Φ460mm PQF連軋管機軋輥黏鋼原因分析

王慶偉，王君國，王連發，胡希達

（天津鋼管集團股份有限公司，天津 300301）

Φ460mm PQF連軋管機軋輥黏鋼原因分析

王慶偉，王君國，王連發，胡希達

（天津鋼管集團股份有限公司，天津 300301）

分析了連軋輥表面黏鋼的原因及影響因素，提出了解決方法：改造冷卻軋輥表面的水嘴，同時提高冷卻水系統的壓力，保證水嘴出口水的壓力和流量不變；新連軋輥上線時先安排一定數量軋制負荷低的產品生產；合理分配各機架延伸率的同時，適當降低第3機架槽底的受力。試驗結果表明：這些方法能有效地降低黏鋼，使產品的一次合格率提高到97.65%，生產停機時間降到2.5%以下。

連軋管機；Φ460mm PQF；軋輥；黏鋼；孔型優化；氧化膜；機架槽底受力

熱軋黏輥是指在熱軋過程中，軋材表面部分剝離，黏附到工作輥表面，破壞軋輥和軋材表面質量。在無縫鋼管的生產中，隨著鋼管徑壁比和軋制負荷的增加，熱軋黏輥現象越來越嚴重［1-4］。

天津鋼管集團股份有限公司Φ460 mm PQF連軋管機組的369 mm孔型，在軋制徑壁比在45以上、連軋負荷較高的薄壁管時，連軋輥黏鋼嚴重，產品一次合格率低于70%，停機占生產時間的15%，嚴重降低了產品一次合格率和生產效率，并且鋼管外表面的缺欠增加了修復成本。本文對Φ460 mm PQF連軋管機軋輥表面黏鋼問題進行分析。

1　軋輥表面黏鋼原因分析

軋制鋼管時，在連軋輥表面單位面積內承受較高的壓力作用下，軋件由于延伸和滑移與軋輥之間具有相對運動而產生摩擦，使軋輥表面的溫度急劇升高，軋輥表面的硬度和屈服強度直線下降，從而使軋件的金屬易于黏附在軋輥的表面［5-6］。

在軋鋼過程中軋輥表面出現黏鋼與很多因素有關，主要因素有：軋輥的材質、軋輥表面的氧化膜、軋輥與軋件之間的壓力、軋輥的冷卻等［7-9］。

1.1新軋輥表面黏鋼原因分析

經過機加工的連軋輥，由于在軋輥表面周向上有機加工留下的微小“條紋”，且輥表面沒有經過高溫處理后生成的氧化膜，在新軋輥上線開軋徑壁比大、負荷高的無縫鋼管時，軋輥的表面容易黏連軋件而造成局部異物堆積，軋件表面也留下痕跡。在新軋輥上線軋制第一支鋼管時，造成軋輥表面產生黏鋼，形成軋件表面的質量缺欠。

1.2軋輥表面氧化膜的形成

由于新加工的軋輥的表面沒有高溫形成的氧化膜，當其上線使用時，在軋輥與軋件相對運動速度快和高壓力下很容易產生表面黏鋼。隨著軋制的延續，軋輥在高溫、高壓力、與軋件具有較快相對運動和驟冷驟熱的條件下，軋輥表面會被逐漸氧化，由光潔明亮變成粗糙烏灰，氧化膜逐漸形成，從而使軋輥黏鋼得到緩解，所以新輥上線軋制一定數量的鋼管后，其表面黏鋼逐漸減輕。

1.3軋輥表面受力

在薄壁的鋼管生產中，軋輥表面出現黏鋼的只有第3機架，現以軋制Φ317 mm×7 mm氣瓶管為例進行說明。在生產Φ317 mm×7 mm氣瓶管時，連軋第1~5機架的軋制力、單機架減壁率和孔型槽底單位面積所受的力見表1。從表1中可以看出連軋第1機架、第2機架的軋制力和減壁率都比第3機架大；而軋輥槽底單位面積的壓力第3機架最大。在相同的摩擦系數下，單位面積內受的力越大、瞬間產生的熱量越多，溫升越高，說明連軋輥黏鋼與軋輥總軋制力和減壁量的大小無關，與軋輥單位面積內受力造成的溫度高低關系極大。連軋第3機架軋輥表面受力如圖1所示。從圖1中可以看到，第3機架槽底輥面所承受的正壓力最大，因而其表面的摩擦力也最大、瞬間產生的溫升也最大，也就最容易黏鋼［10-11］。

