三輥軋管機內螺現象的研究及解決方法

2012-11-17 09:20:24嚴衛群

采礦技術 2012年1期

嚴衛群

（華菱集團湖南衡陽鋼管（集團）有限公司，湖南衡陽市 421001）

三輥軋管機內螺現象的研究及解決方法

嚴衛群

（華菱集團湖南衡陽鋼管（集團）有限公司，湖南衡陽市 421001）

研究了三輥軋管機軋制鋼管時出現內螺現象的原因，并進行了優化輥型、優化工藝參數、提高軋輥表面質量3種解決方案的試驗分析，認為對于60CrMnMo鋼軋輥進行表面堆焊處理能有效提高三輥軋管機輥表面硬度和熱耐磨性，減輕和消除內螺現象。

三輥軋管機；內螺；60CrMnMo軋輥；表面堆焊

0 前言

熱軋三輥軋管機阿塞爾軋機是熱軋厚壁無縫鋼管生產線的主要設備之一，但其在軋制鋼管時有1個固有缺陷，即容易在鋼管內表面產生螺旋形的凹凸不平缺陷，稱為鋼管內螺缺陷，其嚴重影響鋼管質量，用戶也經常提出質量異議。

通過分析研究，三輥軋管機產生鋼管內螺的原因主要有3個：一是調整參數的影響；二是軋輥輥形的影響；三是軋輥表面質量、硬度和熱耐磨性的影響。作者對此做了大量實驗對比研究，發現前2種因素雖然能比較有效地解決三輥軋管機鋼管內螺缺陷等質量問題，但都不是很穩定，原因就是軋輥表面的硬度達不到要求，容易磨損，一旦磨損到一定程度，軋管機的鋼管內螺現象就比較明顯，而硬度偏高軋輥表面又容易出現“龜裂”現象，影響軋輥的使用壽命。如何通過提高軋輥表面質量來提高軋輥的硬度和熱耐磨性是穩定、有效地解決三輥軋管機鋼管內螺現象最好方法。本文對軋輥表面進行了堆焊及熱處理，有效地提高了軋輥表面硬度和熱耐磨性，較好地解決了三輥軋管機的內螺缺陷這一質量難題。

1 產生內螺的原因分析

從理論上分析，219機組軋管工藝是錐形穿孔＋三輥軋管＋十二定徑和十二微張力減徑，而三輥軋管是屬于斜軋工序，內螺是該工序的固有缺欠。傳統三輥軋管機輥型設計都是輾軋帶母線設計成一條直線，當送進角為0°、調整時所用的輾軋角為軋輥輥型上的輾軋角時，軋制段的母線才會與軋制中心線平行，在這種情況下理論上不會產生內螺紋，但是當送進角為0°時是不能正常軋制出鋼管的，故要正常軋制生產，調整時必須有1個一定大小的送進角，送進角不為0°時管體在輾軋段的實際空間開度曲線與軋制中心線不平行，所以軋出的鋼管總會有內螺，這種內螺紋呈波浪型。內螺紋還有一種形式就是內表面有1條比較明顯的螺紋型的槽子，這種內螺紋產生的原因主要是軋輥輥型加工精度差，3個軋輥入口錐的母線不一樣長及軋管參數調整不合理，如3個送進角、3個輾軋角、3個輥縫值不相等，再加上軋輥材質耐磨性差造成的。

2 解決方法

影響軋管機軋管產生內螺的原因主要是調整參數不當、軋輥加工的輥形及精度誤差明顯，以及軋輥表面硬度及熱耐磨性差，下面就從這三個方面進行分析研究。

2.1 優化輥型

圖1為軋輥輥型簡圖，本文對輥型進行優化，優化前后參數見表1。

圖1 軋輥輥型簡化示意

表1 優化前后參數

進行改變軋輥輥型后鋼管表面質量對比實驗。軋輥材料為45Mn2鋼軋材，采用Φ130mm坯料生產，規格為89mm×16mm，按標準《YB／T5035－1996》各軋250t，軋制參數見表2，試驗結果見表3。由表3可知，優化后的軋輥輥型軋出的鋼管內螺紋要淺一些，且不易軋傷鋼管。

