钢管定（减）径工艺技术（Ⅲ）——《热轧无缝钢管实用技术》

5 钢管定（减）径机产品质量缺陷与预防

钢管在定（减）径过程中，所产生的质量缺陷主要包括：几何尺寸超差、“青线”、“指甲印”、擦伤、麻面、结疤、内凸、“内方”等。

5.1 几何尺寸超差

5.1.1 外径及椭圆度超差

影响钢管外径、椭圆度超差的主要原因有：轧辊装配及孔型调整不当、变形量分配不合理、孔型加工精度差或磨损严重、荒管温度过高或过低以及纵向温度不均等。

（1） 孔型形状和轧辊装配精度对钢管外径的影响。

斜轧定径机的孔型形状对钢管外径的影响可参照斜轧管的影响是显而易见的，其孔型调整的要求和方法可参照斜轧管的。

辊缝可调的纵轧定（减）径机，当孔型（尤其是成品及成品前架）错位或辊缝值超差（过大或过小）时，会带来定（减）径后的钢管外径超差或外形呈椭圆状。当轧辊出现了严重磨损（特别是成品及成品前机架），导致孔型直径变大，钢管的外径也随之变大。

为了提高定（减）径后钢管的外径精度，减小钢管的椭圆度，应保证孔型加工和调整的精度，使孔型尺寸和形状符合工艺要求。对于三辊可调式定（减）径机而言，在调整辊缝位置时，必须保证3 个轧辊同时调整，且调整的参数相同，孔型中心保持不变。

对于孔型加工好了以后再与辊轴进行组装的组合式轧辊，若装配发生偏心，轧出的钢管外径会出现一节大，一节小。

（2） 减径量对钢管外径的影响。

单机架减径量的大小会影响轧制力的变化，进而带来轧辊弹跳值的变化，导致辊缝值的增减，造成钢管外径发生变化。一般来讲，成品前架的减径量只有单机架平均减径量的一半，成品机架基本上不给减径量。

（3） 荒管温度对钢管外径的影响。

荒管加热温度的高低会带来金属变形抗力的变化，进而造成轧制力和平均张力系数的变化。另外，钢管温度是钢管直径的函数，温度越高，热外径越大。一般认为，钢管的热外径与室温条件下的外径存在以下关系：

式中 Dr—— 加热后的钢管热外径，mm；

D —— 室温下的钢管外径，mm；

t —— 钢管的温度，℃；

α —— 钢的热膨胀系数，mm/℃。

对于碳钢，终轧温度在800～1 000 ℃时，其热膨胀系数 α 取 13.5×10-6～17.5×10-6mm/℃，通常（1+αt）取 1.010～1.015。

定（减）径时，钢管温度的高低和均匀性（尤其是终轧温度）除影响钢管的外径、壁厚等尺寸精度外，还会影响到钢管的表面质量及其在热轧状态下交货的力学性能。

为了保证荒管定（减）径时的温度合理且均匀，常用的办法是在定（减）径前严格按工艺要求对荒管进行再加热，以消除因温度不均而带来的钢管外径超差，保证钢管力学性能符合标准要求。

5.1.2 壁厚超差

钢管壁厚超差主要表现为壁厚不均和内孔不圆。壁厚超差与定径前的荒管壁厚精度、减径量、孔型形状和孔型调整、张力系数以及荒管加热温度等因素有关。

（1） 荒管壁厚不均的影响。

定（减）径时，由于荒管内表面没有芯棒支撑，其管壁得不到压缩变形。荒管的壁厚不均会“遗传”到定（减）径后的成品钢管上。所以，提高荒管壁厚的均匀性是确保成品钢管壁厚精度的首要条件。

（2） 孔型形状及孔型调整的影响。

孔型错位、歪斜或轧辊磨损等都会带来孔型形状和尺寸的变化，其除了会影响钢管的外径精度外，还会造成钢管的壁厚不均。

当孔型侧壁开口角越大且辊缝值越大时，孔型侧壁对金属宽展的抑制能力会减弱，从孔型顶部压下的金属容易流到辊缝附近，由此造成钢管的壁厚不均。这种影响在荒管减径量大、平均张力系数小时更明显。

