芯棒是鋼管生產(chǎn)中一種重要的變形工具，其服役條件非常惡劣，溫度場(chǎng)變化情況較為復(fù)雜，并且承受急冷急熱的熱應(yīng)力。長(zhǎng)期服役之后，芯棒會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋等形式的缺陷。為了達(dá)到提高芯棒使用壽命、降低生產(chǎn)成本的目的，必須對(duì)芯棒在服役過程中的溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力進(jìn)行研究。但是，對(duì)芯棒溫度的測(cè)量局限于各空冷階段的表面溫度，而對(duì)于軋制階段和水冷階段的表面溫度、整個(gè)服役過程中的內(nèi)部溫度分布和熱應(yīng)力進(jìn)行在線實(shí)測(cè)的可行性不高。因此，采用實(shí)測(cè)和模擬仿真相結(jié)合的方法對(duì)芯棒服役過程中的溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力進(jìn)行研究是一個(gè)很好的選擇。
　　北京科技大學(xué)的學(xué)者針對(duì)340MPM機(jī)組(Multi-StandPipeMill限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)組)芯棒服役過程建立三維有限元模型，研究芯棒在服役過程中溫度場(chǎng)變化規(guī)律。同時(shí)，通過對(duì)熱應(yīng)力的研究，分析了芯棒熱疲勞裂紋萌生機(jī)理及裂紋在芯棒內(nèi)部的擴(kuò)展規(guī)律。對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果，認(rèn)為所建立的有限元模型能夠反映芯棒溫度變化趨勢(shì)。芯棒首次脫管后表面最高溫度為630℃，此后經(jīng)歷三次反復(fù)的水冷降溫和空冷返溫過程，冷卻結(jié)束后表面最高溫度為98℃。脫管后，芯棒表面軸向和環(huán)向壓縮熱應(yīng)力均達(dá)到900MPa，第三次水冷結(jié)束時(shí)刻，軸向拉伸熱應(yīng)力達(dá)到186MPa，環(huán)向拉伸熱應(yīng)力達(dá)到221MPa。芯棒的拉壓交變熱應(yīng)力使其表面出現(xiàn)熱疲勞裂紋并逐漸擴(kuò)展，環(huán)向裂紋擴(kuò)展至距表面17.5mm深、軸向裂紋擴(kuò)展至距表面20mm深時(shí)會(huì)顯著受阻，熱應(yīng)力對(duì)軸向裂紋的促進(jìn)作用強(qiáng)于環(huán)向裂紋。
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