三輥軋管機(jī)內(nèi)螺現(xiàn)象的研究及解決方法

嚴(yán)衛(wèi)群

（華菱集團(tuán)湖南衡陽鋼管（集團(tuán)）有限公司， 湖南衡陽市 421001）

三輥軋管機(jī)內(nèi)螺現(xiàn)象的研究及解決方法

嚴(yán)衛(wèi)群

（華菱集團(tuán)湖南衡陽鋼管（集團(tuán)）有限公司， 湖南衡陽市 421001）

研究了三輥軋管機(jī)軋制鋼管時出現(xiàn)內(nèi)螺現(xiàn)象的原因，并進(jìn)行了優(yōu)化輥型、優(yōu)化工藝參數(shù)、提高軋輥表面質(zhì)量3種解決方案的試驗(yàn)分析，認(rèn)為對于60CrMnMo鋼軋輥進(jìn)行表面堆焊處理能有效提高三輥軋管機(jī)輥表面硬度和熱耐磨性，減輕和消除內(nèi)螺現(xiàn)象。

三輥軋管機(jī)；內(nèi)螺；60CrMnMo軋輥；表面堆焊

0 前 言

熱軋三輥軋管機(jī)阿塞爾軋機(jī)是熱軋厚壁無縫鋼管生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，但其在軋制鋼管時有1個固有缺陷，即容易在鋼管內(nèi)表面產(chǎn)生螺旋形的凹凸不平缺陷，稱為鋼管內(nèi)螺缺陷，其嚴(yán)重影響鋼管質(zhì)量，用戶也經(jīng)常提出質(zhì)量異議。

通過分析研究，三輥軋管機(jī)產(chǎn)生鋼管內(nèi)螺的原因主要有3個：一是調(diào)整參數(shù)的影響；二是軋輥輥形的影響；三是軋輥表面質(zhì)量、硬度和熱耐磨性的影響。作者對此做了大量實(shí)驗(yàn)對比研究，發(fā)現(xiàn)前2種因素雖然能比較有效地解決三輥軋管機(jī)鋼管內(nèi)螺缺陷等質(zhì)量問題，但都不是很穩(wěn)定，原因就是軋輥表面的硬度達(dá)不到要求，容易磨損，一旦磨損到一定程度，軋管機(jī)的鋼管內(nèi)螺現(xiàn)象就比較明顯，而硬度偏高軋輥表面又容易出現(xiàn)“龜裂”現(xiàn)象，影響軋輥的使用壽命。如何通過提高軋輥表面質(zhì)量來提高軋輥的硬度和熱耐磨性是穩(wěn)定、有效地解決三輥軋管機(jī)鋼管內(nèi)螺現(xiàn)象最好方法。本文對軋輥表面進(jìn)行了堆焊及熱處理，有效地提高了軋輥表面硬度和熱耐磨性，較好地解決了三輥軋管機(jī)的內(nèi)螺缺陷這一質(zhì)量難題。

1 產(chǎn)生內(nèi)螺的原因分析

從理論上分析，219機(jī)組軋管工藝是錐形穿孔＋三輥軋管＋十二定徑和十二微張力減徑，而三輥軋管是屬于斜軋工序，內(nèi)螺是該工序的固有缺欠。傳統(tǒng)三輥軋管機(jī)輥型設(shè)計(jì)都是輾軋帶母線設(shè)計(jì)成一條直線，當(dāng)送進(jìn)角為0°、調(diào)整時所用的輾軋角為軋輥輥型上的輾軋角時，軋制段的母線才會與軋制中心線平行，在這種情況下理論上不會產(chǎn)生內(nèi)螺紋，但是當(dāng)送進(jìn)角為0°時是不能正常軋制出鋼管的，故要正常軋制生產(chǎn)，調(diào)整時必須有1個一定大小的送進(jìn)角，送進(jìn)角不為0°時管體在輾軋段的實(shí)際空間開度曲線與軋制中心線不平行，所以軋出的鋼管總會有內(nèi)螺，這種內(nèi)螺紋呈波浪型。內(nèi)螺紋還有一種形式就是內(nèi)表面有1條比較明顯的螺紋型的槽子，這種內(nèi)螺紋產(chǎn)生的原因主要是軋輥輥型加工精度差，3個軋輥入口錐的母線不一樣長及軋管參數(shù)調(diào)整不合理，如3個送進(jìn)角、3個輾軋角、3個輥縫值不相等，再加上軋輥材質(zhì)耐磨性差造成的。

