穿孔機鋼導盤粘鋼原因分析及控制

張 進，黃尊良，朱寶祿，尹錫泉

（天津鋼管集團股份有限公司，天津300301）

1 前言

天津鋼管集團MPM機組穿孔使用導盤與桶型穿孔輥配合進行孔型封閉。導盤水平布置在穿孔中心線兩側，與上、下穿孔輥和頂頭共同構成變形區(qū)。在穿孔過程中，導盤對變形的金屬除了起到導向作用外，還起到限制金屬橫向變形、促進金屬軸向延伸、控制毛管外徑、對變形區(qū)金屬施加軸向拉力的作用。由于導盤主動旋轉線速度大于穿孔毛管軸向線速度，因此導盤也能起到提高穿孔效率的作用。

在穿孔生產過程中經常有導盤粘鋼現象發(fā)生，導盤粘鋼現象是由于在穿孔時間內,導盤與處于高溫狀態(tài)的穿孔坯料接觸時,局部受到高溫、高壓和摩擦力等因素的聯合作用,導致導盤與軋件局部出現類似于壓力焊接中的假焊現象[1]。較重的導盤粘鋼不僅造成停機事故，降低機組作業(yè)率并且會對毛管產生通體螺旋型劃傷，再經過連軋和定徑機組的軋制，在成品管表面形成與螺距方向相反的螺旋型外折或者外結疤（如圖1、2所示。造成連軋管外折、外結疤的因素較多，理論上講，凡是能與管坯、毛管及荒管外表面接觸的設備都能造成外折、外結疤，但是只有導盤粘鋼能造成與螺距方向相反的規(guī)律性螺旋型外折或者外結疤）。輕微的外折或者外結疤需要下線修磨，嚴重的無法修磨造成廢品，對成材率造成重大影響，因此解決好導盤粘鋼問題具有重要意義。

圖1 導盤粘鋼造成的鋼管外折缺陷

圖2 導盤粘鋼造成的鋼管外結疤缺陷

2 導盤孔型設計與材質

2.1 導盤孔型的設計原理

導盤外環(huán)與導盤內環(huán)組件構成導盤整體，當導盤外環(huán)損壞時可以直接更換外環(huán)而不更換內環(huán)組件，這樣有利于降低導盤消耗。導盤的孔型采用雙弧形，兩段圓弧相切點在導盤厚度中心線上，在導盤的孔型與導盤側面之間用半徑為15 mm的圓角連接。導盤的孔型由入口半徑R2、出口半徑R1的弧面組成，根據經驗確定入、出口半徑值的大?。?/p>

入口半徑：R2＝（0.66～0.70）×DB出口半徑：R1＝（0.8～0.87）×DB

導盤孔型的入口半徑比出口半徑小的原因是考慮到穿孔孔型封閉的需要，確保導盤對金屬良好的導向。

導盤厚度由最小穿孔輥距和導盤高邊與穿孔輥的最小間隙決定。大小為：（0.8～1.0）×DB

注：DB－管坯直徑，單位是mm。

2.2 導盤外環(huán)制造材質的技術要求

導盤外環(huán)材質為16Cr16Ni2，成分如表1所示；外環(huán)表面經淬火加回火處理后，硬度為240～270HB；導盤最大中徑2 200 mm，最小中徑（報廢尺寸）2 000 mm。

表1 導盤外環(huán)材質化學成分

3 鋼導盤粘鋼的影響因素及控制

影響鋼導盤粘鋼的因素主要有以下幾個方面：（1）穿孔工具表面狀態(tài)；（2）穿孔孔型參數調整不當；（3）穿孔速度制度不當；（4）管坯加熱制度不合理；（5）導盤冷卻效果不好。

3.1 穿孔工具表面狀態(tài)

由工具表面狀態(tài)導致的導盤粘鋼主要有以下兩個方面：

①穿孔輥滾花不合適，對導盤粘鋼有一定程度的影響。穿孔輥滾花過深、寬深比不合理、滾花有毛刺以及上下穿孔輥滾花不一致，均會導致高溫管坯在穿孔時表面被穿孔輥碾粘下一些大小不等的薄片，這些薄片隨管坯旋轉前進到穿孔輥與導盤封閉端時比較容易粘附在導盤上，造成導盤粘鋼。尤其是在新加工后的穿孔輥使用初期，這種現象更為嚴重。

②新導盤表面光滑、摩擦系數小。新導盤摩擦系數小，導盤對管坯的軸向拉力降低，導盤與管坯間的相對速度變大，從管坯上碾粘下一些薄皮并粘附在導盤上造成導盤粘鋼。

針對以上由穿孔工具表面狀態(tài)造成的導盤粘鋼，采取以下預防措施：

①新穿孔輥上線前嚴格按照要求加工滾花：滾花間距2.5 mm，滾花深度0.5 mm，形狀為正方形，與穿孔輥軸線呈45°；上線使用之前打磨掉棱角，確保滾花無毛刺；保證上下輥滾花一致，同一輥入出口一致。

②新車的導盤上線前適當降低工作表面光潔度，以增加導盤的摩擦系數，防止因為導盤表面光滑造成打滑現象，使導盤與管坯間的相對速度變大，并且新導盤開軋前避開易粘鋼種及薄壁管。

3.2 穿孔孔型參數調整不當

穿孔孔型調整必須滿足以下要求：輥距、導距、喂入角、頂頭前伸量調整應以軋制表所給數據為依據，并根據管坯材質、管坯直徑、毛管壁厚等做適當調整；生產中導距總是大于輥距（因為有橫向變形），二者比值即為橢圓度系數，一般在1.07～1.15之間，穿軋薄壁管和合金管等難軋品種時取小值，穿厚壁管和碳鋼管等易軋品種時取大值；導盤和穿孔輥形成的孔型封閉較好；穿孔輥及導盤絲杠壓下正常；毛管質量滿足要求且穿孔輥及導盤負荷正常。

