用于33Mn2V型热轧无缝钢管穿孔组织预测的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于33Mn2V型热轧无缝钢管穿孔组织预测的方法，包括步骤有：（1）确定模型热镦锻过程；（2）确定热镦锻过程中的物理参数规律，确定动态再结晶晶粒尺寸的经验数学关系模型式；（3）计算物理参数；（4）将求得的晶粒尺寸输入到MSC.Marc/AutoForge软件平台中的求解器求解，并可视化等效云图；（5）通过MSC.Marc/AutoForge软件的结构计算分析，进行33Mn2V型钢热轧无缝钢管穿孔过程动态再结晶晶粒大小随着有限元计算增量不变化的规律。本发明能够有效的预报钢管产品的演变及最终产品的组织形态，通过晶粒细化可使金属性能提高20%～40%。
【专利说明】用于33Mn2V型热轧无缝钢管穿孔组织预测的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无缝微合金节能钢穿轧【技术领域】，特别是涉及对曼内斯曼式穿孔机在斜轧热变形过程中针对材料的动、静态再结晶百分量，晶粒尺寸，组织性能等三维动态的有限元模拟预测方法，具体是一种用于33Mn2V型热轧无缝钢管穿孔组织预测的方法。
【背景技术】
[0002]MSC.Marc/AutoForge是采用90年代最先讲有限元网格和求解技术,快速模拟各种冷热锻造、挤压、轧制以及多步锻造等体成型过程的工艺制造专用.。它综合了 MSC.Marc/MENTAT通用分析皿求解器和前后处理器的精髓，以及全自动二维四边形M和三维六面体网格自适应和重划分技术，实现对具有高度组合的非线性体成型过程的全自动数值模拟。其图形界面采用工艺工程师的常用术语，容易理解，便于运用，MSC.Marc/AutoForge提供了大量实用材料数据以供选用，用户也能够自行创建材料数据库备用。利用MSC.Marc/AutoForge提供的结构分析功能，可对加工后的包含残佘应力的工件进行进一步的结构分析，模拟加工产品在后续的运行过程中的性能，有助于改进产品加工工艺或其未来的运行环境。
[0003]目前，MSC, Marc/ AutoForge31材料库中没有33Mn2V钢的有关数据，需要用户建立自己的数据库。不同温度下的热物理参数，如热传导率、比热、热膨胀系数等，可直接从软件窗口中输入，高温下的物理参数可通过相关文献得到，
[0004]目前，在33Mn2V型无缝微合金节能钢管斜轧的过程中，由于金属变形、张力系数、温度分布、材料特性等多种复杂因素的影响，导致钢管生产穿轧过程组织演化难实时预测等问题。
[0005]之前，我们在“塑性工程学报” Vol，16，No, 5, Oct, 2009上发表过“无缝钢管穿管过程动态再结晶晶粒变化规律”的文章，该文对33Mn2V型无缝钢管斜轧过程中管件内部动态再结晶晶粒尺寸的变化及分布情况做了详细的描述，但将33Mn2V型热轧无缝钢管穿孔组织有效以MSC.Marc/AutoForge表现出来,用于无缝钢管穿孔组织的预测，由于金属变形、张力系数、温度分布、材料特性等多种复杂因素的影响，目前33Mn2V钢管生产穿轧过程组织演化还没能实现实时预，用以提高钢管质量。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于33Mn2V型热轧无缝钢管穿孔组织预测的方法。
[0007]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0008]一种用于33Mn2V型热轧无缝钢管穿孔组织预测的方法，包括步骤如下:
[0009](I)确定模型热镦锻过程；
[0010](2)确定热镦锻过程中的物理参数规律；根据记录试样变形时真应力-真应变数据，确定动态再结晶晶粒尺寸的经验数学关系模型式；[0011](3)计算物理参数；通过物理参数激活能Q、温度T、应变速率^^以确定Z ；
[0012](4)将ddM输入到MSC.Marc/AutoForge软件平台中的求解器求解,并可视化显示计算结果的等效云图；
[0013](5)通过MSC.Marc/AutoForge软件的结构计算分析，进行33Mn2V型钢热轧无缝钢管穿孔过程动态再结晶晶粒大小随着有限元计算增量不变化的规律，从而达到预测目标。
[0014]而且，所述步骤(1)确定模型热镦锻过程的具体内容包括:确定33Mn2V试样在Gleeble-1500热/力模拟仪上进行热镦锻试验，试样以10度/s升温到1200度，保温IOmin后，以6.7度/s冷却到变形温度1200度、1100度、950度、800度、750度，接着以 0.02/s的应变速率变形，其最大变形量为60%，真应变为0.92。
[0015]而且，所述步骤(2)中确定的关系式具体为如下公式:
