基于空心铸坯P91钢热挤压理论分析与数值模拟

发布时间：2017-07-30 04:08

  本文关键词：基于空心铸坯P91钢热挤压理论分析与数值模拟

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【摘要】：大口径厚壁无缝钢管是火电、核电、石油和化工等行业关键、重要的基础件。近年我国对大口径厚壁管的需求与日俱增,相应的热挤压成形工艺和装备的研究快速发展。然而,目前大口径厚壁无缝钢管生产工艺主要流程为:冶炼钢锭-镦粗-穿孔-挤压-热处理-机加工,该工艺虽比较自由锻造生产缩短了生产周期,节约了原材料,节省了能源消耗,但还存在工艺流程冗长、需要设备多、加热次数比较多和浪费材料等问题,制约了大口径厚壁无缝钢管生产的快速发展。本文是将以李永堂教授为首的研究团队提出的一种利用空心铸坯直接热挤压成形钢管的新工艺为研究对象,进行理论研究、实验研究和数值模拟研究,提出最佳工艺参数。这种新工艺与目前采用的工艺相比,能够大大缩短生产流程,减少设备,降低能耗,节约材料,提高生产效率和增加经济效益,具有很好的应用前景。本文从理论上对挤压过程进行力学分析。在极坐标系下建立管材挤压变形的计算模型;采用主应力法理论分析厚壁管的挤压变形过程及计算公式,得到挤压力随着挤压比的增大而增大,随着挤压角的增大而减小的变化规律;并对挤压过程金属流动规律进行分析。然后应用Gleebe-3500热模拟机对铸态P91耐热合金钢(厚壁管的使用材料)进行等温热压缩实验,得到了铸态P91材料的高温流动应力-应变曲线。分析该曲线可知,当应变速率较低,变形温度较高时,动态再结晶较充分,流动应力出现峰值,由此建立本构方程。利用Jmatpro软件进行模拟计算铸态P91钢的热导率、比热容、泊松比和杨氏模量曲线。利用DEFORM-3D数值模拟软件对铸态P91厚壁管?1320mm??920mm?12000mm的热挤压成形进行缩比(比例为1:10)模拟。并对挤压过程中金属流动、挤压力、速度场、等效应变、等效应力、坯料和模具的温度场进行分析。最后通过改变挤压比、挤压温度、挤压速度、挤压角分析对挤压力的影响。最终确定了铸态P91厚壁管?1320mm??920mm?12000mm的挤压比为10,挤压角为60°,挤压温度1200℃,挤压速度80mm/s时为最优工艺,为企业生产提供理论依据。
【关键词】：铸态P91 厚壁无缝钢管 理论分析 热挤压 数值模拟
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG376
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 背景意义8-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究状况11-12
• 1.2.2 国内研究状况12-13
• 1.3 研究的目的、意义13-14
• 1.4 研究内容及技术路线14-16
• 1.4.1 研究内容14
• 1.4.2 技术路线14-16
• 第二章 厚壁管热挤压成形工艺理论分析16-24
• 2.1 挤压的概述16-17
• 2.1.1 挤压技术的发展16
• 2.1.2 管材挤压生产方法及特点16-17
• 2.2 挤压过程分析17-24
• 2.2.1 挤压过程受力分析17-23
• 2.2.2 空心铸坯正挤压时的金属流动情况23-24
• 第三章 铸态P91热模拟实验24-30
• 3.1 铸态P91材料的性能特点24
• 3.2 铸态P91材料热模拟实验及分析24-30
• 3.2.1 铸态P91材料热模拟实验24-27
• 3.2.2 热模拟实验结果及分析27-30
• 第四章 空心铸坯P91钢厚壁管热挤压数值模拟30-56
• 4.1 有限元理论概述30-35
• 4.1.1 有限元法的基本思想30-32
• 4.1.2 弹塑性有限元方程32-34
• 4.1.3 刚塑性有限元方程34-35
• 4.2 热传递分析35-37
• 4.3 基于空心铸坯P91钢热挤压数值模拟37-55
• 4.3.1 模型的简化与假设38
• 4.3.2 模型的建立与参数选取38-40
• 4.3.3 数值模拟前处理40-44
• 4.3.4 数值模拟结果分析44-51
• 4.3.5 不同参数对比分析51-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 总结56-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-66
• 攻读学位期间发表的学术论文目录66-67

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本文编号：592425