熱軋鋼管尾部?jī)?nèi)折產(chǎn)生的原因及控制措施

高建學(xué)，王慶偉，楊梁才

（天津鋼管制造有限公司，天津300301）

0 引言

熱軋無(wú)縫鋼管內(nèi)折是指在鋼管內(nèi)表面呈現(xiàn)的螺旋形、半螺旋形或無(wú)規(guī)則分布的鋸齒狀折疊，也有的呈現(xiàn)為直線形翹皮[1-4]。有的內(nèi)折存在于鋼管頭部，有的存在于鋼管尾部，甚至分布于整根鋼管內(nèi)表面。天津鋼管公司460PQF連軋管機(jī)組（簡(jiǎn)稱460機(jī)組）于 2007 年投產(chǎn)，共設(shè) 294、369、451、477 四個(gè)孔型系列，在生產(chǎn)294孔型時(shí)，鋼管尾部時(shí)常出現(xiàn)內(nèi)折缺陷（簡(jiǎn)稱管尾內(nèi)折），嚴(yán)重影響了產(chǎn)品合格率和成材率指標(biāo)。本文分析了管尾內(nèi)折產(chǎn)生的原因，并且通過(guò)減小穿孔機(jī)變形區(qū)橢圓度系數(shù)、提高導(dǎo)衛(wèi)裝置穩(wěn)定性以及優(yōu)化穿孔機(jī)軋制參數(shù)等方法，有效消除了該缺陷。

1 管尾內(nèi)折形貌和產(chǎn)生原因分析

1.1 管尾內(nèi)折形貌

該內(nèi)折主要集中在距鋼管尾部600～1 500 mm范圍內(nèi)，輕者呈傾斜鋸齒狀，重者出現(xiàn)翻皮現(xiàn)象，如圖1所示。

1.2 管尾內(nèi)折產(chǎn)生原因分析

在斜軋穿孔過(guò)程中，穿孔輥是向同一方向旋轉(zhuǎn)的,軋輥軸線在過(guò)軋制線水平面上的投影與軋制線形成一個(gè)夾角即送進(jìn)角[5]（460機(jī)組送進(jìn)角可調(diào)范圍為 8°～15°），當(dāng)圓管坯送入軋輥中,靠軋輥和金屬之間的摩擦力作用,軋輥帶動(dòng)圓管坯—毛管反向旋轉(zhuǎn),由于送進(jìn)角的存在,管坯—毛管在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)向軸向移動(dòng),在變形區(qū)中管坯—毛管表面上每一點(diǎn)都是螺旋運(yùn)動(dòng),即一邊旋轉(zhuǎn)一邊前進(jìn)，這就使得每支毛管內(nèi)表面都會(huì)出現(xiàn)螺旋印，但當(dāng)頂頭破穿瞬間，穿孔過(guò)程即將結(jié)束時(shí)，正是一個(gè)不穩(wěn)定軋制階段，頂頭上積累的應(yīng)力突然釋放，且頂頭失去周圍金屬的束縛，鋼管內(nèi)壁和頂頭間的相對(duì)作用缺少限制，從而使得毛管尾部螺旋印加重，甚至出現(xiàn)明顯的“臺(tái)階”，再經(jīng)過(guò)連軋機(jī)軋制后即形成了管尾內(nèi)折。斜軋穿孔過(guò)程如圖2所示，毛管尾部嚴(yán)重的螺旋印如圖3所示。

圖2 斜軋穿孔示意圖

圖3 毛管尾部?jī)?nèi)螺旋印

1.3 影響毛管尾部?jī)?nèi)螺旋加重的原因

（1）穿孔變形區(qū)橢圓度影響。通過(guò)對(duì)比460機(jī)組四個(gè)孔型系列在生產(chǎn)相近壁厚毛管時(shí)所使用的軋制參數(shù)，可發(fā)現(xiàn)294孔型穿孔機(jī)橢圓度系數(shù)最大，并且已經(jīng)超過(guò)1.2，過(guò)大的橢圓度必然會(huì)加劇穿孔過(guò)程的不穩(wěn)定性，尤其是頂頭破穿階段，而從現(xiàn)場(chǎng)跟蹤情況來(lái)看，也只有294孔型會(huì)出現(xiàn)管尾內(nèi)折缺陷。表1為各孔型軋制相近壁厚毛管時(shí)的參數(shù)對(duì)比。

（2）導(dǎo)衛(wèi)裝置穩(wěn)定性差。460機(jī)組所使用的導(dǎo)衛(wèi)裝置為導(dǎo)板。兩塊導(dǎo)板同時(shí)安裝在導(dǎo)板小車的旋轉(zhuǎn)裝置上，可通過(guò)該裝置快速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)板的更換，正常生產(chǎn)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)裝置靠單側(cè)鎖緊缸鎖緊，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察可發(fā)現(xiàn)當(dāng)毛管尾部被頂頭破穿至拋鋼的過(guò)程中，導(dǎo)板小車抖動(dòng)十分明顯。導(dǎo)板小車的劇烈抖動(dòng)自然加重了頂頭破穿瞬間的不穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致毛管尾部?jī)?nèi)螺旋印加重。