[0016]ddrx=3.2967 X IO4.1^.2003, Q=412.9kJ/mol ；
[0017]式中ddrx动态再结晶晶粒尺寸式中Z是Zener-Hollomon参数。
[0018]本发明的优点和积极效果是
[0019]1、本发明建立了斜轧穿孔过程的数值模型，研究轧件内部位移场、温度场、应力场和应变场和组织等的分布和演化规律，重点解决了边界约束条件、摩擦条件、热轧过程中热传导系数及比热随温度变化、导板(或导盘)的尺寸及导板距离等因素对穿孔过程及穿孔后钢管形状、尺寸精度的作用。
[0020]2、本发明建立了适用于轧件内部空心缺陷的韧性破坏准则，确定各主要工艺参数和变形条件与斜轧穿孔成形过程中金属内部组织演变的模型，解决了钢管生产穿轧过程中钢管内部组织实时演变的动态预测难题，是提高钢管质量预测缺陷产生的一种有效方法。
[0021]3、本发明能够有效的预报钢管产品的形状、变形过程中温度变化、组织的演变及最终产品的组织形态，可缩短开发新产品周期，通过晶粒细化可使金属性能提高20%~40%。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的方法步骤框图；
[0023]图2中，图2 (a)至图2 (j)分别为不同增量步时工件内面平均晶粒尺寸、温度、等效应变和等效应变率分布图；
[0024]图3为工件横截面平均晶粒尺寸分布图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本发明实施例做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0026]一种用于33Mn2V型热轧无缝钢管穿孔组织预测的方法，如图1所示，包括方法步骤如下:
[0027](I)确定模型热镦锻过程；确定33Mn2V试样在Gleeble-1500热/力模拟仪上进行热镦锻试验，试样以10度/s升温到1200度，保温IOmin后，以6.7度/s冷却到变形温度1200度、1100度、950度、800度、750度，接着以0.02/s的应变速率变形，其最大变形量为60%，真应变为0.92 ；[0028](2)确定热镦锻过程中的物理参数规律；根据记录试样变形时真应力-真应变数据，确定动态再结晶晶粒尺寸的经验数学关系模型式，公式如下:
[0029]ddrx=3.2967 X IO4.Z-0.2003，Q=412.9kJ/mol ；
[0030]式中ddM动态再结晶晶粒尺寸式中Z是Zener-Hollomon参数；
[0031](3)计算物理参数；通过物理参数激活能Q、温度T、应变速率8以确定Z ；
[0032](4)将ddM输入到MSC.Marc/AutoForge软件平台中的求解器求解,并可视化显示计算结果的等效云图；
[0033](5)通过MSC.Marc/AutoForge软件的结构计算分析，如图2或3所示,进行33Mn2V型钢热轧无缝钢管穿孔过程动态再结晶晶粒大小随着有限元计算增量不变化的规律，从而达到预测目标。
【权利要求】
1.一种用于33Mn2V型热轧无缝钢管穿孔组织预测的方法，其特征在于:包括步骤如下: (1)确定模型热镦锻过程； (2)确定热镦锻过程中的物理参数规律；根据记录试样变形时真应力-真应变数据，确定动态再结晶晶粒尺寸的经验数学关系模型式； (3)计算物理参数；通过物理参数激活能Q、温度T、应变速率8以确定Z； (4)将ddM输入到MSC.Marc/AutoForge软件平台中的求解器求解,并可视化显示计算结果的等效云图； (5)通过MSC.Marc/AutoForge软件的结构计算分析，进行33Mn2V型钢热轧无缝钢管穿孔过程动态再结晶晶粒大小随着有限元计算增量不变化的规律，从而达到预测目标。
2.根据权利要求1所述的用于33Mn2V型热轧无缝钢管穿孔组织预测的方法，其特征在于:所述步骤(1)确定模型热镦锻过程的具体内容包括:确定33Mn2V试样在Gleeble-1500热/力模拟仪上进行热镦锻试验，试样以10度/s升温到1200度，保温IOmin后，以6.7度/s冷却到变形温度120 0度、1100度、950度、800度、750度，接着以0.02/s的应变速率变形，其最大变形量为60%，真应变为0.92。
3.根据权利要求1所述的用于33Mn2V型热轧无缝钢管穿孔组织预测的方法，其特征在于:所述步骤(2)中确定的关系式具体为如下公式:
ddrx=3.2967 X IO4.I—0.观，Q=412.9kJ/mol ； 式中ddM动态再结晶晶粒尺寸式中Z是Zener-Hollomon参数。
【文档编号】B21B38/00GK103537490SQ201310507226
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】王辅忠, 张慧春, 孙硕, 陆璐, 范慧 申请人:天津工业大学