2 解決方法

影響軋管機(jī)軋管產(chǎn)生內(nèi)螺的原因主要是調(diào)整參數(shù)不當(dāng)、軋輥加工的輥形及精度誤差明顯，以及軋輥表面硬度及熱耐磨性差，下面就從這三個方面進(jìn)行分析研究。

2.1 優(yōu)化輥型

圖1為軋輥輥型簡圖，本文對輥型進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化前后參數(shù)見表1。

圖1 軋輥輥型簡化示意

表1 優(yōu)化前后參數(shù)

進(jìn)行改變軋輥輥型后鋼管表面質(zhì)量對比實(shí)驗(yàn)。軋輥材料為45Mn2鋼軋材，采用Φ130mm坯料生產(chǎn)，規(guī)格為89mm×16mm，按標(biāo)準(zhǔn)《YB／T5035－1996》各軋250t，軋制參數(shù)見表2，試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可知，優(yōu)化后的軋輥輥型軋出的鋼管內(nèi)螺紋要淺一些，且不易軋傷鋼管。

表2 軋制參數(shù)

表3 優(yōu)化前后試驗(yàn)結(jié)果對比

2.2 優(yōu)化工藝參數(shù)

對薄壁管使用小送進(jìn)角、小孔喉值進(jìn)行試驗(yàn)，對比試驗(yàn)前后鋼管內(nèi)表面質(zhì)量情況。試驗(yàn)用Φ130 mm坯料生產(chǎn)，采用20＃優(yōu)質(zhì)碳鋼，鋼管尺寸為76 mm×10mm，按標(biāo)準(zhǔn)《GB／T8163－2008》生產(chǎn)，也采用Φ280mm坯料生產(chǎn)219mm×40mm鋼管，鋼材為P12合金鋼，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《GB5310－2008》生產(chǎn)。軋制參數(shù)見表4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5，從表5可知，其它條件不變時使用小送進(jìn)角可以減輕內(nèi)螺深度；使用小芯棒減小孔喉值可以減少內(nèi)螺深度。

表4 改變軋管送進(jìn)角和孔喉值的試驗(yàn)參數(shù)

表5 優(yōu)化工藝參數(shù)對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 提高軋輥表面質(zhì)量

由三輥軋管的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，使用軋輥軋制鋼管一段時間后（一般為7d），就要更換軋輥，主要是軋輥工作面磨損嚴(yán)重，使軋制的鋼管表面有明顯裂紋及出現(xiàn)內(nèi)表面內(nèi)螺較深等質(zhì)量問題，而且有時在軋制4～5d后，軋輥軋出的鋼管內(nèi)表面內(nèi)螺明顯加深。為此本文通過提高軋輥硬度和對軋輥表面進(jìn)行堆焊修復(fù)，對提高軋輥表面質(zhì)量進(jìn)行了研究。

（1）提高軋輥硬度。進(jìn)行軋輥硬度提高前后鋼管表面對比試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為采用45Mn2合金鋼，Φ130mm坯料生產(chǎn)鋼管89mm×16mm，按標(biāo)準(zhǔn)《YB／T5035－1996》，合同量各軋350t，軋制參數(shù)見表6。

試驗(yàn)結(jié)果見表7，從表7可知，2種輥型硬度進(jìn)行對比，硬度320HB輥型的內(nèi)螺淺，說明軋輥硬度高有利于提高鋼管內(nèi)表面質(zhì)量。但軋輥硬度提高后，軋輥使用一段時間后（一般3～5d）軋輥的工作表面產(chǎn)生縱向裂紋（俗稱龜裂），導(dǎo)致以后軋出的鋼管外表面容易產(chǎn)生小裂紋，且軋輥再使用時的切削量大大增加，所以單純提高軋輥硬度不可取。

