穿孔机钢导盘粘钢原因分析及控制

张 进，黄尊良，朱宝禄，尹锡泉

（天津钢管集团股份有限公司，天津300301）

1 前言

天津钢管集团MPM机组穿孔使用导盘与桶型穿孔辊配合进行孔型封闭。导盘水平布置在穿孔中心线两侧，与上、下穿孔辊和顶头共同构成变形区。在穿孔过程中，导盘对变形的金属除了起到导向作用外，还起到限制金属横向变形、促进金属轴向延伸、控制毛管外径、对变形区金属施加轴向拉力的作用。由于导盘主动旋转线速度大于穿孔毛管轴向线速度，因此导盘也能起到提高穿孔效率的作用。

在穿孔生产过程中经常有导盘粘钢现象发生，导盘粘钢现象是由于在穿孔时间内,导盘与处于高温状态的穿孔坯料接触时,局部受到高温、高压和摩擦力等因素的联合作用,导致导盘与轧件局部出现类似于压力焊接中的假焊现象[1]。较重的导盘粘钢不仅造成停机事故，降低机组作业率并且会对毛管产生通体螺旋型划伤，再经过连轧和定径机组的轧制，在成品管表面形成与螺距方向相反的螺旋型外折或者外结疤（如图1、2所示。造成连轧管外折、外结疤的因素较多，理论上讲，凡是能与管坯、毛管及荒管外表面接触的设备都能造成外折、外结疤，但是只有导盘粘钢能造成与螺距方向相反的规律性螺旋型外折或者外结疤）。轻微的外折或者外结疤需要下线修磨，严重的无法修磨造成废品，对成材率造成重大影响，因此解决好导盘粘钢问题具有重要意义。

图1 导盘粘钢造成的钢管外折缺陷

图2 导盘粘钢造成的钢管外结疤缺陷

2 导盘孔型设计与材质

2.1 导盘孔型的设计原理

导盘外环与导盘内环组件构成导盘整体，当导盘外环损坏时可以直接更换外环而不更换内环组件，这样有利于降低导盘消耗。导盘的孔型采用双弧形，两段圆弧相切点在导盘厚度中心线上，在导盘的孔型与导盘侧面之间用半径为15 mm的圆角连接。导盘的孔型由入口半径R2、出口半径R1的弧面组成，根据经验确定入、出口半径值的大小：

入口半径：R2＝（0.66～0.70）×DB出口半径：R1＝（0.8～0.87）×DB

导盘孔型的入口半径比出口半径小的原因是考虑到穿孔孔型封闭的需要，确保导盘对金属良好的导向。

导盘厚度由最小穿孔辊距和导盘高边与穿孔辊的最小间隙决定。大小为：（0.8～1.0）×DB

注：DB－管坯直径，单位是mm。

2.2 导盘外环制造材质的技术要求

导盘外环材质为16Cr16Ni2，成分如表1所示；外环表面经淬火加回火处理后，硬度为240～270HB；导盘最大中径2 200 mm，最小中径（报废尺寸）2 000 mm。

表1 导盘外环材质化学成分

3 钢导盘粘钢的影响因素及控制

影响钢导盘粘钢的因素主要有以下几个方面：（1）穿孔工具表面状态；（2）穿孔孔型参数调整不当；（3）穿孔速度制度不当；（4）管坯加热制度不合理；（5）导盘冷却效果不好。

3.1 穿孔工具表面状态

由工具表面状态导致的导盘粘钢主要有以下两个方面：

①穿孔辊滚花不合适，对导盘粘钢有一定程度的影响。穿孔辊滚花过深、宽深比不合理、滚花有毛刺以及上下穿孔辊滚花不一致，均会导致高温管坯在穿孔时表面被穿孔辊碾粘下一些大小不等的薄片，这些薄片随管坯旋转前进到穿孔辊与导盘封闭端时比较容易粘附在导盘上，造成导盘粘钢。尤其是在新加工后的穿孔辊使用初期，这种现象更为严重。

②新导盘表面光滑、摩擦系数小。新导盘摩擦系数小，导盘对管坯的轴向拉力降低，导盘与管坯间的相对速度变大，从管坯上碾粘下一些薄皮并粘附在导盘上造成导盘粘钢。

针对以上由穿孔工具表面状态造成的导盘粘钢，采取以下预防措施：

①新穿孔辊上线前严格按照要求加工滚花：滚花间距2.5 mm，滚花深度0.5 mm，形状为正方形，与穿孔辊轴线呈45°；上线使用之前打磨掉棱角，确保滚花无毛刺；保证上下辊滚花一致，同一辊入出口一致。

②新车的导盘上线前适当降低工作表面光洁度，以增加导盘的摩擦系数，防止因为导盘表面光滑造成打滑现象，使导盘与管坯间的相对速度变大，并且新导盘开轧前避开易粘钢种及薄壁管。

3.2 穿孔孔型参数调整不当

穿孔孔型调整必须满足以下要求：辊距、导距、喂入角、顶头前伸量调整应以轧制表所给数据为依据，并根据管坯材质、管坯直径、毛管壁厚等做适当调整；生产中导距总是大于辊距（因为有横向变形），二者比值即为椭圆度系数，一般在1.07～1.15之间，穿轧薄壁管和合金管等难轧品种时取小值，穿厚壁管和碳钢管等易轧品种时取大值；导盘和穿孔辊形成的孔型封闭较好；穿孔辊及导盘丝杠压下正常；毛管质量满足要求且穿孔辊及导盘负荷正常。

