穿孔機(jī)鋼導(dǎo)盤(pán)粘鋼原因分析及控制

張 進(jìn)，黃尊良，朱寶祿，尹錫泉

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津300301）

1 前言

天津鋼管集團(tuán)MPM機(jī)組穿孔使用導(dǎo)盤(pán)與桶型穿孔輥配合進(jìn)行孔型封閉。導(dǎo)盤(pán)水平布置在穿孔中心線兩側(cè)，與上、下穿孔輥和頂頭共同構(gòu)成變形區(qū)。在穿孔過(guò)程中，導(dǎo)盤(pán)對(duì)變形的金屬除了起到導(dǎo)向作用外，還起到限制金屬橫向變形、促進(jìn)金屬軸向延伸、控制毛管外徑、對(duì)變形區(qū)金屬施加軸向拉力的作用。由于導(dǎo)盤(pán)主動(dòng)旋轉(zhuǎn)線速度大于穿孔毛管軸向線速度，因此導(dǎo)盤(pán)也能起到提高穿孔效率的作用。

在穿孔生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常有導(dǎo)盤(pán)粘鋼現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)盤(pán)粘鋼現(xiàn)象是由于在穿孔時(shí)間內(nèi),導(dǎo)盤(pán)與處于高溫狀態(tài)的穿孔坯料接觸時(shí),局部受到高溫、高壓和摩擦力等因素的聯(lián)合作用,導(dǎo)致導(dǎo)盤(pán)與軋件局部出現(xiàn)類似于壓力焊接中的假焊現(xiàn)象[1]。較重的導(dǎo)盤(pán)粘鋼不僅造成停機(jī)事故，降低機(jī)組作業(yè)率并且會(huì)對(duì)毛管產(chǎn)生通體螺旋型劃傷，再經(jīng)過(guò)連軋和定徑機(jī)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(jié)疤（如圖1、2所示。造成連軋管外折、外結(jié)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(shè)備都能造成外折、外結(jié)疤，但是只有導(dǎo)盤(pán)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(jié)疤）。輕微的外折或者外結(jié)疤需要下線修磨，嚴(yán)重的無(wú)法修磨造成廢品，對(duì)成材率造成重大影響，因此解決好導(dǎo)盤(pán)粘鋼問(wèn)題具有重要意義。

圖1 導(dǎo)盤(pán)粘鋼造成的鋼管外折缺陷

圖2 導(dǎo)盤(pán)粘鋼造成的鋼管外結(jié)疤缺陷

2 導(dǎo)盤(pán)孔型設(shè)計(jì)與材質(zhì)

2.1 導(dǎo)盤(pán)孔型的設(shè)計(jì)原理

導(dǎo)盤(pán)外環(huán)與導(dǎo)盤(pán)內(nèi)環(huán)組件構(gòu)成導(dǎo)盤(pán)整體，當(dāng)導(dǎo)盤(pán)外環(huán)損壞時(shí)可以直接更換外環(huán)而不更換內(nèi)環(huán)組件，這樣有利于降低導(dǎo)盤(pán)消耗。導(dǎo)盤(pán)的孔型采用雙弧形，兩段圓弧相切點(diǎn)在導(dǎo)盤(pán)厚度中心線上，在導(dǎo)盤(pán)的孔型與導(dǎo)盤(pán)側(cè)面之間用半徑為15 mm的圓角連接。導(dǎo)盤(pán)的孔型由入口半徑R2、出口半徑R1的弧面組成，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(dǎo)盤(pán)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(dǎo)盤(pán)對(duì)金屬良好的導(dǎo)向。

導(dǎo)盤(pán)厚度由最小穿孔輥距和導(dǎo)盤(pán)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(dǎo)盤(pán)外環(huán)制造材質(zhì)的技術(shù)要求

導(dǎo)盤(pán)外環(huán)材質(zhì)為16Cr16Ni2，成分如表1所示；外環(huán)表面經(jīng)淬火加回火處理后，硬度為240～270HB；導(dǎo)盤(pán)最大中徑2 200 mm，最小中徑（報(bào)廢尺寸）2 000 mm。

表1 導(dǎo)盤(pán)外環(huán)材質(zhì)化學(xué)成分

3 鋼導(dǎo)盤(pán)粘鋼的影響因素及控制

影響鋼導(dǎo)盤(pán)粘鋼的因素主要有以下幾個(gè)方面：（1）穿孔工具表面狀態(tài)；（2）穿孔孔型參數(shù)調(diào)整不當(dāng)；（3）穿孔速度制度不當(dāng)；（4）管坯加熱制度不合理；（5）導(dǎo)盤(pán)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(dǎo)致的導(dǎo)盤(pán)粘鋼主要有以下兩個(gè)方面：