轧槽深度会影响钢管的壁厚不均。轧槽越深，孔型顶部和孔型边缘的速差越大，金属变形越不均匀，导致钢管壁厚精度降低。这也是三辊孔型的定（减）径机较二辊孔型的定（减）径机轧制的钢管壁厚精度更高的原因之一。

为了减小孔型因素对钢管壁厚不均的影响，在保证宽展的金属不进入辊缝而产生“青线”或轧折的前提下，应尽可能减小孔型侧壁开口角和辊缝值，采用零宽展或负宽展孔型。同时，还应加强对孔型的调整，保证孔型不错位、不歪斜。

（3） 张力系数的影响。

张力会促进金属延伸，抑制宽展和增壁，有利于钢管壁厚精度的提高。随着张力系数的增大，钢管壁厚会减薄，但钢管头、尾会产生不均匀增厚（即产生“张力头”）。

实际生产中，采用“削尖”轧制技术和钢管管端壁厚控制技术，能使管端的增厚长度减少30%以上，甚至超过50%。

（4） 荒管减径率的影响。

荒管减径率的大小对钢管壁厚不均的影响与张力系数有关。表现为：当荒管减径率大而张力系数小时，管壁会增厚；在荒管减径率较大的条件下，增大张力系数，有利于壁厚精度的提高；在张力系数较小的条件下，减小单机架减径率和总减径率，对提高壁厚精度有益。

（5） 荒管加热温度的影响。

荒管加热温度的高低会改变张力系数的大小，进而影响金属的流动。前已述及，张力系数是金属轴向应力与金属的平面变形抗力之比值。如果荒管的加热温度降低，金属的平面变形抗力会升高，张力系数会减小。在这种情况下，金属的轴向延伸相对比较困难，从而增大了金属的横向流动，使钢管的壁厚精度降低。与此相反，当荒管的加热温度较高时，张力系数会增大，有利于金属的轴向流动而抑制其横向宽展，使钢管的壁厚精度提高。但加热温度太高，且张力系数太大时，管壁会出现严重拉薄。保证荒管的加热温度符合工艺要求，并提高温度的均匀性，有利于减小钢管的壁厚不均。

5.2 “青线”和“指甲印”

“青线”和“指甲印”都是在轧辊边缘处产生的。在以下两种情况下钢管会产生“青线”：一是由于在某一机架或几个机架中，因宽展系数大（零宽展孔型或负宽展孔型），或减径量大，或张力系数小，导致金属流入狭小的辊缝形成“耳子”，经下一孔型轧制后变成“青线”或轧折；二是轧辊发生了“垮架”，不在同一孔型圆周上的轧辊边缘压在钢管表面上，造成直线状的压痕。“青线”可能是一条，也可能是多条。“指甲印”是因辊缘的线速度快于钢管的运动速度，轧辊边缘与钢管表面之间产生了较大的相对滑动，造成黏钢结瘤，进而压伤钢管表面而产生的。“指甲印”沿管体纵向分布，形貌呈短弧形，类似“指甲”状。严重的“青线”和“指甲印”可致钢管判废。

三辊式定（减）径机的轧槽较浅，钢管的运动速度与轧辊边缘的速差较小，故钢管不易产生“指甲印”。二辊式定（减）径机因孔型侧壁开口角和辊缝值较大，故钢管不易产生“青线”。

为预防钢管表面出现“青线”，在孔型设计或孔型调整时，要保证合适的孔型椭圆度和辊缝值，防止孔型错位，避免轧制冷钢而损坏轴承。为减少“指甲印”，必须保证轧辊表面硬度和良好的冷却条件，防止辊面黏钢。

