Φ244.48 mm×10.03 mm 定徑孔型設(shè)計(jì)和優(yōu)化

付乃民，王君國，張永勝

（天津鋼管制造有限公司，天津300301）

0 引言

定徑機(jī)是熱軋無縫鋼管機(jī)組中最后一道變形機(jī)組，直接決定著最終成品的外徑尺寸精度。鋼管的定徑過程是從被脫管機(jī)脫出后的溫度900～1050 ℃鋼管，經(jīng)過小冷床運(yùn)到定徑前入口輥道，經(jīng)過20 MPa的高壓水除鱗裝置去除荒管表面的氧化鐵皮，然后在定徑機(jī)中軋制成符合要求外徑的鋼管，軋后最大管長達(dá)36 m?？偣灿?0 架，最大出口速度為2 m/s,定徑機(jī)配有SMS-Meer 的CARTA 控制系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)可以用于定徑機(jī)的速度計(jì)算及孔型設(shè)計(jì)等一些功能?；墓艹龆◤綑C(jī)后在去冷床的輥道上進(jìn)行溫度、外徑、長度的連續(xù)測量。測量的結(jié)果可用于軋制過程中的閉環(huán)控制。鋼管出定徑機(jī)后，輸送到冷床入口輥道處，然后用回轉(zhuǎn)臂翻到步進(jìn)式冷床上冷卻。天津鋼管制造有限公司460 PQF 連軋管機(jī)組定徑機(jī)可以生產(chǎn) Φ244.48～Φ457.2 mm 外徑的鋼管[1-4]。對(duì)于Φ244.48 mm 外徑的鋼管，原定徑機(jī)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)孔型是Φ244.48 mm×11.99 mm 規(guī)格套管，但隨著合同需求增加，要逐步生產(chǎn)Φ244.48 mm×10.03 mm 規(guī)格套管。按照SMS-MEER 原設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)的定徑機(jī)孔型參數(shù)，在生產(chǎn)Φ244.48 mm×10.03 mm 套管時(shí)，在鋼管內(nèi)表面沿圓周方向有間隔120°或一條縱向凸起，如圖1 和圖2 所示，在鋼管內(nèi)表面產(chǎn)生質(zhì)量缺欠，人工檢驗(yàn)不容易發(fā)現(xiàn)，只能通過漏磁探傷報(bào)出，并且需要內(nèi)修磨機(jī)進(jìn)行修磨，處理時(shí)間長，不但增加了修復(fù)成本，還影響了合同按時(shí)交貨。

圖1

圖2

1 Φ244.48 mm×10.03 mm 定徑孔型設(shè)計(jì)

1.1 已知條件

定徑機(jī)的主要作用是在一定的總減徑率和較小的單機(jī)架減徑率條件下對(duì)連軋軋出來的荒管進(jìn)行減徑，以實(shí)現(xiàn)用一種規(guī)格荒管能夠生產(chǎn)多種規(guī)格成品管的任務(wù)。

Φ460 mm PQF 連軋管機(jī)組定徑機(jī)組的孔型分A、B、C、D、E 五個(gè)孔型系列，對(duì)應(yīng)的荒管直徑分別為Φ231 mm、Φ282 mm、Φ355.6 mm、Φ437 mm、Φ462.9 mm。Φ244.48 mm×10.03 mm 應(yīng)該選擇 B 系列。

1.2 機(jī)架數(shù)目的確定

根據(jù)軋制所給定的毛管和成品管的尺寸，求出總變形量（總減徑、總延伸系數(shù)），選定單機(jī)架減徑率，求出所需機(jī)架數(shù)目，一般從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)[5-9]，盡可能采用比較大的單機(jī)架減徑率來減少機(jī)架數(shù)目：

式中：n—機(jī)架數(shù)目

Dn、De—定徑后，定徑前鋼管外徑

εD—平均單機(jī)架減徑率

q—減徑率較小時(shí)機(jī)架的折合數(shù)

對(duì)于定徑機(jī)，εD 一般不小于3.5% q 一般取2

1.3 減徑率的分配

分配各機(jī)架減徑率，求出各機(jī)架孔型的平均值Dt，通常第一架減徑率約為平均減徑率的50%左右，以適應(yīng)來料尺寸波動(dòng)，成品前二架為平均減徑率的一半，成品前一架即成品機(jī)架一般沒有減徑率，以保證成品鋼管的外經(jīng)尺寸精度及其直圓度，其余機(jī)架的減徑率平均[10-12]，由此，便可求出孔型的標(biāo)準(zhǔn)直徑Di。

