锥形穿孔技术在中厚壁钢管生产中的应用

介绍了衡阳华菱钢管(集团)有限公司108分厂锥形穿孔技术的开发应用情况,重点介绍了108分厂二辊锥形穿孔机、穿孔辊型、导板、顶头及穿孔滚花的设计和加工操作要点。该技术的开发成功解决了三辊轧管机组生产钢管的表面裂纹问题,使产量提高30%以上。

1前言

衡阳华菱钢管(集团)有限公司原108mm三辊轧管机组建于1989年,技术改造前产量为6.6tVa。由于该机组产品中厚壁管大部分为机加工用管,随着用户设计的钢管加工余量越来越少,钢管外表面及近表面的裂纹、发纹等缺陷可能会留在成品或半成品管表面,导致废品增加。为此,2003年初,对④108mm机组进行了大规模的技术改造,将主要工艺流程“三辊穿孔→三辊轧管→三辊微张力减径”改为“二辊锥形穿孔→三辊轧管→三辊微张力减径”。技改后试生产当月即恢复了大部分品种、规格产品的生产,第3个月即打破了月产量的历史记录。在随后1年多的时间里,108分厂利用技改后工艺、设备的优势开发了大量的产品品种、规格。成品规格范围扩展到45~133mm×6.45~28.00mm,产品实物质量大幅度提高,市场竞争力明显增强,生产能力达到8tVa。锥形穿孔技术在中厚壁钢管生产中的应用取得成功。

2二辊锥形穿孔机与三辊轧机管机配置

二辊锥形穿孔机是结合斯蒂芬尔穿孔机和狄舍尔穿孔机设计上的优点,于20世纪80年代初发展起来的一种新型锥形穿孔机。二辊锥形穿孔机的轧辊为锥形,其轧辊直径由入口向出口方向逐渐增大,与穿孔时的金属流动速度逐渐增至一致,因此减少了作用在管坯上的周向剪切力,有利于减少内外表面缺陷,可穿制高合金钢及管壁较薄的毛管,为轧管机提供高质量的毛管。同时,在三辊轧管机前配置二辊锥形穿孔机,可灵活分配穿孔、轧管及微张力减径三大工序的延伸系数。加大二辊锥形穿孔机延伸率,可以减少三辊轧管机的变形量,从而减轻三辊轧管机因变形量过大带来的钢管外表面裂纹;此外,控制适量的微张力减径总减径率,还可确保中厚壁管在微张力减径时内孔规圆[1]。因此,在三辊轧管机前配置二辊锥形穿孔机,不但有利于提高穿孔毛管外表面质量,而且有利于后续工序工艺优化,内外表面质量及几何尺寸都得到改善。

实践证明,三辊斜轧穿孔机对坯料质量要求较高,这给坯料供应和生产组织带来极大不便,而108分厂二辊锥形穿孔机通过采用大的送进角(15°)和辗轧角(15),即使使用具有中心疏松的连铸坯,仍能穿制出合格钢管。显然,二辊锥形穿孔对坯料的适应性比三辊斜轧穿孔强。

3二辊锥形穿孔的主要变形工具

3.1轧辊

在辊型设计时采用了入口锥长小于出口锥长,入口锥角小于出口锥角的锥型辊型21。由于出口锥长度较大,而轧辊的辊长与辊径之比较大,进而促使毛管在较长的出口锥变形区内得到充分辗轧,因而改善了毛管质量。

轧辊尺寸由以下经验公式确定:

1)轧辊高点直径:Do=5~6Dommx

2)轧辊总长:L=0.7~1.0Do

3)入口锥长度:L1=0.4~0.5L4)出口锥长度:L2=0.5~0.6L

5)最小轧辊直径:Dnmin=Do-2Litga-DB-E/cosa

6)最大轧辊直径Dmax=Do+2 L1tga-DR-E/cosa式中,a为辗轧角;E为轧辊间距;DR为毛管直径;DB为管坯直径。108分厂二辊锥形穿孔机轧辊形状及部分尺寸见图1

