消除錐形穿孔機毛管端部尾圈方法探討

祁繼鋒

摘要：管坯在穿孔時，由于塑性變形內外表金屬流動性不均勻，致使毛管尾端產生尾圈，在連軋機工序生產時會將尾圈帶入鋼管尾部，造成芯棒劃傷或在管體內表產生軋疤，掉落在機架孔型內時會將機架輥劃傷，通過優化環形爐溫度加熱及軋制參數（輥距、導板距、前伸量、喂入角），基本消除穿孔毛管尾圈改善鋼管質量，提高軋機工模具的壽命，保證生產的連續性。

關鍵詞：環形爐；加熱工藝；穿孔機；調整參數；尾圈；消除

引言

在生產無縫鋼管的穿孔工序中，毛管尾端經常會產生尾圈。連軋機工序進行毛管插棒時，尾圈易被帶入鋼管內，造成芯棒劃傷或在管體內表產生軋疤，掉落在機架孔型內時會將機架輥劃傷，影響正常產線生產。某些軋管廠采取管坯尾端定心的辦法消除尾圈，采取改進環爐加熱溫度及時間，穿孔優化工藝調整參數的方法，在消除毛管尾圈方面取得了很好的效果。

1 尾圈形成原因

穿孔機在軋制加熱好的管坯時，邊旋轉邊前進，有兩種變形：一種是由實心管坯軋制成毛管所產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，在金屬內部產生的附加變形，有扭轉變形、縱向剪切變形、橫向剪切變形和管壁塑性彎曲等。對于錐形輥穿孔機，軋輥直徑沿軋制線方向增加，有效減少了扭轉變形，但縱向剪切變形依然存在，這是產生尾圈的根本原因。縱向剪切變形主要是由于頂頭受軸向阻力造成的，穿孔時軋輥帶動外層金屬沿縱向流動，而頂頭阻礙內層金屬的縱向流動，結果各層的軸向流動產生差異，而金屬是一個整體，故各層間必然產生相互附加剪切變形和附加剪應力，致使內層金屬的縱向變形速度落后于外層金屬，在管坯尾端產生外凸，在輾軋過程中形成尾圈。如果管坯內外表溫度加均勻，溫差較小的情況下，尾圈較小，且掉落在穿孔機孔型內；如果壁厚均勻，尾圈呈環狀；如果尾端壁厚不均，則呈不規則狀。為了消除尾圈，需要盡量減小縱向剪切變形，同時還要保證鋼管壁厚均勻。

2 生產中存在的問題

無縫Φ460mm PQF 連軋管生產線采用錐形輥穿孔機，其主要工藝參數如下（以Φ380 mm 管坯生產Φ325 mm×8普管為例）。管坯外徑380 mm；毛管外徑430mm。環爐各段加熱溫度：預熱一段900℃，預熱二段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℃，管坯在爐支數達到230支，出料節奏在65秒/支時，管坯在爐時間4.15小時，穿孔頂頭直徑344mm，長度685mm，頂前壓下量27.52mm，頂前壓下率5.91%，相對壓下率13.16%，前伸量230mm，輥距330mm，導板距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，導板角度7.5°，導板角度正弦值0.13。采用以上工藝參數生產時，毛管尾端尾圈較大，比較嚴重，嚴重的時候尾圈掉進連軋管機架之間堆滿，造成軋機輥表面劃傷，嚴重影響管體表面質量，影響正常生產。最初采取管坯鋸切設備后，設計定心機設備，使用碳棒進行電磁波定心，能夠起到一定作用，但效率太低，并且成本高，設備穩定性較差，以出現故障，不能滿足生產需要；后來采取人工氣割定心，但是工人勞動強度大，氣割定心質量也不能得到保證。因此決定從環爐加熱質量及穿孔工藝的角度著手解決這個問題。

3 合理加熱管坯，優化穿孔軋制參數

由尾圈的形成機理可知，消除尾圈的產生需要盡量減少縱向剪切變形，Φ460 mm PQF 連軋管機組設計Φ48m環形爐使用天然氣進行加熱管坯，按照管坯加熱速度7分鐘/厘米的加熱速度，根據能量傳遞規律，爐內的管坯加熱主要通過輻射進行加熱，保證加熱的均勻性，減小內外溫差值，目前的加熱模式不能滿足在爐時間及熱量的均勻滲透，穿孔的軋制參數也不利于金屬的流動的均勻性，為保證管坯在爐時間及溫度的滲透性，減小內外溫差，增加穿孔軋制時軋件變形時金屬的均勻流動性，因此考慮重新調整環形爐布料角度及加熱溫度，調整穿孔孔型參數，理論上環形爐進行爐底設計槽位，增加布料的均勻性，按照同一角度布料，可以將在爐支數由230支增加到260支，在爐時間延長0.5小時，保證了加熱的均勻性；增大加熱段度數，提高預熱二段的溫度，保證加熱時的滲透性；將溫度整體提高，各段加熱溫度：預熱一段900℃，預熱二段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，適當拉大加熱段與均熱段的溫差，防止管坯表面溫度過高里面溫度低的現象，造成穿孔不咬。第二，優化穿孔軋制參數，理論上要求頂頭輾軋段母線與軋輥旋轉時輥面弧線平行，才能夠保證鋼管壁厚均勻。利用Auto CAD 軟件對穿孔變形進行三維模擬，要求穿孔變形盡量平緩、防止集中變形，以達到減少軋件縱向剪切變形的目的，因此對穿孔前伸量的值進行增加優化。加長的原則一是保證軋輥入口錐長度滿足咬入條件，其二是保證穿孔二次咬入。孔型橢圓度進行優化，減小導板距增大輥距，使橢圓度減小，便于軋制時的變形，在有效減小縱向剪切變形。調整喂入角，減小喂入角，均勻軋輥的線速度，增強軋制時的穩定性。

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

4 生產應用情況

優化前，生產325×8普管系列時，穿孔后毛管尾端尾圈嚴重，連軋插棒時時把尾圈帶到鋼管內，直接造成質量降級處理，后工序探傷掉隊率達到60%以上，連續生產3 個班次后，鋼管表面出現外軋疤，檢查發現連軋管機輥面劃傷非常嚴重，造成生產中斷更換軋機機架。優化設計后，采用調整后的軋制參數，生產順利，毛管尾端平整，無尾圈或尾圈很小。優化前，采用原來加熱工藝及軋制參數軋制毛管2635支，出現尾圈的就有2031支，所占比例為77.08%；優化設計后，軋制毛管2169支，只有36支出現鐵耳子，所占比例為1.66%。優化設計前后出現尾圈的比例由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。檢查鋼管質量時沒有發現鋼管內壁壓入尾圈的現象；芯棒表面的劃傷也大大得到了改善，連軋及更換機架時發現機架間尾圈也非常少，在軋輥使用周期內再也沒有發生因軋輥表面被劃傷而更換的情況。

5 結語

穿孔機穿孔時毛管尾端產生尾圈，在連軋管機穿棒時帶入鋼管內，不僅影響鋼管表面質量，還容易劃傷芯棒，降低芯棒使用壽命；尾圈還容易掉進連軋管機機架間，造成軋輥表面劃傷。通過優化環形爐加熱工藝及調整軋制參數，基本消除了穿孔毛管尾圈，即使個別情況出現尾圈，也非常小，連軋插棒時不會把尾圈帶到鋼管內，也不會影響產品質量及正常的生產。

（作者單位：煙臺魯寶鋼管）