《Materials Today Communications》：Investigation on corner thickening mechanism of Q460NH square tube using "Ω" new pass design in the hot roll forming
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本文针对传统冷弯成型方管存在的角部减薄、外角半径大等质量问题，创新性地提出"Ω"新型孔型热轧成型工艺。研究通过建立热力耦合有限元模型并结合实验验证，系统分析了750℃、850℃、950℃三种温度下Q460NH耐候钢方管的成型质量。结果表明，850℃"Ω"热轧工艺使角部厚度比提升1.7%，外角半径减小5.2%，并通过EBSD、KAM等微观表征技术揭示了晶粒细化与位错密度增加对力学性能的增强机制，为高强度耐候钢方管的高质量成型提供了重要理论依据和实践指导。
在大型建筑工程领域，大尺寸厚壁方管因其高强度和稳定性而备受青睐。然而，传统的冷弯成型工艺却面临着一个棘手难题：角部减薄和微裂纹缺陷。这些问题不仅影响方管的外观质量，更会削弱其局部力学性能，进而威胁建筑结构的安全性和耐久性。随着国民经济的发展，特别是建筑规模扩大和承载能力要求的提高，市场对高质量成型技术的需求日益迫切。
为了解决这一行业痛点，太原科技大学的科研团队开展了一项创新性研究。他们独辟蹊径，将热轧后尚有余温的钢板直接送入自主研发的"Ω"型热轧成型机，开发出一种短流程渐进式热轧成型新工艺。这项研究成果发表在《Materials Today Communications》期刊上，为高强度耐候钢方管的优质成型提供了重要的理论和实践支撑。
研究团队采用了几个关键技术方法：首先基于塑性成型理论设计了特殊的"Ω"孔型曲线，通过分段最小二乘法拟合获得函数表达式；其次利用ABAQUS软件建立热力耦合有限元模型，对三种温度工况（750℃、850℃、950℃）下的成型过程进行数值模拟；同时搭建实验平台进行验证性试验，并采用扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）等先进表征手段分析微观组织演变，结合维氏硬度测试评估力学性能变化。
研究结果从多个维度验证了"Ω"热轧成型工艺的优越性。在角部厚度方面，数值模拟与实验测量结果高度吻合，850℃工况下角部厚度达到最大值2.034mm，较传统冷弯成型提升1.7%。这种增厚效应主要归因于动态回复（DRV）导致金属在内角区域的积累。外角半径测量显示，850℃热轧成型的外角半径最小（9.48mm），比冷弯成型减小5.2%，这得益于塑性应变引起的金属从外角边缘向平面区域的流动。
微观结构分析揭示了性能提升的内在机制。扫描电镜观察发现，热轧成型后铁素体和碳化物颗粒沿轧制方向伸长，滑移面的平行结构清晰可见。EBSD分析表明，角部外边缘的晶粒细化程度始终高于内边缘，850℃时晶粒最细小（外边缘平均晶粒尺寸4.34μm）。晶界取向差分布统计显示，850℃时大角度晶界（HAGBs）比例最高，表明动态再结晶（DRX）程度最大。KAM分析进一步证实位错在晶界处积累，导致塑性变形增强。
力学性能测试结果与微观组织演变规律相互印证。维氏硬度测量表明，相同温度下角部外边缘硬度始终高于内边缘，850℃时达到最大值（外边缘218.3HV）。这种强化效应主要源于晶粒细化和位错密度增加的共同作用：细晶强化不仅直接提升材料硬度，还通过促进位错运动和晶界滑移来增强塑性变形能力。
该研究通过系统的数值模拟和实验验证，证实了"Ω"热轧成型工艺在改善方管角部质量方面的显著效果。特别是在850℃条件下，该工艺不仅减少了成型道次，实现了短流程生产，还显著提升了角部区域的力学性能。晶粒细化、位错密度增加以及由此带来的细晶强化效应，共同构成了角部性能提升的微观机制。这项研究为高强度耐候钢方管的热轧成型提供了重要的理论基础和技术支持，有望成为未来方管生产的主流方法之一。
