石油管用P110级圆钢热轧工艺数值模拟研究

摘要

石油套管主要用作油井、气井井壁的支撑设备，由于其工作条件十分恶劣，管体会受到如弯、压、拉等各种应力综合作用，且石油套管不能够重复使用，这就要求套管具备较高的综合力学性能。制定合理的生产工艺过程是产品质量及性能重要保证。因此，相应对生产石油套管的圆钢热轧工艺提出了制定更合理的热轧工艺要求，以提高石油套管综合力学性能。
　　圆钢热轧过程属于高温塑性大变形问题，轧制过程中，轧制参数不同，圆钢的温度场、应力场、应变场及微观组织分布也不同且难以直接测得。为更直观了解其变化趋势并更有效地指导圆钢轧制生产，特引入数值模拟技术。通过对圆钢热轧过程进行有限元数值模拟可以缩短产品开发周期，降低废品率。
　　本文以用于P110石油套管生产的42CrMo大尺寸圆钢为对象，在分析中小圆钢热轧工艺的基础上，结合有限元数值模拟研究大圆钢热轧工艺，完成了如下的工作：
　　1.基于大圆钢热轧工艺的轧制温度模型、力能参数模型、宽展模型等数学模型，设计了适用于大圆钢的六道次轧制孔型；
　　2.建立了圆钢热轧过程的热传导平衡方程式，确定了单值条件，利用结晶动力学模型和晶粒尺寸本构模型，进行了圆钢六道次轧制过程有限元分析；
　　3.分析了孔型圆角、轧制速度、润滑工况等工艺参数对表面折皱改善效果的影响规律；
　　4.基于42CrMo动态再结晶动力学模型、运动学模型和晶粒尺寸函数模型，分析了圆钢轧制速度、道次压下量等工艺参数对圆钢心部缺陷的影响。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 热轧圆钢生产技术

1.3 数值模拟技术在热轧工艺研究的应用

1.4 本文主要研究内容

第二章 大尺寸圆钢六道次轧制孔型设计

2.1 圆钢热连轧孔型设计原则

2.2 孔型设计计算公式

2.3 孔型设计计算

2.4 本章小结

第三章 圆钢热轧过程热-力-组织耦合有限元模型

3.1 热轧过程中的热传导

3.2 刚塑性有限元基本理论

3.3 金属热轧成型细化晶粒机理

3.4 材料属性定义

3.5 单元网格的划分及迭代准则

3.6 摩擦力计算公式

3.7 本章小结

第四章 热轧工艺对圆钢表面折皱及心部孔隙性缺陷影响的分析

4.1 圆钢表面折皱缺陷分析

4.2圆钢心部孔隙性缺陷分析

4.3 本章小结

第五章 热轧工艺对圆钢轧制过程微观组织演变影响分析

5.1 开轧温度的影响

5.2 轧制速度的影响

5.3 压下量的影响

5.4 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