表1　軋制Φ317mm×7mm氣瓶管時連軋管機軋制數據

2　解決方法

從軋輥黏鋼的分析可以看出，解決黏鋼的3個重要的途徑：一是改善軋輥表面的冷卻條件，二是快速建立軋輥表面的氧化膜，三是降低連軋第3機架軋輥表面單位面積上所承受的正壓力。

圖1　連軋第3機架軋輥表面受力示意

2.1改善軋輥表面的冷卻效果

連軋輥冷卻水原始設計為3個水嘴：正對槽底1個，槽底兩側各1個。雖然冷卻水嘴的布置方式做到了軋輥與軋件之間金屬接觸面的全覆蓋冷卻，但受力最大、溫度最高的槽底部分冷卻程度卻不夠，導致槽底部分溫度偏高。通過改造，將水嘴改為4個：槽底2個，兩側各1個，為避免槽底兩個水嘴冷卻扇形水面的交叉，將槽底兩個水嘴與軸向成15°，同時將冷卻水系統的壓力由1.20MPa提升至1.35 MPa，從而保證了水嘴出口水的壓力和流量不變，使軋輥表面的溫度由57℃降到45℃。

2.2優化排產

在新連軋輥上線使用時安排一定數量連軋負荷低的產品，避免因軋件與軋輥之間的相對運動產生瞬時高溫而降低軋輥的屈服強度，造成黏鋼；同時也促進軋輥表面氧化，使軋輥表面形成致密的氧化薄膜。通過軋制硬化，提高軋輥表面硬度，緩解軋輥表面的黏鋼。

2.3連軋孔型的優化

連軋管機第3機架槽底單位面積受力最大是造成黏鋼的主要原因，因而在合理分配各機架延伸率的同時，通過孔型優化適當降低第3機架槽底的受力是重要舉措之一［12-16］。孔型優化的思路：在保持槽底延伸系數不變的情況下，將連軋管機第1、2機架的脫離半徑、連接半徑、脫離比和連接角進行適當調整，連軋第1~3機架孔型優化數據見表2。孔型參數調整后通過在數學模型的運算得到了第1~5機架槽底受力的對比數值，孔型優化前后軋輥槽底受力如圖2所示。

從圖2中可以看出，對連軋第1、2機架相關孔型參數的調整，對連軋第3機架槽底的單位面積的受力起到了減小的作用，減小的比率為2.736%，說明對連軋第1、2機架的相關孔型參數調整的方向是正確的，在實際的生產應用中也達到了預期目的。

表2　連軋第1～3機架孔型優化數據

圖2　孔型優化前后軋輥槽底受力

3　結　語

本文以軋制Φ317 mm×7 mm氣瓶管為例，分析了連軋第3機架槽底黏鋼的原因。通過對連軋輥表面黏鋼原理的分析和采取的措施，使生產過程中的黏鋼情況基本得到解決，產品的一次合格率提高到了97.65%，生產停機時間降到2.5%以下，提高了薄壁管的一次合格率和作業率，為生產的順利進行和質量的穩定提供了良好的保證。

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Investigation of Roll Steel-sticking ofΦ460 mm PQF Pipe M ill

WANG Qingwei，WANG Junguo，WANG Lianfa，HU Xida
（Tianjin Pipe（Group）Corporation，Tianjin 300301，China）

Investigated are the causes for and the elementsaffecting occurrence of roll steel-sticking of themandrel pipemill.Accordingly，a solution is proposed，involving such measures asmodification of the water nozzle for roll surface cooling and increasing the pressure of the cooling water supply system so as to get consistent pressure and flow rate of the water nozzle；in case of using new rolls，firstly producing limited quantity of pipes as rolled with rather low rolling load；and properly distributing the elongation rate to each individual roll stand，and appropriately reducing the load upon the slot bottom of stand No.3.The testing operation result demonstrates that thanks to the abovementioned measures as taken，the roll steel-sticking severity is remarkably abated，and thus the first pass yield（FPY）goes up to 97.65%，while the downtime of themill is cut down to 2.5%.

mandrel pipem ill；Φ460 mm PQF；roll；steel-sticking；roll groove optim ization；oxidation film；load upon the stand slot bottom

TG333.17!!

B!

1001-2311（2016）03-0046-03

王慶偉（1978-），男，高級工程師，主要從事無縫鋼管連軋管機孔型設計及大孔型軋制金屬變形規律的研究。

（2015-11-15）