得到： εi=（Di-1 -Di）/D（i-1）

式中：D1=De（1-ε1）

D2=D1（1-ε2）

……

D9=D8（1-ε9）

1.4 橢圓度的分配

孔型橢圓度α=a/b，三輥微張力定徑機(jī)橢圓度一般按照：開始時(shí)橢圓度逐漸增大，到最大值后逐漸減小，最后一架精軋機(jī)架橢圓度為1。

這樣，根據(jù)孔型系列、孔型標(biāo)準(zhǔn)直徑，便可確定孔型其他尺寸，相應(yīng)的加工孔型的工具尺寸。按照上面的設(shè)計(jì)思路，Φ244.48 mm×10.03 mm 孔型設(shè)計(jì)參數(shù)如下表1：

表1 定徑孔型參數(shù)（優(yōu)化前）

使用該孔型參數(shù)對(duì)Φ244.48 mm×10.03 mm 規(guī)格套管進(jìn)行軋制，所生產(chǎn)的鋼管在漏磁探傷時(shí)，在鋼管的內(nèi)表面報(bào)出比較明顯的質(zhì)量缺陷。對(duì)報(bào)傷的鋼管位置剖開確認(rèn)鋼管內(nèi)表面缺陷，缺陷形式為圖1 的缺欠。

2 Φ244.48 mm×10.03 mm 定徑孔型的優(yōu)化

通過對(duì)定徑前變形機(jī)組參數(shù)確認(rèn)和定徑機(jī)組做軋卡實(shí)驗(yàn)，排除了定徑前荒管產(chǎn)生的缺欠，確認(rèn)是由于定徑機(jī)單機(jī)架減徑率過大造成。按照分析原因?qū)Χ◤綑C(jī)孔型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加了機(jī)架數(shù)，減小各機(jī)架的橢圓度、減徑量和減徑率。優(yōu)化后的各機(jī)架的橢圓度為：1.022，1.022，1.022，1.022，1.022，1.019，1.018，1.012，1.010，1.000。減徑率（%）為：1.18，1.56，1.56，1.56，1.56，1.47，1.33，1.20，0.90，0.41.由此計(jì)算可得各機(jī)架型平均直徑（mm）為：279.26，274.9，270.61，266.39，262.23，258.38，254.95，251.88，249.62，248.60。優(yōu)化后的孔型參數(shù)如表 2。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)效果

孔型優(yōu)化后，對(duì)Φ244.48 mm×10.03 mm 套管進(jìn)行試軋制。試軋結(jié)果顯示：

（1）通過跟蹤鋼管內(nèi)表面缺陷探傷結(jié)果，從探傷曲線圖沒有發(fā)現(xiàn)有明顯的類似傷型。

（2）隨機(jī)對(duì)軋制鋼管對(duì)定點(diǎn)位置進(jìn)行鋸切，在鋸切后的鋼管內(nèi)表面也未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。

根據(jù)試軋結(jié)果初步判定優(yōu)化后定徑孔型對(duì)生產(chǎn)Φ244.48×10.03 套管內(nèi)表面缺陷控制效果較好。

采用優(yōu)化后的孔型參數(shù)進(jìn)行規(guī)模軋制，半年生產(chǎn) 273 爐共計(jì) 18786 支 Φ244.48mm×10.03mm 套管。通過對(duì)探傷鋼管進(jìn)行內(nèi)表面缺陷情況進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)鋼管內(nèi)表面質(zhì)量正常，如圖1、圖2 所示的縱向凸起這種缺欠沒有再產(chǎn)生，可以確認(rèn)定徑孔型參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路正確。

表2 定徑孔型參數(shù)（優(yōu)化后）

4 結(jié)語

本文介紹了定徑孔型設(shè)計(jì)過程，在使用初始參數(shù)生產(chǎn)Φ244.48 mm×10.03 mm 套管時(shí)內(nèi)表面產(chǎn)生縱向凸起，通過分析產(chǎn)生原因，對(duì)定徑機(jī)孔型進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)，解決了Φ244.48 mm×10.03 mm 套管內(nèi)表面凸起的缺欠，提高了鋼管內(nèi)表面質(zhì)量，為Φ244.48 mm×10.03 mm 套管的批量穩(wěn)定軋制提供了良好保證。