性， 解决了现有的管线钢旁弯判定方法精度低、效率低的问题。从而为塔型缺陷提 供参数支持，进而提高钢板的成材率。
基于同一发明构思，本申请另一实施例提供一种实施本申请实施例中所述 一种动态频谱接入方法。
实施例二
本实施例提供一种提高管线钢质量的方法，如图3所示，包括以下步骤： 根据所述管线钢旁弯判定方法获得目标钢板在冷却工艺后的大位移旁弯量是否 超过预设值，若否，则获得目标钢板；若是，则调整冷却工艺参数，再次利用 所述管线钢旁弯判定方法获得目标钢板在冷却工艺后的最大位移旁弯量是否超 过预设值，直到所述目标钢板在冷却工艺后的最大位移旁弯量小于预设值。
具体的，本方法是通过在冷却工艺后，进入下一工艺之前，对用于制造管 线的目标钢板进行旁弯量判定并校正，以调整获得最佳冷却工艺参数，从而获 得质量更好的目标钢板。
具体来讲，这里的预设值可以是满足行业质量要求的最大允许旁弯量，也 可以根据现场需要，进行适当的调整。
具体的，调整冷却工艺参数的方法为：温度存在梯度是因为钢板冷却不 均，冷却不均可以通过调整边部冷却水管喷射角度以及上下冷却水管的喷水流 量，二者相配合来进行冷却工艺的调整。
下面将结合多个实例对本申请的管线钢旁弯判定方法和提高管线钢质量的 方法进行说明。
实例1：以某厂管线钢为例，所轧制的钢板宽度为1555mm。步骤如下：
步骤(1)：通过hypermesh软件建立一个宽1.555m，长10m的壳单元模 型(即数模分析模型)并划分网格，模型图如图2所示；
步骤(2)：设定材料的热物性参数(即目标钢板材料属性参数)，包括 随温度变化的热导率，线膨胀系数，比热容，弹性模量和泊松比以及钢板的密 度；
步骤(3)：为模型定义属性，创建分析步并设定边界条件，边界条件包 括钢板的自由度约束以及温降的设定：温降的设定在预定义场中进行，首先定 义钢板的初始温度800℃，然后通过modify将终冷温度调整到卷取温度450 ℃，在本案例中，将终冷温度设定成梯度的模式，将钢板划分成4个片区，从 一端到另一端的温度分别为430℃、450℃、480℃以及450℃，选取钢板长度 方向一端的所有节点并约束其X方向的平动以及绕Y和Z轴的转动自由度。
步骤(4)：对模型进行求解，结果显示最大位移量为51.61mm，最大应 力为71.61MPa。
步骤(5)：计算旁弯量(最大位移量51.61mm)＞50mm，超过范围，调 整冷却工艺，再次对钢板温度进行测量，根据测量结果设定边界条件并再次进 行模拟运算，计算结果显示，调整后最大位移量为47.05mm＜50mm，冷却工 艺合格，从而获得质量更好的目标钢板。
实例2：以某厂管线钢为例，所轧制的钢板宽度为1555mm。步骤如下：
步骤(1)：通过hypermesh软件建立一个宽1.555m，长10m的壳单元模 型(即数模分析模型)并划分网格，模型图如图2所示；
步骤(2)：设定材料的热物性参数(即目标钢板材料属性参数)，包括 随温度变化的热导率，线膨胀系数，比热容，弹性模量和泊松比以及钢板的密 度；
步骤(3)：为模型定义属性，创建分析步并设定边界条件，边界条件包 括钢板的自由度约束以及温降的设定：温降的设定在预定义场中进行，首先定 义钢板的初始温度800℃，然后通过modify将终冷温度调整到卷取温度450 ℃，在本案例中，将终冷温度设定成梯度的模式，将钢板划分成4个片区，从 一端到另一端的温度分别为450℃、480℃、480℃以及470℃，选取钢板长度 方向一端的所有节点并约束其X方向的平动以及绕Y和Z轴的转动自由度。
步骤(4)：对模型进行求解，结果显示最大位移量为47.57mm，最大应 力为56.66MPa。旁弯结果在50mm以内，符合要求，证明冷却工艺合格，从 而获得质量更好的目标钢板。
实例3：以某厂管线钢为例，所轧制的钢板宽度为1555mm。步骤如下：
步骤(1)：通过hypermesh软件建立一个宽1.555m，长10m的壳单元模 型(即数模分析模型)并划分网格，模型图如图2所示；
步骤(2)：设定材料的热物性参数(即目标钢板材料属性参数)，包括 随温度变化的热导率，线膨胀系数，比热容，弹性模量和泊松比以及钢板的密 度；
