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摘要：轧制过程中轧件的应力分析对实际生产具有非常重要的意义。X80管线钢是为了满足大型石油天然气管道工程而开发的具有高强度、高韧性、耐腐蚀性能的管道用钢材。本文初步分析建立了X80钢轧制过程中的应力场数学模型。
关键词：X80钢；应力场；数学模型
中图分类号：G623.5 文献标识码：A 文章编号：
1前言
为了降低管线建设和运营成本，提高管线安全性和可靠性，高压大口径管线用钢不仅要具有更高强度，还要具有更高韧性[1-2]。从管线建设的发展趋势来看，X80管线钢在工程上的应用将逐渐增加。因此，X80级别的高强度管线钢具有重要的研究价值与应用前景。近代冶金工业的一个显著特点是应用电子计算机对生产过程进行全面的综合控制，而带钢热连轧是当前钢铁工业应用计算机控制最成熟而且也是最有成效的一个部门。为了实现计算机控制，必须首先建立起相应的数学模型[3-5]。
2生产条件
钢水经转炉冶炼和炉外精炼后连铸成厚度250mm的管线钢铸坯，经过隧道式加热炉，出炉后经过高压水除鳞，开轧温度1150℃。其它参数见表1和表2.
表1 粗轧过程的工艺参数
表2实际生产中的其他主要参数
3应力场模拟的解析条件
本文采用DEFORM-3D软件对轧制过程的应力场进行模拟。
带钢模型定为长×宽×高为10000×1700×250（mm）的长方体。在长方体上划分等参单元，其长×宽的二维平面划分104个单元，三维共划分3744个单元，过程为计算200步，一步一记，图4取其第181步的结果，其余各图取其第100步的结果。
坯料横断面尺寸为250×1700(mm)，其中的宽展忽略不计，其成品横断面尺寸为135×1700(mm)。本文主要模拟第一道粗轧时应力场的分布。
4模拟结果及分析
为了更好的了解各点的应力状态，分别在轧件边部，角部，以及表面中心位置上定义几个点P1,P2,P3，其各点应力情况以及过程变化如图1。
图1轧件上特殊点的应力分布 图2 轧向平面的应力场分布 图3轧向侧向的应力场分布
而在同一时刻，轧件上各点的应力分布状态也不一样。通过模拟，我们得出在轧向平面（图2）和轧向侧面（图3）的两个平面的不同应力分布。
从以上三图可以看出，模拟结果与实测值符合良好。带钢在经过变形后应力值急剧上升，而中部的应力值要高于边部的应力值。
1）轧件上有代表性点的应力场分析
在开始变形的时候，表面中部（P1点）的应力上升至600Mpa左右，同时角部（P2）的应力值上升得更快，之后又急剧下降，而边部（P3）的应力情况则相对平稳。这是因为在高温情况下，由于发生动态再结晶，导致应力产生后又以较快的速度消失。
2） 轧件轧向平面应力场分析
在变形区的应力值较高，这主要是由于变形使轧件内部产生应力，且分布比较均匀导致的。
3） 轧件轧向侧面应力场分析
轧向侧面的温度分布和轧向平面的情况类似，也是变形区的应力较高，但由于在边部，其变形程度不如中部剧烈，且由于金属的宽展程度不一样，所以应力值的变化有起伏，属于正常现象。
5 结论
1)通过采用DEFORM-3D对X80管线钢轧制过程的应力场进行了模拟，得到带钢热轧过程中轧向平面，侧面的应力场分布图和曲线。通过实测，轧制过程的应力情况与模拟结果一致。
2）在轧制过程中，轧件中部和角部的应力值较大，而边部的应力值较小。
3)轧件在轧向平面上变形区和未变形区的应力差别比较大，变形区的应力值要远远高于未变形区的应力值。
4）轧件在轧向侧面上变形区和未变形区的应力差别比较小，且由于宽展程度不同，其应力分布有所起伏。
参考文献：
[1] 郑磊，傅俊岩．高等级管线钢的发展现状[J]．鋼铁，2006，41(10)：1—10．
[2] 孙一康.带钢热连轧的模型与控制.冶金工业出版社.2007
[3] 刘相华、胡贤磊、杜秀林等.轧制参数计算模型及其应用.化学工业出版社.2007
[4] 郭斌、宋平等.X70钢级厚板卷热连轧工艺探讨.焊管，第28卷第5期.2005.9
[5] 刘玉鹏.基于数值模拟的线材轧制过程研究. [硕士学位论文].2007.12
关键词：X80钢；应力场；数学模型
中图分类号：G623.5 文献标识码：A 文章编号：
1前言
为了降低管线建设和运营成本，提高管线安全性和可靠性，高压大口径管线用钢不仅要具有更高强度，还要具有更高韧性[1-2]。从管线建设的发展趋势来看，X80管线钢在工程上的应用将逐渐增加。因此，X80级别的高强度管线钢具有重要的研究价值与应用前景。近代冶金工业的一个显著特点是应用电子计算机对生产过程进行全面的综合控制，而带钢热连轧是当前钢铁工业应用计算机控制最成熟而且也是最有成效的一个部门。为了实现计算机控制，必须首先建立起相应的数学模型[3-5]。
2生产条件
钢水经转炉冶炼和炉外精炼后连铸成厚度250mm的管线钢铸坯，经过隧道式加热炉，出炉后经过高压水除鳞，开轧温度1150℃。其它参数见表1和表2.