3.2顶头

在二辊穿孔时,顶头前管坯中心部分承受着拉、压应力的反复作用及剪切应力的共同作用。当这些应力超过金属的强度极限时,管坯中心会被撕裂形成孔腔。在108mm机组中厚壁管产品中,合金钢及低变形性能材料所占比例较大,为了解决穿孔毛管的内表面质量问题,采用了较大的送进角和辗轧角,以抑制轧件二次咬入前的孔腔现象,由于锥形穿孔时,送进角及辗轧角越大,切向剪切力越小,当送进角与辗轧角选择适宜后,切向剪切可完全避免。但是,当送进角或辗轧角分别增加时,顶头所受阻力增加,顶头磨损加剧。这正是顶头形状与尺寸设计时应当考虑的。

顶头由半径为R的圆弧段、圆锥段(辗轧段)和反锥段组成,见图2,顶头前端采用平头设计,顶头圆弧长度较大,可使穿孔减壁的过程缓和,以减小变形过程的顶头阻力,降低顶头磨损。顶头辗轧锥长度设计为大于一个管坯螺距(约80mm),毛管任一截面都在变形区顶头辗轧段轧制2次,保证了毛管的均壁和平整,辗轧段锥角较轧辊出口锥角稍大,这主要考虑由于送进角影响使轧辊实际工作锥角增大,辗轧段实际上只分配很小的减壁值。

反锥段长度根据经验进行选取,并考虑到与顶杆的装配方式,一般取10mm即可。

3.3导板

导板不仅对轧件的入口、出口进行导向,还直接参与变形,因此其外表形状要与变形匹配,适应金属的流动。导板的过渡带位于轧辊的孔喉位置,与机器中心线重合,导板工作面长度约为变形区实际长度,而且导板工作面入口段及出口段的长度分别与变形区入口段及出口段长度大致相等。同时,在导板尺寸设计时要尽量使轧辊和导板边缘间隙小,以达到封闭孔型的目的。如果间隙过大或导板边缘缺损,穿孔时会出现链带。

4穿孔轧辊滚花

轧辊入口锥部分采用滚花处理,增大了轧辊和轧件之间的摩擦,以利于管坯咬入。由于108分厂产品为厚壁管,延伸系数小,因此滚花的深度、长度、角度布置对穿孔生产、产品质量影响很大。如果滚花深度不够,则轧件摩擦力不够,易前卡;如果滚花过深,影响钢管表面质量,尤其对高压锅炉管的压扁性能影响极大;滚花区过短,易后卡;滚花区过长,影响钢管表面质量。此外,滚花设置与送进角、辗轧角密切相关。

生产实践证明,108分厂二辊锥形穿孔机在送进角为15°、辗轧角为15°及穿孔滚花深度Hmin0.2mm时,出现前卡;而滚花深度Hamx1.0mm时,穿孔毛管表面出现微裂。此外,滚花的影响与辊距等调整参数也有关。108分厂穿孔滚花间距为2.5mm,其方向由上到下与辊轴成30°,前段部分滚花深度为0.6mm,后段部分深度为0.4mm,滚花长度控制在轧辊前端到高点前80mm

5结语

实践证明,锥形穿孔技术在中厚壁钢管生产中是可行的,二辊锥形穿孔机与三辊轧管机及三辊微张力减径机的配置是成功的。二辊锥形穿孔技术在中厚壁钢管生产中的开发应用,不但有利于提高穿孔毛管外表面质量,而且有利于后续工序的工艺优化,使内外表面质量及几何尺寸都能得到改善。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

文章地址:http://www.gbt14976.com/Info/View.Asp?Id=979

版权所有 © 转载时必须以链接形式注明作者和原始出处

我们需要您的支持与分享

分享到:

相关新闻

    没有资料