消除锥形穿孔机毛管端部尾圈方法探讨

祁继锋

摘要：管坯在穿孔时，由于塑性变形内外表金属流动性不均匀，致使毛管尾端产生尾圈，在连轧机工序生产时会将尾圈带入钢管尾部，造成芯棒划伤或在管体内表产生轧疤，掉落在机架孔型内时会将机架辊划伤，通过优化环形炉温度加热及轧制参数（辊距、导板距、前伸量、喂入角），基本消除穿孔毛管尾圈改善钢管质量，提高轧机工模具的寿命，保证生产的连续性。

关键词：环形炉；加热工艺；穿孔机；调整参数；尾圈；消除

引言

在生产无缝钢管的穿孔工序中，毛管尾端经常会产生尾圈。连轧机工序进行毛管插棒时，尾圈易被带入钢管内，造成芯棒划伤或在管体内表产生轧疤，掉落在机架孔型内时会将机架辊划伤，影响正常产线生产。某些轧管厂采取管坯尾端定心的办法消除尾圈，采取改进环炉加热温度及时间，穿孔优化工艺调整参数的方法，在消除毛管尾圈方面取得了很好的效果。

1 尾圈形成原因

穿孔机在轧制加热好的管坯时，边旋转边前进，有两种变形：一种是由实心管坯轧制成毛管所产生的轧件几何形状和尺寸的基本变形；另一种是由于变形不均匀，在金属内部产生的附加变形，有扭转变形、纵向剪切变形、横向剪切变形和管壁塑性弯曲等。对于锥形辊穿孔机，轧辊直径沿轧制线方向增加，有效减少了扭转变形，但纵向剪切变形依然存在，这是产生尾圈的根本原因。纵向剪切变形主要是由于顶头受轴向阻力造成的，穿孔时轧辊带动外层金属沿纵向流动，而顶头阻碍内层金属的纵向流动，结果各层的轴向流动产生差异，而金属是一个整体，故各层间必然产生相互附加剪切变形和附加剪应力，致使内层金属的纵向变形速度落后于外层金属，在管坯尾端产生外凸，在辗轧过程中形成尾圈。如果管坯内外表温度加均匀，温差较小的情况下，尾圈较小，且掉落在穿孔机孔型内；如果壁厚均匀，尾圈呈环状；如果尾端壁厚不均，则呈不规则状。为了消除尾圈，需要尽量减小纵向剪切变形，同时还要保证钢管壁厚均匀。

2 生产中存在的问题

无缝Φ460mm PQF 连轧管生产线采用锥形辊穿孔机，其主要工艺参数如下（以Φ380 mm 管坯生产Φ325 mm×8普管为例）。管坯外径380 mm；毛管外径430mm。环炉各段加热温度：预热一段900℃，预热二段1110℃，加热一段1240℃，加热二段1295℃，加热三段1295℃，均热一段1285℃，均热二段1285℃，管坯在炉支数达到230支，出料节奏在65秒/支时，管坯在炉时间4.15小时，穿孔顶头直径344mm，长度685mm，顶前压下量27.52mm，顶前压下率5.91%，相对压下率13.16%，前伸量230mm，辊距330mm，导板距370mm，顶头角度4.445，顶头正弦值0.077，入口辊面角度2.5°，出口辊面角度3.8°，入口辊面角度正弦0.044，出口辊面角度正弦值0.066，导板角度7.5°，导板角度正弦值0.13。采用以上工艺参数生产时，毛管尾端尾圈较大，比较严重，严重的时候尾圈掉进连轧管机架之间堆满，造成轧机辊表面划伤，严重影响管体表面质量，影响正常生产。最初采取管坯锯切设备后，设计定心机设备，使用碳棒进行电磁波定心，能够起到一定作用，但效率太低，并且成本高，设备稳定性较差，以出现故障，不能满足生产需要；后来采取人工气割定心，但是工人劳动强度大，气割定心质量也不能得到保证。因此决定从环炉加热质量及穿孔工艺的角度着手解决这个问题。