表6 試驗(yàn)軋制壓制參數(shù)

表7 軋輥硬度提高前后鋼管表面對比實(shí)驗(yàn)

（2）通過對軋輥表面堆焊、熱處理提高表面硬度和熱耐磨性。Φ540外徑大小的新軋輥使用至Φ485時就要報廢，在報廢的軋輥中選取一組軋輥進(jìn)行堆焊修復(fù)，一是節(jié)約工模具成本；二是驗(yàn)證堆焊的軋輥在使用上較傳統(tǒng)軋輥是否有更好的性能。堆焊軋輥采用堆焊前軋輥準(zhǔn)備－焊前預(yù)熱－保溫堆焊作業(yè)－焊后回火熱處理－焊后機(jī)加工－成品檢測等工藝。堆焊前軋輥準(zhǔn)備即采用機(jī)械加工的方法去掉軋輥表面的疲勞層、龜裂等缺陷。為防止在焊接時造成脆性區(qū)、杜絕裂紋的發(fā)生，堆焊前必須對軋輥進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度在材料的Ms點(diǎn)以上，同時為減少熱應(yīng)力，升溫速度開始時要采用約20℃／h速度升溫，100℃之后可升高至40℃／h，以達(dá)到加熱均勻；堆焊環(huán)節(jié)中必須綜合考慮焊接電壓、焊接速度、軋輥轉(zhuǎn)速、軋輥的保溫、焊接電流、焊接材料等，焊接分為過渡層和工作層，工作層采用鉻含量5%～6%的工具鋼成分，并控制C含量在0.3%以下，通過提升M0含量至3.0%左右，提高堆焊金屬的熱耐磨性；為消除焊接殘余應(yīng)力，還要對堆焊緩冷后的軋輥進(jìn)行回火熱處理，為了達(dá)到需要的軋輥表面硬度，回火溫度不宜過高，一般控制為500～550℃。

分廠分別于5，6月份采用堆焊軋輥和普通軋輥進(jìn)行了對比試驗(yàn)，試驗(yàn)對比數(shù)據(jù)見表8、表9。堆焊前后使用效果對比見表10。由數(shù)據(jù)表明，通過使用堆焊軋輥，可減少軋輥磨損量，軋輥使用壽命提高1倍以上，且鋼管內(nèi)表面內(nèi)螺紋缺陷得到了有效控制。

表8 5月份軋輥對比試驗(yàn)結(jié)果

表9 6月份軋輥對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表10 堆焊前后使用效果對比

3 結(jié) 論

（1）影響三輥軋管機(jī)鋼管內(nèi)表面內(nèi)螺缺陷的主要因素為孔型調(diào)整參數(shù)的固定、軋輥形狀以及軋輥表面質(zhì)量。

（2）通過優(yōu)化軋輥輥形和優(yōu)化工藝參數(shù)可以減輕三輥軋管機(jī)的內(nèi)表面內(nèi)螺紋缺陷，但不穩(wěn)定。

（3）通過提高軋輥表面硬度，可有效控制鋼管內(nèi)螺缺陷，但單純提高軋輥硬度會使軋輥有“龜裂”趨勢從而導(dǎo)致軋輥使用壽命明顯縮短。

（4）通過堆焊熱處理工藝提高軋輥表面硬度和熱耐磨性，既可有效控制、減小三輥軋管機(jī)內(nèi)表面內(nèi)螺缺陷，同時還可提高軋輥使用周期（一次軋制周期可達(dá)10d），延長軋輥使用壽命，也是節(jié)約軋管系統(tǒng)工模具成本的有效途徑，值得在同機(jī)組中廣泛推廣應(yīng)用。

［1］史美堂.金屬材料及熱處理［M］.上海：科學(xué)技術(shù)出版社，1987.

［2］黃漢成.提高三輥軋機(jī)穩(wěn)定性的措施［J］.軋鋼，2002，19（6）：60－61.

2011－11－03）

嚴(yán)衛(wèi)群（1968－），男，湖南華容人，高級工程師，主要從事軋管工藝技術(shù)及裝備研究，Email：01ywq＠163.com。