步骤(3)：为模型定义属性，创建分析步并设定边界条件，边界条件包 括钢板的自由度约束以及温降的设定：温降的设定在预定义场中进行，首先定 义钢板的初始温度800℃，然后通过mod的将终冷温度调整到卷取温度450 ℃，在本案例中，将终冷温度设定成梯度的模式，将钢板划分成4个片区，从 一端到另一端的温度分别为430℃、450℃、450℃以及470℃，选取钢板长度 方向一端的所有节点并约束其X方向的平动以及绕Y和Z轴的转动自由度。
步骤(4)：对模型进行求解，结果显示最大位移量为75.37mm，最大应 力为33.49MPa。
步骤(5)：计算旁弯量＞50mm，超过范围，调整冷却工艺，再次对钢板 温度进行测量，根据测量结果设定边界条件并进行模拟运算，调整后最大位移 量为49.11mm＜50mm，冷却工艺合格，从而获得质量更好的目标钢板。
需要说明的是，3个实例都是满足基本质量要求即可，当然需要进一步提 高质量时，可以提高旁弯量的质量要求，再按照本发明的方法进行模拟修正， 以获得最佳的冷却工艺，这都属于本发明的保护范围。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了 进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已， 并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何 修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种管线钢旁弯判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立目标钢板的数模分析模型，所述模型包括不同温度下的目标钢板材料属性参数；
根据所述目标钢板的层流冷却参数对所述模型进行约束以及施加载荷，并进行模型求解；
根据所述模型求解获得的所述目标钢板的最大位移旁弯量进行旁弯判定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数模分析模型由有限元数值模拟方法建立。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标钢板材料属性参数包括：热导率、线膨胀系数、比热容、弹性模量、泊松比以及密度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述层流冷却参数为目标钢板冷却过程中从精轧出口到卷取段的参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标钢板的层流冷却参数包括：终扎出口温度、卷取温度以及卷取前各部位温度分布。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标钢板的层流冷却参数对所述模型进行约束以及施加载荷的步骤具体包括：创建分析步并设定边界条件，所述边界条件包括目标钢板的自由度约束以及温降的设定。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述温降的设定的方法为：定义终轧温度为初始温度，将钢板的目标温度采用梯度温度的模式沿着板宽方向划分成多个温度片区。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述目标钢板的自由度约束的方法包括：选取目标钢板模型长度方向一端的所有节点并约束其长度方向的平动以及绕宽度和厚度方向轴的转动自由度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述模型求解获得的所述目标钢板的最大位移旁弯量进行旁弯判定的步骤具体包括：判断所述最大位移旁弯量是否超过预设值，若是，则旁弯量不合格，若否，则旁弯量合格。
10.一种提高管线钢质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据权利要求1-9的任一项所述管线钢旁弯判定方法获得目标钢板在冷却工艺后的大位移旁弯量是否超过预设值，若否，则获得目标钢板；若是，则调整冷却工艺参数，再次利用所述管线钢旁弯判定方法获得目标钢板在冷却工艺后的最大位移旁弯量是否超过预设值，直到所述目标钢板在冷却工艺后的最大位移旁弯量小于预设值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190628 |