穿孔孔型調整不當導致的導盤粘鋼主要包括以下兩個方面:

①穿孔孔型的橢圓度過小，導致管坯旋轉困難，造成管坯表面被穿孔輥碾軋下一些大小不等的薄片并粘附到導盤表面造成導盤粘鋼。

②穿孔輥與導盤封閉端間隙過大，生產薄壁毛管時會發(fā)生擠鋼現象造成導盤粘鋼，擠鋼嚴重時甚至會形成鏈帶。

為避免導盤粘鋼，在換孔型開軋初期一般安排中厚壁的品種，以減少穿孔變形量，降低變形抗力，從而降低導盤所受壓力。另外針對以上因素造成的導盤粘鋼，采取以下預防措施：

①控制穿孔孔型的橢圓度。導盤距離與軋輥距離的比值決定著軋件在變形區(qū)中的橢圓度，而橢圓度又影響毛管質量、咬入條件、軸向滑移、穿孔速度、擴徑量、軋卡及毛管尺寸控制等。生產過程中要合理控制孔型的橢圓度，避免橢圓度過小，管坯旋轉困難造成的導盤粘鋼。

②根據生產的鋼管所需管坯規(guī)格，選擇厚度適當的導盤，并根據軋制規(guī)格合理調整穿孔輥與導盤封閉端的間隙，杜絕由于擠鋼造成的導盤粘鋼發(fā)生。

3.3 穿孔速度制度不當

穿孔速度制度不當造成的導盤粘鋼主要是指生產過程中導盤速度過快，導盤對軋件的軸向拉力增大，加劇導盤與軋件間的摩擦力，導致導盤上粘附金屬碎片，造成導盤粘鋼。尤其在易粘鋼鋼種開軋時導盤速度調整過快更易導致導盤粘鋼。圖3所示為軋制φ272.60 mm×30.50 mm尺寸的13Cr接箍料時，由于開軋導盤速度調整不當造成的嚴重導盤粘鋼,圖4為粘附到導盤上的金屬碎片宏觀形貌。

圖3 粘鋼導盤表面

圖4 粘附到導盤上的金屬碎片宏觀形貌

針對以上因素造成的導盤粘鋼，采取以下預防措施：

①生產過程中導盤速度合理選擇。導盤速度關系到軋件的二次咬入、軋件滑移、穿孔速度、減少軋輥負荷以及減小導盤所受壓力等。因此，合理選擇導盤速度至關重要。根據生產經驗，導盤的軸向速度與軋輥的軸向速度比值在1.25～1.7之間時軋制比較穩(wěn)定，若比值太大則加劇導盤負荷，易于造成導盤粘鋼，若比值太小，軋件前進速度降低，不利于穿孔效率的提高。

②新鋼種及易粘鋼鋼種開軋穿孔調整時適當降低導盤速度，以降低導盤所受壓力，減少甚至杜絕導盤粘鋼現象的發(fā)生。

3.4 鋼坯加熱制度不合理

鋼坯加熱制度不合理、鋼坯溫度過高，在穿孔過程中，毛管易于同導盤粘結,在穿孔輥使用初期這一現象更容易發(fā)生。因此在新穿孔輥使用初期應避免鋼坯加熱溫度過高或在爐內停留時間過長。

3.5 導盤冷卻效果不好

導盤冷卻效果不好，導致導盤與管體接觸表面局部磨擦升溫過高而使相對較軟的管體局部粘附到相對較硬的導盤上，造成導盤粘鋼。

針對導盤冷卻效果不好造成的導盤粘鋼，在開軋前及正常生產時，要按要求巡視導盤冷卻水，并根據軋制孔型情況來調節(jié)冷卻水大小,既要防止導盤水量過大噴濺到毛管造成毛管溫降過快，又要確保導盤表面得到充分的冷卻，杜絕導盤表面溫度過高造成導盤與管坯表面發(fā)生粘著。

通過以上預防方案的實施，天津鋼管集團股份有限公司軋管一部MPM機組在近年軋制新鋼種及易粘鋼鋼種逐年增多的情況下，導盤粘鋼事故逐年降低，由2010年的905 min減少到2011年的532 min，直至近年控制在100 min以內，導盤粘鋼事故得到有效控制。

4 結語

為減少導盤粘鋼事故的發(fā)生，需要從以下幾個方面進行控制：

1）穿孔輥滾花加工合理，導盤表面光潔度符合要求；

2）根據軋制規(guī)格和鋼種調整穿孔孔型橢圓度，杜絕橢圓度過小造成管坯旋轉困難，導盤與穿孔輥封閉端間隙要合適；

3）導盤的線速度與穿孔線速度比值選擇合適；新鋼種及易粘鋼鋼種穿孔時應適當降低導盤及穿孔線速度，以降低導盤所受壓力；

4）避免鋼坯加熱溫度過高或在爐時間過長；

5）根據軋制孔型對冷卻水進行調節(jié)等五個方面的措施可以有效避免鋼導盤粘鋼。

上述措施能夠得到有效實施可以大幅度降低導盤粘鋼事故發(fā)生率，從而提高生產效率，降低生產成本，獲得較好的經濟效益。

[1]楊效勇，莊剛.穿孔機導盤粘鋼研究[J].天津冶金,1995(1)：13.