3 合理加热管坯，优化穿孔轧制参数

由尾圈的形成机理可知，消除尾圈的产生需要尽量减少纵向剪切变形，Φ460 mm PQF 连轧管机组设计Φ48m环形炉使用天然气进行加热管坯，按照管坯加热速度7分钟/厘米的加热速度，根据能量传递规律，炉内的管坯加热主要通过辐射进行加热，保证加热的均匀性，减小内外温差值，目前的加热模式不能满足在炉时间及热量的均匀渗透，穿孔的轧制参数也不利于金属的流动的均匀性，为保证管坯在炉时间及温度的渗透性，减小内外温差，增加穿孔轧制时轧件变形时金属的均匀流动性，因此考虑重新调整环形炉布料角度及加热温度，调整穿孔孔型参数，理论上环形炉进行炉底设计槽位，增加布料的均匀性，按照同一角度布料，可以将在炉支数由230支增加到260支，在炉时间延长0.5小时，保证了加热的均匀性；增大加热段度数，提高预热二段的温度，保证加热时的渗透性；将温度整体提高，各段加热温度：预热一段900℃，预热二段1160℃，加热一段1260℃，加热二段1315℃，加热三段1315℃，均热一段1280℃，均热二段1280℃，增加热辐射的整体能量，适当拉大加热段与均热段的温差，防止管坯表面温度过高里面温度低的现象，造成穿孔不咬。第二，优化穿孔轧制参数，理论上要求顶头辗轧段母线与轧辊旋转时辊面弧线平行，才能够保证钢管壁厚均匀。利用Auto CAD 软件对穿孔变形进行三维模拟，要求穿孔变形尽量平缓、防止集中变形，以达到减少轧件纵向剪切变形的目的，因此对穿孔前伸量的值进行增加优化。加长的原则一是保证轧辊入口锥长度满足咬入条件，其二是保证穿孔二次咬入。孔型椭圆度进行优化，减小导板距增大辊距，使椭圆度减小，便于轧制时的变形，在有效减小纵向剪切变形。调整喂入角，减小喂入角，均匀轧辊的线速度，增强轧制时的稳定性。

调整穿孔速降比，采取慢快慢的轧制模式，在抛钢时慢速有利于金属流动的均匀性，从而减少扭曲变形。

4 生产应用情况

优化前，生产325×8普管系列时，穿孔后毛管尾端尾圈严重，连轧插棒时时把尾圈带到钢管内，直接造成质量降级处理，后工序探伤掉队率达到60%以上，连续生产3 个班次后，钢管表面出现外轧疤，检查发现连轧管机辊面划伤非常严重，造成生产中断更换轧机机架。优化设计后，采用调整后的轧制参数，生产顺利，毛管尾端平整，无尾圈或尾圈很小。优化前，采用原来加热工艺及轧制参数轧制毛管2635支，出现尾圈的就有2031支，所占比例为77.08%；优化设计后，轧制毛管2169支，只有36支出现铁耳子，所占比例为1.66%。优化设计前后出现尾圈的比例由77.08降为1.66%，探伤合格率提升到96%以上，基本上消除了毛管尾端尾圈。检查钢管质量时没有发现钢管内壁压入尾圈的现象；芯棒表面的划伤也大大得到了改善，连轧及更换机架时发现机架间尾圈也非常少，在軋辊使用周期内再也没有发生因轧辊表面被划伤而更换的情况。

5 结语

穿孔机穿孔时毛管尾端产生尾圈，在连轧管机穿棒时带入钢管内，不仅影响钢管表面质量，还容易划伤芯棒，降低芯棒使用寿命；尾圈还容易掉进连轧管机机架间，造成轧辊表面划伤。通过优化环形炉加热工艺及调整轧制参数，基本消除了穿孔毛管尾圈，即使个别情况出现尾圈，也非常小，连轧插棒时不会把尾圈带到钢管内，也不会影响产品质量及正常的生产。

（作者单位：烟台鲁宝钢管）