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，溫度場變化情況較為復(fù)雜，并且承受急冷急熱的熱應(yīng)力。長期服役之后，芯棒會出現(xiàn)疲勞裂紋等形式的缺陷。為了達到提高芯棒使用壽命、降低生產(chǎn)成本的目的，必須對芯棒在服役過程中的溫度場及熱應(yīng)力進行研究。但是，對芯棒溫度的測量局限于各空冷階段的表面溫度，而對于軋制階段和水冷階段的表面溫度、整個服役過程中的內(nèi)部溫度分布和熱應(yīng)力進行在線實測的可行性不高。因此，采用實測和模擬仿真相結(jié)合的方法對芯棒服役過程中的溫度場及熱應(yīng)力進行研究是一個很好的選擇。
　　北京科技大學(xué)的學(xué)者針對340MPM機組(Multi-StandPipeMill限動芯棒連軋管機組)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變化規(guī)律。同時，通過對熱應(yīng)力的研究，分析了芯棒熱疲勞裂紋萌生機理及裂紋在芯棒內(nèi)部的擴展規(guī)律。對比實測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果，認為所建立的有限元模型能夠反映芯棒溫度變化趨勢。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)力均達到900MPa，第三次水冷結(jié)束時刻，軸向拉伸熱應(yīng)力達到186MPa，環(huán)向拉伸熱應(yīng)力達到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展，環(huán)向裂紋擴展至距表面17.5mm深、軸向裂紋擴展至距表面20mm深時會顯著受阻，熱應(yīng)力對軸向裂紋的促進作用強于環(huán)向裂紋。