①穿孔輥滾花不合適，對(duì)導(dǎo)盤(pán)粘鋼有一定程度的影響。穿孔輥滾花過(guò)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(huì)導(dǎo)致高溫管坯在穿孔時(shí)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(zhuǎn)前進(jìn)到穿孔輥與導(dǎo)盤(pán)封閉端時(shí)比較容易粘附在導(dǎo)盤(pán)上，造成導(dǎo)盤(pán)粘鋼。尤其是在新加工后的穿孔輥使用初期，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

②新導(dǎo)盤(pán)表面光滑、摩擦系數(shù)小。新導(dǎo)盤(pán)摩擦系數(shù)小，導(dǎo)盤(pán)對(duì)管坯的軸向拉力降低，導(dǎo)盤(pán)與管坯間的相對(duì)速度變大，從管坯上碾粘下一些薄皮并粘附在導(dǎo)盤(pán)上造成導(dǎo)盤(pán)粘鋼。

針對(duì)以上由穿孔工具表面狀態(tài)造成的導(dǎo)盤(pán)粘鋼，采取以下預(yù)防措施：

①新穿孔輥上線前嚴(yán)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(wú)毛刺；保證上下輥滾花一致，同一輥入出口一致。

②新車(chē)的導(dǎo)盤(pán)上線前適當(dāng)降低工作表面光潔度，以增加導(dǎo)盤(pán)的摩擦系數(shù)，防止因?yàn)閷?dǎo)盤(pán)表面光滑造成打滑現(xiàn)象，使導(dǎo)盤(pán)與管坯間的相對(duì)速度變大，并且新導(dǎo)盤(pán)開(kāi)軋前避開(kāi)易粘鋼種及薄壁管。

3.2 穿孔孔型參數(shù)調(diào)整不當(dāng)

穿孔孔型調(diào)整必須滿足以下要求：輥距、導(dǎo)距、喂入角、頂頭前伸量調(diào)整應(yīng)以軋制表所給數(shù)據(jù)為依據(jù)，并根據(jù)管坯材質(zhì)、管坯直徑、毛管壁厚等做適當(dāng)調(diào)整；生產(chǎn)中導(dǎo)距總是大于輥距（因?yàn)橛袡M向變形），二者比值即為橢圓度系數(shù)，一般在1.07～1.15之間，穿軋薄壁管和合金管等難軋品種時(shí)取小值，穿厚壁管和碳鋼管等易軋品種時(shí)取大值；導(dǎo)盤(pán)和穿孔輥形成的孔型封閉較好；穿孔輥及導(dǎo)盤(pán)絲杠壓下正常；毛管質(zhì)量滿足要求且穿孔輥及導(dǎo)盤(pán)負(fù)荷正常。

穿孔孔型調(diào)整不當(dāng)導(dǎo)致的導(dǎo)盤(pán)粘鋼主要包括以下兩個(gè)方面:

①穿孔孔型的橢圓度過(guò)小，導(dǎo)致管坯旋轉(zhuǎn)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(dǎo)盤(pán)表面造成導(dǎo)盤(pán)粘鋼。

②穿孔輥與導(dǎo)盤(pán)封閉端間隙過(guò)大，生產(chǎn)薄壁毛管時(shí)會(huì)發(fā)生擠鋼現(xiàn)象造成導(dǎo)盤(pán)粘鋼，擠鋼嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)纬涉湈А?/p>

為避免導(dǎo)盤(pán)粘鋼，在換孔型開(kāi)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(dǎo)盤(pán)所受壓力。另外針對(duì)以上因素造成的導(dǎo)盤(pán)粘鋼，采取以下預(yù)防措施：

①控制穿孔孔型的橢圓度。導(dǎo)盤(pán)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(zhì)量、咬入條件、軸向滑移、穿孔速度、擴(kuò)徑量、軋卡及毛管尺寸控制等。生產(chǎn)過(guò)程中要合理控制孔型的橢圓度，避免橢圓度過(guò)小，管坯旋轉(zhuǎn)困難造成的導(dǎo)盤(pán)粘鋼。

②根據(jù)生產(chǎn)的鋼管所需管坯規(guī)格，選擇厚度適當(dāng)?shù)膶?dǎo)盤(pán)，并根據(jù)軋制規(guī)格合理調(diào)整穿孔輥與導(dǎo)盤(pán)封閉端的間隙，杜絕由于擠鋼造成的導(dǎo)盤(pán)粘鋼發(fā)生。

3.3 穿孔速度制度不當(dāng)

