三辊限动芯棒连轧管技术已被广泛应用于高质量无缝管的工业生产中。由于管材连轧过程的三维变形特征的复杂性,轧机的轧制工艺控制参数如轧辊辊缝、轧辊转速等,通常都是使用轧制模型计算得到的。随着产品市场竞争的激烈化,柔性轧制生产技术已越来越多地被应用在生产中,以便最大化轧机的生产能力。在柔性轧制生产中,如何始终保持产品的高质量和质量稳定性就成为了广受关注的课题。伴随着发展柔性化控制轧制技术而来的是对轧制控制技术的更高适应性和灵活性的需求,这就导致了不断改进现有轧制模型的迫切需要,以便能够实现对轧制过程控制的更高程度的科学合理化、自动化、智能化。然而,对限动芯棒连轧管轧制过程以解析模型的方式进行建模的工作却尚未实现,具体来说,对轧制过程中的管体形状和应力分布的解析建模、管体与轧辊接触形状的理论建模、轧辊工作直径的解析建模等都还尚未实现,这些问题的悬而未决很大程度上在阻碍着柔性控制轧制技术在热连轧管生产中的发展应用。具体而言,为了最小化初始工艺设定参数在现场轧机操作中需要的附加调整,轧制过程中的管体形状以及应力分布就都需要在真实轧制之前得到预测。预测管体形状是为了使得轧制高效达到金属流量平衡状态,预测其应力分布则是为了减少由于不合理的应力分布状态导致的轧制缺陷的形成。这就要求轧制模型能够把对管体形状的预测和对其应力分布的预测结合在其解析公式中。与管体几何形状以及应力分布的预测模型一样,轧辊工作直径的预测模型和轧制力预测也都是轧制模型的必要组成部分。一方面,为了能够适应柔性轧制中灵活的变形分配,轧机转速的设定模型需要使用解析模型而不是经验系数模型。因为经验系数模型越来越满足不了大变形调整中的灵活性需求。另一方面,由于轧机机架并不是理想刚性的,其弹性变形可以导致实际辊缝在轧制过程中发生变化,这就需要预测轧制力以便在真实轧制开始之前就确定进行相应的辊缝补偿。所有这些需求都要求开发一套可以用于三辊限动芯棒连轧管轧制的工艺解析模型。本文研究建立了一套新的解析模型,能够用于解析计算三辊限动芯棒连轧管机轧制过程的管体几何轮廓形状、管体应力分布、轧辊转速以及轧制力等工艺要素。通过在企业进行热连轧无缝钢管生产试验,对模型的有效性进行了验证。从验证结果上看,模型预测的管体截面形状与实测值的符合度很好,在横截面面积上的误差范围是0.8～2.5%。用本文所述模型计算出的理论轧辊转速能够直接被用于连轧管生产。从现场试轧结果看,现场操作中需要的对初始辊速的附加调整的辊速范围没有超过4%。从现场记录的稳定轧制状态的轧制力数值看,模型对轧制力预测的平均误差值约为5.5%。总体上看,工厂轧制试验的结果证实了模型的有效性。通过使用模型进行理论试算和对比分析,确定了管体与轧制工具之间的摩擦条件对轧辊工作直径值的计算结果有不可忽略的影响。由于避免了传统经验系数模型的缺点,本文所述模型具备的预测精度和适应性为实现连轧管的柔性轧制控制奠定了基础。通过以力学原理为核心建立理论算法以确定轧制过程中的管体几何形状和应力分布、轧辊工作直径以及轧制力等工艺关切要素,本文的建模工作不仅推动了生产中轧制控制工艺的改进,也增进了对限动芯棒连轧管工艺过程的物理本质的理解。