一種厚壁金屬管材的軋制變形分析方法
2023-06-21 16:30:46 1
專利名稱：一種厚壁金屬管材的軋制變形分析方法
技術領域：
本發明屬於軋制變形分析技術領域，具體涉及一種厚壁金屬管材的軋制變形分析方法。
背景技術：
石油、化工等行業常用的壓力容器，由於高壓、腐蝕介質等特殊使用環境，要求該領域所用管材必須具有較高的強度、厚度以及良好的耐蝕性能。而Gr. 3、Gr. 2、TA18、R60702 等材料具有優異的室溫力學性能以及耐蝕性能，因此該材料的厚壁管材被廣泛應用於壓力容器領域。厚壁管的冷軋成形一直是技術難題，特別是徑厚比(D/幻^ 10的厚壁管，在軋制過程中極易產生內表面裂紋和摺疊等缺陷。而對厚壁管的軋制加工研究方法目前還沒有報導。如何能較直接的研究厚壁管材在軋制變形過程中的規律，找出厚壁管材易產生缺陷的機理，從而指導實際生產過程中制定出合適的軋制變形工藝，是使厚壁管材順利軋制變形的關鍵。因此，急需一種能夠分析軋制過程中金屬變形規律的方法。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術的不足，提供一種簡單易行， 成本較低的厚壁金屬管材的軋制變形分析方法。該方法通過對截面上各端面壁厚的測試， 可以直觀的顯示出壁厚隨變形程度的連續變化規律，通過對變形程度-硬度曲線和變形程度-壁厚曲線的分析，可以詳細的闡述金屬管材的軋制變形規律，適用於管材外直徑與壁厚的比值(徑厚比)為5 10的厚壁金屬管材的研究分析。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種厚壁金屬管材的軋制變形分析方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)按照厚壁金屬管材的加工工藝，對其每一道次的半成品取變形錐體；所述厚壁金屬管材的管材外直徑與壁厚的比值為5 10 ；(2)對步驟(1)中所述變形錐體進行除油處理並漂洗乾淨，然後沿變形錐體的中心線按照IOmm 50mm的距離從開始變形點到變形結束點進行等距劃線；(3)將步驟O)中劃好線的變形錐體裝卡到線切割工具機上，使變形錐體的中心線與線切割的鉬絲之間保持垂直，然後沿劃線進行線切割；(4)將步驟(3)中線切割好的變形錐體的每一段小頭端面進行磨平和拋光；(5)將步驟(4)中拋光後的每一段小頭端面沿徑向對壁厚進行4 6等分，並使等分點分布在一個半徑方向上；(6)採用顯微硬度計在步驟(5)中所述等分點處做顯微硬度測試，以橫截面變形量為X軸，分別以硬度和壁厚為Y軸，並在坐標平面內記錄和標記每個截面變形量下每個端面的壁厚和每個等分點的硬度值；(7)分別將步驟(6)中坐標平面內壁厚標記點和對應位置等分點處的硬度值標記點採用光滑連接的方法，從錐體開始變形點到變形結束點連成一條光滑曲線；(8)從步驟(7)中所述光滑曲線分析管材的硬度和壁厚的變化規律，從而研究金屬的軋制變形變化規律。上述步驟(1)中所述變形錐體的長度為從該道次管材開始變形點到變形結束點。上述步驟(3)中所述變形錐體的中心線與線切割的鉬絲之間垂直的垂直度精度為IT6級。上述步驟中所述拋光後的端面表面的光潔度為RaO. 8 μ m以上。本發明與現有技術相比具有以下優點1、金屬的硬度與其變形程度之間存在正相關關係，而在其它條件相同的情況下 (材質類似、同樣變形工藝)，研究金屬的硬度，可以反映變形的規律。因此，本發明通過對端面上各個點處的顯微硬度測試，可以直觀的顯示出變形過程中以及變形前後的各個金屬沿厚度方向不同直徑的硬度連續變化規律，從而反應金屬的軋制變形變化規律。2、本發明通過對截面上各端面壁厚的測試，可以直觀的顯示出壁厚隨變形程度的連續變化規律。3、本發明通過對變形程度-硬度曲線和變形程度-壁厚曲線的分析，可以詳細的闡述金屬管材的軋制變形規律。4、本發明的方法簡單易行，成本較低。5、本發明的方法適用於管材外直徑與壁厚的比值(徑厚比)為5 10的厚壁金屬管材的研究分析。下面結合附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本發明變形椎體的劃線示意圖。圖2為本發明切割後的變形錐體小頭端面的等分點選點示意圖。圖3為本發明實施例1的硬度-變形量和壁厚-變形量曲線圖。圖4為本發明實施例2的硬度-變形量和壁厚-變形量曲線圖。