表1 各孔型軋制相近壁厚毛管時(shí)的參數(shù)對(duì)比

（3）導(dǎo)板磨損嚴(yán)重。導(dǎo)板與導(dǎo)盤相比，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)穿孔變形區(qū)孔型封閉性好，所軋制的毛管外形規(guī)整，但同時(shí)缺點(diǎn)也很突出，導(dǎo)板被安裝在導(dǎo)板小車上是固定不動(dòng)的，在整個(gè)穿孔過(guò)程中導(dǎo)板表面與管坯是完全百分之百的滑動(dòng)摩擦，且長(zhǎng)時(shí)間處于高溫急冷環(huán)境下工作，因此導(dǎo)板使用到一定支數(shù)后表面就會(huì)被磨損出一個(gè)“凹坑”，隨之而來(lái)的就是穿孔變形區(qū)橢圓度增大，同樣也會(huì)導(dǎo)致毛管內(nèi)螺旋印加重，這是因?yàn)楸３周堉浦行木€的穩(wěn)定要靠導(dǎo)板起限制作用。若導(dǎo)板間距增大，則說(shuō)明頂頭在沿孔型縱向左、右位置產(chǎn)生的晃動(dòng)增大，即頂頭不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致毛管內(nèi)表面螺旋加重。圖4、圖5分別為全新導(dǎo)板和使用到1500支的導(dǎo)板。

圖4 全新導(dǎo)板上線

圖5 軋制1500支導(dǎo)板

2 預(yù)防管尾內(nèi)折缺陷的措施

2.1 設(shè)計(jì)新頂頭，減小變形區(qū)橢圓度

在保持294孔型毛管規(guī)格不變的情況下，通過(guò)重新設(shè)計(jì)頂頭規(guī)格，并對(duì)頂頭穿孔錐圓弧半徑、輾軋錐長(zhǎng)度和角度進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化[6-15]，可實(shí)現(xiàn)增加輥距，減小導(dǎo)距的目的，使該孔型穿孔機(jī)橢圓度系數(shù)有效的控制在1.2以內(nèi)，可大幅緩解毛管尾部?jī)?nèi)螺旋加重的問(wèn)題。圖6、圖7分別為原有頂頭和重新設(shè)計(jì)后的頂頭，表2為294孔型頂頭優(yōu)化前后相關(guān)參數(shù)對(duì)比。

圖6 原有頂頭

圖7 重新設(shè)計(jì)后頂頭

2.2 提高導(dǎo)衛(wèi)裝置的穩(wěn)定性

為解決導(dǎo)衛(wèi)裝置在穿孔機(jī)拋鋼時(shí)抖動(dòng)大的問(wèn)題，對(duì)鎖緊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了升級(jí)改造，由原來(lái)的單側(cè)主動(dòng)鎖緊改為現(xiàn)在的雙側(cè)主動(dòng)鎖緊，大幅提高了該裝置的穩(wěn)定性，從實(shí)際效果來(lái)看，在穿孔機(jī)拋鋼瞬間，導(dǎo)衛(wèi)裝置抖動(dòng)明顯減輕。圖8、圖9為導(dǎo)衛(wèi)裝置改造前后的示意圖。

圖8 導(dǎo)衛(wèi)裝置改造前示意圖

圖9 導(dǎo)衛(wèi)裝置改造后示意圖

2.3 軋制參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整

隨著導(dǎo)板使用支數(shù)的不斷增加，導(dǎo)板表面磨損程度也隨之增加，定期對(duì)實(shí)際導(dǎo)距進(jìn)行測(cè)量并動(dòng)態(tài)調(diào)整，可有效解決因?qū)О迥p過(guò)度而造成毛管內(nèi)螺旋加重的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

294孔型毛管尾部?jī)?nèi)螺旋嚴(yán)重是導(dǎo)致管尾內(nèi)折缺陷產(chǎn)生的直接原因，而穿孔機(jī)變形區(qū)橢圓度大、導(dǎo)衛(wèi)裝置穩(wěn)定性差以及導(dǎo)板磨損嚴(yán)重是導(dǎo)致毛管尾部螺旋印加重的主要因素。最終通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)頂頭、對(duì)導(dǎo)衛(wèi)鎖緊方式進(jìn)行改造以及軋制參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整等方法，有效地消除了管尾內(nèi)折缺陷，大幅提高了460機(jī)組的生產(chǎn)指標(biāo)。

表2 頂頭優(yōu)化設(shè)計(jì)前后參數(shù)對(duì)比