表2 軋制參數

表3 優化前后試驗結果對比

2.2 優化工藝參數

對薄壁管使用小送進角、小孔喉值進行試驗，對比試驗前后鋼管內表面質量情況。試驗用Φ130 mm坯料生產，采用20＃優質碳鋼，鋼管尺寸為76 mm×10mm，按標準《GB／T8163－2008》生產，也采用Φ280mm坯料生產219mm×40mm鋼管，鋼材為P12合金鋼，根據標準《GB5310－2008》生產。軋制參數見表4。實驗結果見表5，從表5可知，其它條件不變時使用小送進角可以減輕內螺深度；使用小芯棒減小孔喉值可以減少內螺深度。

表4 改變軋管送進角和孔喉值的試驗參數

表5 優化工藝參數對比實驗結果

2.3 提高軋輥表面質量

由三輥軋管的實踐經驗可知，使用軋輥軋制鋼管一段時間后（一般為7d），就要更換軋輥，主要是軋輥工作面磨損嚴重，使軋制的鋼管表面有明顯裂紋及出現內表面內螺較深等質量問題，而且有時在軋制4～5d后，軋輥軋出的鋼管內表面內螺明顯加深。為此本文通過提高軋輥硬度和對軋輥表面進行堆焊修復，對提高軋輥表面質量進行了研究。

（1）提高軋輥硬度。進行軋輥硬度提高前后鋼管表面對比試驗，試驗條件為采用45Mn2合金鋼，Φ130mm坯料生產鋼管89mm×16mm，按標準《YB／T5035－1996》，合同量各軋350t，軋制參數見表6。

試驗結果見表7，從表7可知，2種輥型硬度進行對比，硬度320HB輥型的內螺淺，說明軋輥硬度高有利于提高鋼管內表面質量。但軋輥硬度提高后，軋輥使用一段時間后（一般3～5d）軋輥的工作表面產生縱向裂紋（俗稱龜裂），導致以后軋出的鋼管外表面容易產生小裂紋，且軋輥再使用時的切削量大大增加，所以單純提高軋輥硬度不可取。

表6 試驗軋制壓制參數

表7 軋輥硬度提高前后鋼管表面對比實驗

（2）通過對軋輥表面堆焊、熱處理提高表面硬度和熱耐磨性。Φ540外徑大小的新軋輥使用至Φ485時就要報廢，在報廢的軋輥中選取一組軋輥進行堆焊修復，一是節約工模具成本；二是驗證堆焊的軋輥在使用上較傳統軋輥是否有更好的性能。堆焊軋輥采用堆焊前軋輥準備－焊前預熱－保溫堆焊作業－焊后回火熱處理－焊后機加工－成品檢測等工藝。堆焊前軋輥準備即采用機械加工的方法去掉軋輥表面的疲勞層、龜裂等缺陷。為防止在焊接時造成脆性區、杜絕裂紋的發生，堆焊前必須對軋輥進行預熱，預熱溫度在材料的Ms點以上，同時為減少熱應力，升溫速度開始時要采用約20℃／h速度升溫，100℃之后可升高至40℃／h，以達到加熱均勻；堆焊環節中必須綜合考慮焊接電壓、焊接速度、軋輥轉速、軋輥的保溫、焊接電流、焊接材料等，焊接分為過渡層和工作層，工作層采用鉻含量5%～6%的工具鋼成分，并控制C含量在0.3%以下，通過提升M0含量至3.0%左右，提高堆焊金屬的熱耐磨性；為消除焊接殘余應力，還要對堆焊緩冷后的軋輥進行回火熱處理，為了達到需要的軋輥表面硬度，回火溫度不宜過高，一般控制為500～550℃。

分廠分別于5，6月份采用堆焊軋輥和普通軋輥進行了對比試驗，試驗對比數據見表8、表9。堆焊前后使用效果對比見表10。由數據表明，通過使用堆焊軋輥，可減少軋輥磨損量，軋輥使用壽命提高1倍以上，且鋼管內表面內螺紋缺陷得到了有效控制。