穿孔速度制度不當(dāng)造成的導(dǎo)盤(pán)粘鋼主要是指生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)盤(pán)速度過(guò)快，導(dǎo)盤(pán)對(duì)軋件的軸向拉力增大，加劇導(dǎo)盤(pán)與軋件間的摩擦力，導(dǎo)致導(dǎo)盤(pán)上粘附金屬碎片，造成導(dǎo)盤(pán)粘鋼。尤其在易粘鋼鋼種開(kāi)軋時(shí)導(dǎo)盤(pán)速度調(diào)整過(guò)快更易導(dǎo)致導(dǎo)盤(pán)粘鋼。圖3所示為軋制φ272.60 mm×30.50 mm尺寸的13Cr接箍料時(shí)，由于開(kāi)軋導(dǎo)盤(pán)速度調(diào)整不當(dāng)造成的嚴(yán)重導(dǎo)盤(pán)粘鋼,圖4為粘附到導(dǎo)盤(pán)上的金屬碎片宏觀形貌。

圖3 粘鋼導(dǎo)盤(pán)表面

圖4 粘附到導(dǎo)盤(pán)上的金屬碎片宏觀形貌

針對(duì)以上因素造成的導(dǎo)盤(pán)粘鋼，采取以下預(yù)防措施：

①生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)盤(pán)速度合理選擇。導(dǎo)盤(pán)速度關(guān)系到軋件的二次咬入、軋件滑移、穿孔速度、減少軋輥負(fù)荷以及減小導(dǎo)盤(pán)所受壓力等。因此，合理選擇導(dǎo)盤(pán)速度至關(guān)重要。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)盤(pán)的軸向速度與軋輥的軸向速度比值在1.25～1.7之間時(shí)軋制比較穩(wěn)定，若比值太大則加劇導(dǎo)盤(pán)負(fù)荷，易于造成導(dǎo)盤(pán)粘鋼，若比值太小，軋件前進(jìn)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(kāi)軋穿孔調(diào)整時(shí)適當(dāng)降低導(dǎo)盤(pán)速度，以降低導(dǎo)盤(pán)所受壓力，減少甚至杜絕導(dǎo)盤(pán)粘鋼現(xiàn)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(guò)高，在穿孔過(guò)程中，毛管易于同導(dǎo)盤(pán)粘結(jié),在穿孔輥使用初期這一現(xiàn)象更容易發(fā)生。因此在新穿孔輥使用初期應(yīng)避免鋼坯加熱溫度過(guò)高或在爐內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

3.5 導(dǎo)盤(pán)冷卻效果不好

導(dǎo)盤(pán)冷卻效果不好，導(dǎo)致導(dǎo)盤(pán)與管體接觸表面局部磨擦升溫過(guò)高而使相對(duì)較軟的管體局部粘附到相對(duì)較硬的導(dǎo)盤(pán)上，造成導(dǎo)盤(pán)粘鋼。

針對(duì)導(dǎo)盤(pán)冷卻效果不好造成的導(dǎo)盤(pán)粘鋼，在開(kāi)軋前及正常生產(chǎn)時(shí)，要按要求巡視導(dǎo)盤(pán)冷卻水，并根據(jù)軋制孔型情況來(lái)調(diào)節(jié)冷卻水大小,既要防止導(dǎo)盤(pán)水量過(guò)大噴濺到毛管造成毛管溫降過(guò)快，又要確保導(dǎo)盤(pán)表面得到充分的冷卻，杜絕導(dǎo)盤(pán)表面溫度過(guò)高造成導(dǎo)盤(pán)與管坯表面發(fā)生粘著。

通過(guò)以上預(yù)防方案的實(shí)施，天津鋼管集團(tuán)股份有限公司軋管一部MPM機(jī)組在近年軋制新鋼種及易粘鋼鋼種逐年增多的情況下，導(dǎo)盤(pán)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(nèi)，導(dǎo)盤(pán)粘鋼事故得到有效控制。

4 結(jié)語(yǔ)

為減少導(dǎo)盤(pán)粘鋼事故的發(fā)生，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制：

1）穿孔輥滾花加工合理，導(dǎo)盤(pán)表面光潔度符合要求；

2）根據(jù)軋制規(guī)格和鋼種調(diào)整穿孔孔型橢圓度，杜絕橢圓度過(guò)小造成管坯旋轉(zhuǎn)困難，導(dǎo)盤(pán)與穿孔輥封閉端間隙要合適；

3）導(dǎo)盤(pán)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(shí)應(yīng)適當(dāng)降低導(dǎo)盤(pán)及穿孔線速度，以降低導(dǎo)盤(pán)所受壓力；

4）避免鋼坯加熱溫度過(guò)高或在爐時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；

5）根據(jù)軋制孔型對(duì)冷卻水進(jìn)行調(diào)節(jié)等五個(gè)方面的措施可以有效避免鋼導(dǎo)盤(pán)粘鋼。

上述措施能夠得到有效實(shí)施可以大幅度降低導(dǎo)盤(pán)粘鋼事故發(fā)生率，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]楊效勇，莊剛.穿孔機(jī)導(dǎo)盤(pán)粘鋼研究[J].天津冶金,1995(1)：13.