5.3 内 凸

内凸是指荒管定（减）径时，由于单架定（减）径量过大，造成其管壁向内弯折（有时呈闭合状），而在钢管内壁形成凸起的线状缺陷。

据有关资料介绍，钢管在定（减）径时，存在一个临界减径量，一旦某一机架的减径量超过临界减径量，钢管就会在孔型中失稳而产生内凸。这种钢管缺陷不常发生。钢管内凸主要是在轧制薄壁钢管时，因机架组合出现失误，或孔型调整出现严重差错，或机架发生机械故障所致的。提高张力系数，可以提高临界减径量，减小减径量可以提高钢管在孔型中变形的稳定性，二者均能防止钢管产生内凸。在生产中，应严格按轧制表配辊，并精心调整孔型，防止钢管内凸缺陷的发生。

5.4 擦伤和麻面

擦伤主要是由于机架间的“铁耳子”和粗糙的出、入口辊道或滑板上的尖锐物划伤钢管表面造成的。减径时，轧制速度可能高达5～7 m/s，钢管在出口辊道和滑板上高速运动时，很容易擦伤表面。一旦发现钢管表面擦伤，应及时检查、修磨或更换磨损、黏钢的工具，清除机架间的“铁耳子”。

麻面是由于老化、粗糙的轧辊表面，或荒管表面过厚的氧化铁皮没能得到很好的清除而造成的。在荒管定（减）径前，用高压水（压力为16～20 MPa）将其表面的氧化铁皮清除干净，可以提高钢管的外表面质量。

5.5 结 疤

结疤以不规则形式分布于钢管表面，主要是因轧辊表面黏钢结瘤或轧辊边缘破损带来的。其与轧辊的硬度和冷却状况、轧槽深度以及减径量等因素有关。

改进轧辊材质，提高轧辊辊面硬度（280～320 HB），保证良好的轧辊冷却条件，减小单机架减径量以及减小轧辊表面与金属表面的相对滑动速度等都有利于减少轧辊黏钢的机会。一旦发现钢管有结疤，应根据其缺陷的形状及分布状况，查找产生结疤的所在机架，对黏钢或破损的轧辊进行修复，不能修复的轧辊应及时更换。

5.6 “内方”

“内方”是钢管减径时的一种特有缺陷，其形态如图2 所示。“内方”除对钢管壁厚精度有影响外，还会影响钢管内孔形状，造成其内孔不圆。“内方”的程度可用P 值判定，并由公式（44）～（46）计算：

式中 Sa—— 对应孔型顶部或辊缝处的钢管N 个壁厚值，mm；

Sb—— 对应孔型顶部到辊缝中点处的钢管N个壁厚值，mm；

N —— 表示“内方形”的边数。“内六方”时，N=6；“内四方”时，N=4。

P 值的绝对值愈大，表示钢管“内方”的程度愈严重。当P=0 时，钢管无“内方”；当P ∧0 时，为负“内方”；当 P ∨0 时，为正“内方”。

“内方”主要是定（减）径时，管壁不均匀增厚带来的，是金属横向不均匀变形的结果，也是钢管壁厚不均的一种特殊表现形式。

影响钢管“内方”的因素包括：轧制温度与速度，平均单机架减径率和总减径率、钢管壁厚系数（S/D），以及在同样壁厚系数时的钢管外径、轧辊直径、张力系数和孔型等。一切有利于金属纵向延伸，限制横向宽展，促进均匀变形的因素都能降低“内方”发生的几率，减轻“内方”的程度。

防止钢管产生“内方”的措施与减小荒管壁厚不均的措施一样。特别是设计合理的单机架减径率、采用圆孔型或负宽展孔型，并施以较大的张力系数，可以强化金属的纵向流动，抑制横向变形，有利于减小钢管的横向壁厚不均，甚至不产生“内方”。

6 钢管定（减）径机主要设备技术参数

钢管定（减）径机主要设备技术参数见表3，钢管张力减径机主要设备技术参数见表4。

表3 钢管定（减）径机主要设备技术参数

表4 国内典型钢管张力减径机主要技术参数