穿孔孔型调整不当导致的导盘粘钢主要包括以下两个方面:

①穿孔孔型的椭圆度过小，导致管坯旋转困难，造成管坯表面被穿孔辊碾轧下一些大小不等的薄片并粘附到导盘表面造成导盘粘钢。

②穿孔辊与导盘封闭端间隙过大，生产薄壁毛管时会发生挤钢现象造成导盘粘钢，挤钢严重时甚至会形成链带。

为避免导盘粘钢，在换孔型开轧初期一般安排中厚壁的品种，以减少穿孔变形量，降低变形抗力，从而降低导盘所受压力。另外针对以上因素造成的导盘粘钢，采取以下预防措施：

①控制穿孔孔型的椭圆度。导盘距离与轧辊距离的比值决定着轧件在变形区中的椭圆度，而椭圆度又影响毛管质量、咬入条件、轴向滑移、穿孔速度、扩径量、轧卡及毛管尺寸控制等。生产过程中要合理控制孔型的椭圆度，避免椭圆度过小，管坯旋转困难造成的导盘粘钢。

②根据生产的钢管所需管坯规格，选择厚度适当的导盘，并根据轧制规格合理调整穿孔辊与导盘封闭端的间隙，杜绝由于挤钢造成的导盘粘钢发生。

3.3 穿孔速度制度不当

穿孔速度制度不当造成的导盘粘钢主要是指生产过程中导盘速度过快，导盘对轧件的轴向拉力增大，加剧导盘与轧件间的摩擦力，导致导盘上粘附金属碎片，造成导盘粘钢。尤其在易粘钢钢种开轧时导盘速度调整过快更易导致导盘粘钢。图3所示为轧制φ272.60 mm×30.50 mm尺寸的13Cr接箍料时，由于开轧导盘速度调整不当造成的严重导盘粘钢,图4为粘附到导盘上的金属碎片宏观形貌。

图3 粘钢导盘表面

图4 粘附到导盘上的金属碎片宏观形貌

针对以上因素造成的导盘粘钢，采取以下预防措施：

①生产过程中导盘速度合理选择。导盘速度关系到轧件的二次咬入、轧件滑移、穿孔速度、减少轧辊负荷以及减小导盘所受压力等。因此，合理选择导盘速度至关重要。根据生产经验，导盘的轴向速度与轧辊的轴向速度比值在1.25～1.7之间时轧制比较稳定，若比值太大则加剧导盘负荷，易于造成导盘粘钢，若比值太小，轧件前进速度降低，不利于穿孔效率的提高。

②新钢种及易粘钢钢种开轧穿孔调整时适当降低导盘速度，以降低导盘所受压力，减少甚至杜绝导盘粘钢现象的发生。

3.4 钢坯加热制度不合理

钢坯加热制度不合理、钢坯温度过高，在穿孔过程中，毛管易于同导盘粘结,在穿孔辊使用初期这一现象更容易发生。因此在新穿孔辊使用初期应避免钢坯加热温度过高或在炉内停留时间过长。

3.5 导盘冷却效果不好

导盘冷却效果不好，导致导盘与管体接触表面局部磨擦升温过高而使相对较软的管体局部粘附到相对较硬的导盘上，造成导盘粘钢。

针对导盘冷却效果不好造成的导盘粘钢，在开轧前及正常生产时，要按要求巡视导盘冷却水，并根据轧制孔型情况来调节冷却水大小,既要防止导盘水量过大喷溅到毛管造成毛管温降过快，又要确保导盘表面得到充分的冷却，杜绝导盘表面温度过高造成导盘与管坯表面发生粘着。

通过以上预防方案的实施，天津钢管集团股份有限公司轧管一部MPM机组在近年轧制新钢种及易粘钢钢种逐年增多的情况下，导盘粘钢事故逐年降低，由2010年的905 min减少到2011年的532 min，直至近年控制在100 min以内，导盘粘钢事故得到有效控制。

4 结语

为减少导盘粘钢事故的发生，需要从以下几个方面进行控制：

1）穿孔辊滚花加工合理，导盘表面光洁度符合要求；

2）根据轧制规格和钢种调整穿孔孔型椭圆度，杜绝椭圆度过小造成管坯旋转困难，导盘与穿孔辊封闭端间隙要合适；

3）导盘的线速度与穿孔线速度比值选择合适；新钢种及易粘钢钢种穿孔时应适当降低导盘及穿孔线速度，以降低导盘所受压力；

4）避免钢坯加热温度过高或在炉时间过长；

5）根据轧制孔型对冷却水进行调节等五个方面的措施可以有效避免钢导盘粘钢。

上述措施能够得到有效实施可以大幅度降低导盘粘钢事故发生率，从而提高生产效率，降低生产成本，获得较好的经济效益。

[1]杨效勇，庄刚.穿孔机导盘粘钢研究[J].天津冶金,1995(1)：13.