具體實施例方式實施例1以管材外直徑與壁厚的比值為5 10的厚壁鈦管的Φ45mm — Φ 32mm的軋制工藝為例。(1)取Φ 32mm道次變形錐體，變形錐體的長度為從該道次管材開始變形點到變形結束點；(2)對步驟(1)中所述變形錐體進行除油處理並漂洗乾淨，然後對Φ 32mm的變形椎體沿中心線按照50mm的距離從開始變形點到變形結束點進行等距劃線(如圖1所示)；(3)將步驟O)中劃好線的變形錐體裝卡到線切割工具機上，使變形錐體的中心線與線切割的鉬絲之間保持垂直，垂直度精度為IT6級，然後沿劃線進行線切割；(4)將步驟(3)中線切割後的變形錐體的每一段小頭端面進行磨平和拋光，拋光後的端面表面的光潔度為RaO. 8 μ m以上；
(5)將步驟(4)中拋光後的每一段小頭端面沿徑向對壁厚進行4等分(也可進行5 等分或6等分)，並使等分點分布在一個半徑方向上，依次得到近內壁點an)、中心點(Mid) 和近外壁點(Out)三個點，如圖2所示；(6)使用WILSON W0LPERT微壓痕維氏硬度計測試各段上的3個等分點的硬度，載荷取0. ^g，加載時間為10s，以橫截面變形量為X軸，分別以硬度和壁厚為Y軸，並在坐標平面內記錄和標記每個截面變形量下每個端面的壁厚和每個等分點的硬度值；(7)分別將步驟(6)中坐標平面內壁厚標記點和對應位置等分點處的硬度值標記點採用光滑連接的方法，從錐體開始變形點到變形結束點連成一條光滑曲線(圖3)；(8)從步驟(7)中所述光滑曲線分析管材的硬度和壁厚的變化規律，從而研究金屬的軋制變形變化規律。如圖3所示，Φ32_的管材在軋制開始階段(ε In > Mid ；當ε = 2. 3%時，t = 8. 10mm，硬度關係變為Mid> Out >h，說明此時管材中心層已發生相當程度的變形，而內層變形不明顯，符合空減徑的特點；此後(ε >2.3%)，壁厚隨著ε的增大逐漸減小，說明空減徑階段已經結束，當ε = 11. 時，t = 7. 44mm，硬度關係變為In > Out > Mid，內層的加工硬化效應最顯著，此時管材徑向各層均產生變形，其中內層變形最大。綜上所述，Φ32πιπι管材徑向各部位的硬度值隨著ε的增大不斷變化，雖然曲線上存在多個峰，但是硬度總體上是在逐漸升高，即「硬化」，注意到各層曲線上的峰並不總是同時出現，且曲線多有交錯，說明厚壁管的徑向各層在軋制過程中變形不均勻；軋制後期，隨著ε的持續增大，管壁的減薄，徑向各層硬度分布的不均度逐漸減小，當ε超過38.9%，此時t = 5. 61mm，管材徑向各層的硬度值已相差不大，說明管材各層的變形分布漸趨均勻。實施例2以管材外直徑與壁厚的比值為5 10的厚壁鋯管的Φ 32mm — Φ 22mm軋制工藝為例。(1)取Φ 22mm道次變形錐體，變形錐體的長度為從該道次管材開始變形點到變形結束點；(2)對步驟(1)中所述變形錐體進行除油處理並漂洗乾淨，然後對Φ 22mm的變形椎體沿中心線按照IOmm的距離從開始變形點到變形結束點進行等距劃線(如圖1所示)；(3)將步驟O)中劃好線的變形錐體裝卡到線切割工具機上，使變形錐體的中心線與線切割的鉬絲之間保持垂直，垂直度精度為IT6級，然後沿劃線進行線切割；(4)將步驟(3)中線切割後的變形錐體的每一段小頭端面進行磨平和拋光，拋光後的端面表面的光潔度為RaO. 8 μ m以上；(5)將步驟(4)中拋光後的每一段小頭端面沿徑向對壁厚進行4等分(也可進行5 等分或6等分)，並使等分點分布在一個半徑方向上，依次得到近內壁點an)、中心點(Mid) 和近外壁點(Out)三個點，如圖2所示；(6)使用WILSON W0LPERT微壓痕維氏硬度計測試各段上的3個等分點的硬度，載荷取0. ^g，加載時間為10s，以橫截面變形量為X軸，分別以硬度和壁厚為Y軸，並在坐標平面內記錄和標記每個截面變形量下每個端面的壁厚和每個等分點的硬度值；
