消除錐形穿孔機(jī)毛管端部尾圈方法探討

祁繼鋒

摘要：管坯在穿孔時(shí)，由于塑性變形內(nèi)外表金屬流動(dòng)性不均勻，致使毛管尾端產(chǎn)生尾圈，在連軋機(jī)工序生產(chǎn)時(shí)會(huì)將尾圈帶入鋼管尾部，造成芯棒劃傷或在管體內(nèi)表產(chǎn)生軋疤，掉落在機(jī)架孔型內(nèi)時(shí)會(huì)將機(jī)架輥劃傷，通過(guò)優(yōu)化環(huán)形爐溫度加熱及軋制參數(shù)（輥距、導(dǎo)板距、前伸量、喂入角），基本消除穿孔毛管尾圈改善鋼管質(zhì)量，提高軋機(jī)工模具的壽命，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

關(guān)鍵詞：環(huán)形爐；加熱工藝；穿孔機(jī)；調(diào)整參數(shù)；尾圈；消除

引言

在生產(chǎn)無(wú)縫鋼管的穿孔工序中，毛管尾端經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生尾圈。連軋機(jī)工序進(jìn)行毛管插棒時(shí)，尾圈易被帶入鋼管內(nèi)，造成芯棒劃傷或在管體內(nèi)表產(chǎn)生軋疤，掉落在機(jī)架孔型內(nèi)時(shí)會(huì)將機(jī)架輥劃傷，影響正常產(chǎn)線生產(chǎn)。某些軋管廠采取管坯尾端定心的辦法消除尾圈，采取改進(jìn)環(huán)爐加熱溫度及時(shí)間，穿孔優(yōu)化工藝調(diào)整參數(shù)的方法，在消除毛管尾圈方面取得了很好的效果。

1 尾圈形成原因

穿孔機(jī)在軋制加熱好的管坯時(shí)，邊旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn)，有兩種變形：一種是由實(shí)心管坯軋制成毛管所產(chǎn)生的軋件幾何形狀和尺寸的基本變形；另一種是由于變形不均勻，在金屬內(nèi)部產(chǎn)生的附加變形，有扭轉(zhuǎn)變形、縱向剪切變形、橫向剪切變形和管壁塑性彎曲等。對(duì)于錐形輥穿孔機(jī)，軋輥直徑沿軋制線方向增加，有效減少了扭轉(zhuǎn)變形，但縱向剪切變形依然存在，這是產(chǎn)生尾圈的根本原因?？v向剪切變形主要是由于頂頭受軸向阻力造成的，穿孔時(shí)軋輥帶動(dòng)外層金屬沿縱向流動(dòng)，而頂頭阻礙內(nèi)層金屬的縱向流動(dòng)，結(jié)果各層的軸向流動(dòng)產(chǎn)生差異，而金屬是一個(gè)整體，故各層間必然產(chǎn)生相互附加剪切變形和附加剪應(yīng)力，致使內(nèi)層金屬的縱向變形速度落后于外層金屬，在管坯尾端產(chǎn)生外凸，在輾軋過(guò)程中形成尾圈。如果管坯內(nèi)外表溫度加均勻，溫差較小的情況下，尾圈較小，且掉落在穿孔機(jī)孔型內(nèi)；如果壁厚均勻，尾圈呈環(huán)狀；如果尾端壁厚不均，則呈不規(guī)則狀。為了消除尾圈，需要盡量減小縱向剪切變形，同時(shí)還要保證鋼管壁厚均勻。

2 生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

無(wú)縫Φ460mm PQF 連軋管生產(chǎn)線采用錐形輥穿孔機(jī)，其主要工藝參數(shù)如下（以Φ380 mm 管坯生產(chǎn)Φ325 mm×8普管為例）。管坯外徑380 mm；毛管外徑430mm。環(huán)爐各段加熱溫度：預(yù)熱一段900℃，預(yù)熱二段1110℃，加熱一段1240℃，加熱二段1295℃，加熱三段1295℃，均熱一段1285℃，均熱二段1285℃，管坯在爐支數(shù)達(dá)到230支，出料節(jié)奏在65秒/支時(shí)，管坯在爐時(shí)間4.15小時(shí)，穿孔頂頭直徑344mm，長(zhǎng)度685mm，頂前壓下量27.52mm，頂前壓下率5.91%，相對(duì)壓下率13.16%，前伸量230mm，輥距330mm，導(dǎo)板距370mm，頂頭角度4.445，頂頭正弦值0.077，入口輥面角度2.5°，出口輥面角度3.8°，入口輥面角度正弦0.044，出口輥面角度正弦值0.066，導(dǎo)板角度7.5°，導(dǎo)板角度正弦值0.13。采用以上工藝參數(shù)生產(chǎn)時(shí)，毛管尾端尾圈較大，比較嚴(yán)重，嚴(yán)重的時(shí)候尾圈掉進(jìn)連軋管機(jī)架之間堆滿(mǎn)，造成軋機(jī)輥表面劃傷，嚴(yán)重影響管體表面質(zhì)量，影響正常生產(chǎn)。最初采取管坯鋸切設(shè)備后，設(shè)計(jì)定心機(jī)設(shè)備，使用碳棒進(jìn)行電磁波定心，能夠起到一定作用，但效率太低，并且成本高，設(shè)備穩(wěn)定性較差，以出現(xiàn)故障，不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要；后來(lái)采取人工氣割定心，但是工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，氣割定心質(zhì)量也不能得到保證。因此決定從環(huán)爐加熱質(zhì)量及穿孔工藝的角度著手解決這個(gè)問(wèn)題。

3 合理加熱管坯，優(yōu)化穿孔軋制參數(shù)

