本文關(guān)鍵詞：基于空心鑄坯P91鋼熱擠壓理論分析與數(shù)值模擬

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【摘要】：大口徑厚壁無縫鋼管是火電、核電、石油和化工等行業(yè)關(guān)鍵、重要的基礎(chǔ)件。近年我國對大口徑厚壁管的需求與日俱增,相應(yīng)的熱擠壓成形工藝和裝備的研究快速發(fā)展。然而,目前大口徑厚壁無縫鋼管生產(chǎn)工藝主要流程為:冶煉鋼錠-鐓粗-穿孔-擠壓-熱處理-機(jī)加工,該工藝雖比較自由鍛造生產(chǎn)縮短了生產(chǎn)周期,節(jié)約了原材料,節(jié)省了能源消耗,但還存在工藝流程冗長、需要設(shè)備多、加熱次數(shù)比較多和浪費(fèi)材料等問題,制約了大口徑厚壁無縫鋼管生產(chǎn)的快速發(fā)展。本文是將以李永堂教授為首的研究團(tuán)隊提出的一種利用空心鑄坯直接熱擠壓成形鋼管的新工藝為研究對象,進(jìn)行理論研究、實驗研究和數(shù)值模擬研究,提出最佳工藝參數(shù)。這種新工藝與目前采用的工藝相比,能夠大大縮短生產(chǎn)流程,減少設(shè)備,降低能耗,節(jié)約材料,提高生產(chǎn)效率和增加經(jīng)濟(jì)效益,具有很好的應(yīng)用前景。本文從理論上對擠壓過程進(jìn)行力學(xué)分析。在極坐標(biāo)系下建立管材擠壓變形的計算模型;采用主應(yīng)力法理論分析厚壁管的擠壓變形過程及計算公式,得到擠壓力隨著擠壓比的增大而增大,隨著擠壓角的增大而減小的變化規(guī)律;并對擠壓過程金屬流動規(guī)律進(jìn)行分析。然后應(yīng)用Gleebe-3500熱模擬機(jī)對鑄態(tài)P91耐熱合金鋼(厚壁管的使用材料)進(jìn)行等溫?zé)釅嚎s實驗,得到了鑄態(tài)P91材料的高溫流動應(yīng)力-應(yīng)變曲線。分析該曲線可知,當(dāng)應(yīng)變速率較低,變形溫度較高時,動態(tài)再結(jié)晶較充分,流動應(yīng)力出現(xiàn)峰值,由此建立本構(gòu)方程。利用Jmatpro軟件進(jìn)行模擬計算鑄態(tài)P91鋼的熱導(dǎo)率、比熱容、泊松比和楊氏模量曲線。利用DEFORM-3D數(shù)值模擬軟件對鑄態(tài)P91厚壁管?1320mm??920mm?12000mm的熱擠壓成形進(jìn)行縮比(比例為1:10)模擬。并對擠壓過程中金屬流動、擠壓力、速度場、等效應(yīng)變、等效應(yīng)力、坯料和模具的溫度場進(jìn)行分析。最后通過改變擠壓比、擠壓溫度、擠壓速度、擠壓角分析對擠壓力的影響。最終確定了鑄態(tài)P91厚壁管?1320mm??920mm?12000mm的擠壓比為10,擠壓角為60°,擠壓溫度1200℃,擠壓速度80mm/s時為最優(yōu)工藝,為企業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：鑄態(tài)P91 厚壁無縫鋼管 理論分析 熱擠壓 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG376
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 背景意義8-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 國外研究狀況11-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究狀況12-13
• 1.3 研究的目的、意義13-14
• 1.4 研究內(nèi)容及技術(shù)路線14-16
• 1.4.1 研究內(nèi)容14
• 1.4.2 技術(shù)路線14-16
• 第二章 厚壁管熱擠壓成形工藝?yán)碚摲治?/span>16-24
• 2.1 擠壓的概述16-17
• 2.1.1 擠壓技術(shù)的發(fā)展16
• 2.1.2 管材擠壓生產(chǎn)方法及特點16-17
• 2.2 擠壓過程分析17-24
• 2.2.1 擠壓過程受力分析17-23
• 2.2.2 空心鑄坯正擠壓時的金屬流動情況23-24
• 第三章 鑄態(tài)P91熱模擬實驗24-30
• 3.1 鑄態(tài)P91材料的性能特點24
• 3.2 鑄態(tài)P91材料熱模擬實驗及分析24-30
• 3.2.1 鑄態(tài)P91材料熱模擬實驗24-27
• 3.2.2 熱模擬實驗結(jié)果及分析27-30
• 第四章 空心鑄坯P91鋼厚壁管熱擠壓數(shù)值模擬30-56
• 4.1 有限元理論概述30-35
• 4.1.1 有限元法的基本思想30-32
• 4.1.2 彈塑性有限元方程32-34
• 4.1.3 剛塑性有限元方程34-35
• 4.2 熱傳遞分析35-37
• 4.3 基于空心鑄坯P91鋼熱擠壓數(shù)值模擬37-55
• 4.3.1 模型的簡化與假設(shè)38
• 4.3.2 模型的建立與參數(shù)選取38-40
• 4.3.3 數(shù)值模擬前處理40-44
• 4.3.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析44-51
• 4.3.5 不同參數(shù)對比分析51-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第五章 總結(jié)56-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 致謝64-66
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄66-67

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本文編號：592425