表1 粗轧过程的工艺参数
表2实际生产中的其他主要参数
3应力场模拟的解析条件
本文采用DEFORM-3D软件对轧制过程的应力场进行模拟。
带钢模型定为长×宽×高为10000×1700×250（mm）的长方体。在长方体上划分等参单元，其长×宽的二维平面划分104个单元，三维共划分3744个单元，过程为计算200步，一步一记，图4取其第181步的结果，其余各图取其第100步的结果。
坯料横断面尺寸为250×1700(mm)，其中的宽展忽略不计，其成品横断面尺寸为135×1700(mm)。本文主要模拟第一道粗轧时应力场的分布。
4模拟结果及分析
为了更好的了解各点的应力状态，分别在轧件边部，角部，以及表面中心位置上定义几个点P1,P2,P3，其各点应力情况以及过程变化如图1。
图1轧件上特殊点的应力分布 图2 轧向平面的应力场分布 图3轧向侧向的应力场分布
而在同一时刻，轧件上各点的应力分布状态也不一样。通过模拟，我们得出在轧向平面（图2）和轧向侧面（图3）的两个平面的不同应力分布。
从以上三图可以看出，模拟结果与实测值符合良好。带钢在经过变形后应力值急剧上升，而中部的应力值要高于边部的应力值。
1）轧件上有代表性点的应力场分析
在开始变形的时候，表面中部（P1点）的应力上升至600Mpa左右，同时角部（P2）的应力值上升得更快，之后又急剧下降，而边部（P3）的应力情况则相对平稳。这是因为在高温情况下，由于发生动态再结晶，导致应力产生后又以较快的速度消失。
2） 轧件轧向平面应力场分析
在变形区的应力值较高，这主要是由于变形使轧件内部产生应力，且分布比较均匀导致的。
3） 轧件轧向侧面应力场分析
轧向侧面的温度分布和轧向平面的情况类似，也是变形区的应力较高，但由于在边部，其变形程度不如中部剧烈，且由于金属的宽展程度不一样，所以应力值的变化有起伏，属于正常现象。
5 结论
1)通过采用DEFORM-3D对X80管线钢轧制过程的应力场进行了模拟，得到带钢热轧过程中轧向平面，侧面的应力场分布图和曲线。通过实测，轧制过程的应力情况与模拟结果一致。
2）在轧制过程中，轧件中部和角部的应力值较大，而边部的应力值较小。
3)轧件在轧向平面上变形区和未变形区的应力差别比较大，变形区的应力值要远远高于未变形区的应力值。
4）轧件在轧向侧面上变形区和未变形区的应力差别比较小，且由于宽展程度不同，其应力分布有所起伏。
参考文献：
[1] 郑磊，傅俊岩．高等级管线钢的发展现状[J]．鋼铁，2006，41(10)：1—10．
[2] 孙一康.带钢热连轧的模型与控制.冶金工业出版社.2007
[3] 刘相华、胡贤磊、杜秀林等.轧制参数计算模型及其应用.化学工业出版社.2007
[4] 郭斌、宋平等.X70钢级厚板卷热连轧工艺探讨.焊管，第28卷第5期.2005.9
[5] 刘玉鹏.基于数值模拟的线材轧制过程研究. [硕士学位论文].2007.12