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(7)分別將步驟(6)中坐標平面內壁厚標記點和對應位置等分點處的硬度值標記點採用光滑連接的方法，從錐體開始變形點到變形結束點連成一條光滑曲線(圖4)；(8)從步驟(7)中所述光滑曲線分析管材的硬度和壁厚的變化規律，從而研究金屬的軋制變形變化規律。如圖4所示，從Φ22πιπι的管材硬度與變形量曲線上可以看出，在軋制開始階段 (ε <4.8%)，壁厚隨著ε (變形量)的增大而升高，說明該段存在空減徑現象，當ε在 15%以下時，管材的內外層比中間層的金屬硬度高，說明厚壁管的徑向各層在軋制過程中變形不均勻，金屬沒有軋透；隨著ε的加大，當ε超過20%時，斷面上的硬度變得趨同， 說明隨著ε的加大，管材各層的變形分布漸趨均勻；當ε在10%以下時，管材的外層金屬硬度高於內層，此時金屬大部分處在減徑變形段、剛剛進入減壁段的區域，外層金屬受壓變形，而內層金屬由於沒有芯棒的支撐所以幾乎沒有變形，這也與硬度曲線相互吻合；管材的徑向各部位的硬度值隨著ε的增大不斷變化，硬度總體上是在逐漸升高，即產生加工硬化。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明做任何限制，凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種厚壁金屬管材的軋制變形分析方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)按照厚壁金屬管材的加工工藝，對其每一道次的半成品取變形錐體；所述厚壁金屬管材的管材外直徑與壁厚的比值為5 10 ；(2)對步驟(1)中所述變形錐體進行除油處理並漂洗乾淨，然後沿變形錐體的中心線按照IOmm 50mm的距離從開始變形點到變形結束點進行等距劃線；(3)將步驟O)中劃好線的變形錐體裝卡到線切割工具機上，使變形錐體的中心線與線切割的鉬絲之間保持垂直，然後沿劃線進行線切割；(4)將步驟(3)中線切割好的變形錐體的每一段小頭端面進行磨平和拋光；(5)將步驟(4)中拋光後的每一段小頭端面沿徑向對壁厚進行4 6等分，並使等分點分布在一個半徑方向上；(6)採用顯微硬度計在步驟(5)中所述等分點處做顯微硬度測試，以橫截面變形量為 X軸，分別以硬度和壁厚為Y軸，並在坐標平面內記錄和標記每個截面變形量下每個端面的壁厚和每個等分點的硬度值；(7)分別將步驟(6)中坐標平面內壁厚標記點和對應位置等分點處的硬度值標記點採用光滑連接的方法，從錐體開始變形點到變形結束點連成一條光滑曲線；(8)從步驟(7)中所述光滑曲線分析管材的硬度和壁厚的變化規律，從而研究金屬的軋制變形變化規律。
2.根據權利要求1所述的一種厚壁金屬管材的軋制變形分析方法，其特徵在於，步驟 (1)中所述變形錐體的長度為從該道次管材開始變形點到變形結束點。
3.根據權利要求1所述的一種厚壁金屬管材的軋制變形分析方法，其特徵在於，步驟(3)中所述變形錐體的中心線與線切割的鉬絲之間垂直的垂直度精度為IT6級。
4.根據權利要求1所述的一種厚壁金屬管材的軋制變形分析方法，其特徵在於，步驟(4)中所述拋光後的端面表面的光潔度為RaO.8μπι以上。
全文摘要
本發明公開了一種厚壁金屬管材的軋制變形分析方法，該方法包括以下步驟一、取變形錐體；二、對變形錐體進行除油處理並漂洗乾淨，然後沿變形錐體的中心線進行等距劃線；三、沿劃線對變形錐體進行線切割；四、磨平和拋光變形錐體小頭端面；五、沿小頭端面徑向對壁厚進行4～6等分；六、在等分點處做顯微硬度測試，以橫截面變形量為X軸，分別以硬度和壁厚為Y軸，並在坐標平面內記錄和標記壁厚和硬度值；七、做光滑曲線；八、分析管材的硬度和壁厚的變化規律，從而研究金屬的軋制變形變化規律。本發明的方法簡單易行，成本較低，該方法通過對變形程度-硬度曲線和變形程度-壁厚曲線的分析，可以詳細的闡述金屬管材的軋制變形規律。
文檔編號G01N33/20GK102353758SQ20111018405
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月4日 優先權日2011年7月4日
發明者南莉, 孫蕊, 文周峰, 李剛, 楊亞社, 楊建朝, 楊永福, 董宏軍, 韋培, 齊元昊 申請人:西部鈦業有限責任公司