由尾圈的形成機(jī)理可知，消除尾圈的產(chǎn)生需要盡量減少縱向剪切變形，Φ460 mm PQF 連軋管機(jī)組設(shè)計(jì)Φ48m環(huán)形爐使用天然氣進(jìn)行加熱管坯，按照管坯加熱速度7分鐘/厘米的加熱速度，根據(jù)能量傳遞規(guī)律，爐內(nèi)的管坯加熱主要通過(guò)輻射進(jìn)行加熱，保證加熱的均勻性，減小內(nèi)外溫差值，目前的加熱模式不能滿(mǎn)足在爐時(shí)間及熱量的均勻滲透，穿孔的軋制參數(shù)也不利于金屬的流動(dòng)的均勻性，為保證管坯在爐時(shí)間及溫度的滲透性，減小內(nèi)外溫差，增加穿孔軋制時(shí)軋件變形時(shí)金屬的均勻流動(dòng)性，因此考慮重新調(diào)整環(huán)形爐布料角度及加熱溫度，調(diào)整穿孔孔型參數(shù)，理論上環(huán)形爐進(jìn)行爐底設(shè)計(jì)槽位，增加布料的均勻性，按照同一角度布料，可以將在爐支數(shù)由230支增加到260支，在爐時(shí)間延長(zhǎng)0.5小時(shí)，保證了加熱的均勻性；增大加熱段度數(shù)，提高預(yù)熱二段的溫度，保證加熱時(shí)的滲透性；將溫度整體提高，各段加熱溫度：預(yù)熱一段900℃，預(yù)熱二段1160℃，加熱一段1260℃，加熱二段1315℃，加熱三段1315℃，均熱一段1280℃，均熱二段1280℃，增加熱輻射的整體能量，適當(dāng)拉大加熱段與均熱段的溫差，防止管坯表面溫度過(guò)高里面溫度低的現(xiàn)象，造成穿孔不咬。第二，優(yōu)化穿孔軋制參數(shù)，理論上要求頂頭輾軋段母線與軋輥旋轉(zhuǎn)時(shí)輥面弧線平行，才能夠保證鋼管壁厚均勻。利用Auto CAD 軟件對(duì)穿孔變形進(jìn)行三維模擬，要求穿孔變形盡量平緩、防止集中變形，以達(dá)到減少軋件縱向剪切變形的目的，因此對(duì)穿孔前伸量的值進(jìn)行增加優(yōu)化。加長(zhǎng)的原則一是保證軋輥入口錐長(zhǎng)度滿(mǎn)足咬入條件，其二是保證穿孔二次咬入?？仔蜋E圓度進(jìn)行優(yōu)化，減小導(dǎo)板距增大輥距，使橢圓度減小，便于軋制時(shí)的變形，在有效減小縱向剪切變形。調(diào)整喂入角，減小喂入角，均勻軋輥的線速度，增強(qiáng)軋制時(shí)的穩(wěn)定性。

調(diào)整穿孔速降比，采取慢快慢的軋制模式，在拋鋼時(shí)慢速有利于金屬流動(dòng)的均勻性，從而減少扭曲變形。

4 生產(chǎn)應(yīng)用情況

優(yōu)化前，生產(chǎn)325×8普管系列時(shí)，穿孔后毛管尾端尾圈嚴(yán)重，連軋插棒時(shí)時(shí)把尾圈帶到鋼管內(nèi)，直接造成質(zhì)量降級(jí)處理，后工序探傷掉隊(duì)率達(dá)到60%以上，連續(xù)生產(chǎn)3 個(gè)班次后，鋼管表面出現(xiàn)外軋疤，檢查發(fā)現(xiàn)連軋管機(jī)輥面劃傷非常嚴(yán)重，造成生產(chǎn)中斷更換軋機(jī)機(jī)架。優(yōu)化設(shè)計(jì)后，采用調(diào)整后的軋制參數(shù)，生產(chǎn)順利，毛管尾端平整，無(wú)尾圈或尾圈很小。優(yōu)化前，采用原來(lái)加熱工藝及軋制參數(shù)軋制毛管2635支，出現(xiàn)尾圈的就有2031支，所占比例為77.08%；優(yōu)化設(shè)計(jì)后，軋制毛管2169支，只有36支出現(xiàn)鐵耳子，所占比例為1.66%。優(yōu)化設(shè)計(jì)前后出現(xiàn)尾圈的比例由77.08降為1.66%，探傷合格率提升到96%以上，基本上消除了毛管尾端尾圈。檢查鋼管質(zhì)量時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鋼管內(nèi)壁壓入尾圈的現(xiàn)象；芯棒表面的劃傷也大大得到了改善，連軋及更換機(jī)架時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)架間尾圈也非常少，在軋輥使用周期內(nèi)再也沒(méi)有發(fā)生因軋輥表面被劃傷而更換的情況。

5 結(jié)語(yǔ)

穿孔機(jī)穿孔時(shí)毛管尾端產(chǎn)生尾圈，在連軋管機(jī)穿棒時(shí)帶入鋼管內(nèi)，不僅影響鋼管表面質(zhì)量，還容易劃傷芯棒，降低芯棒使用壽命；尾圈還容易掉進(jìn)連軋管機(jī)機(jī)架間，造成軋輥表面劃傷。通過(guò)優(yōu)化環(huán)形爐加熱工藝及調(diào)整軋制參數(shù)，基本消除了穿孔毛管尾圈，即使個(gè)別情況出現(xiàn)尾圈，也非常小，連軋插棒時(shí)不會(huì)把尾圈帶到鋼管內(nèi)，也不會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量及正常的生產(chǎn)。

（作者單位：煙臺(tái)魯寶鋼管）