熱軋鋼管尾部內折產生的原因及控制措施

高建學，王慶偉，楊梁才

（天津鋼管制造有限公司，天津300301）

0 引言

熱軋無縫鋼管內折是指在鋼管內表面呈現的螺旋形、半螺旋形或無規則分布的鋸齒狀折疊，也有的呈現為直線形翹皮[1-4]。有的內折存在于鋼管頭部，有的存在于鋼管尾部，甚至分布于整根鋼管內表面。天津鋼管公司460PQF連軋管機組（簡稱460機組）于 2007 年投產，共設 294、369、451、477 四個孔型系列，在生產294孔型時，鋼管尾部時常出現內折缺陷（簡稱管尾內折），嚴重影響了產品合格率和成材率指標。本文分析了管尾內折產生的原因，并且通過減小穿孔機變形區橢圓度系數、提高導衛裝置穩定性以及優化穿孔機軋制參數等方法，有效消除了該缺陷。

1 管尾內折形貌和產生原因分析

1.1 管尾內折形貌

該內折主要集中在距鋼管尾部600～1 500 mm范圍內，輕者呈傾斜鋸齒狀，重者出現翻皮現象，如圖1所示。

1.2 管尾內折產生原因分析

在斜軋穿孔過程中，穿孔輥是向同一方向旋轉的,軋輥軸線在過軋制線水平面上的投影與軋制線形成一個夾角即送進角[5]（460機組送進角可調范圍為 8°～15°），當圓管坯送入軋輥中,靠軋輥和金屬之間的摩擦力作用,軋輥帶動圓管坯—毛管反向旋轉,由于送進角的存在,管坯—毛管在旋轉的同時向軸向移動,在變形區中管坯—毛管表面上每一點都是螺旋運動,即一邊旋轉一邊前進，這就使得每支毛管內表面都會出現螺旋印，但當頂頭破穿瞬間，穿孔過程即將結束時，正是一個不穩定軋制階段，頂頭上積累的應力突然釋放，且頂頭失去周圍金屬的束縛，鋼管內壁和頂頭間的相對作用缺少限制，從而使得毛管尾部螺旋印加重，甚至出現明顯的“臺階”，再經過連軋機軋制后即形成了管尾內折。斜軋穿孔過程如圖2所示，毛管尾部嚴重的螺旋印如圖3所示。

圖2 斜軋穿孔示意圖

圖3 毛管尾部內螺旋印

1.3 影響毛管尾部內螺旋加重的原因

（1）穿孔變形區橢圓度影響。通過對比460機組四個孔型系列在生產相近壁厚毛管時所使用的軋制參數，可發現294孔型穿孔機橢圓度系數最大，并且已經超過1.2，過大的橢圓度必然會加劇穿孔過程的不穩定性，尤其是頂頭破穿階段，而從現場跟蹤情況來看，也只有294孔型會出現管尾內折缺陷。表1為各孔型軋制相近壁厚毛管時的參數對比。

（2）導衛裝置穩定性差。460機組所使用的導衛裝置為導板。兩塊導板同時安裝在導板小車的旋轉裝置上，可通過該裝置快速旋轉實現導板的更換，正常生產過程中旋轉裝置靠單側鎖緊缸鎖緊，通過現場觀察可發現當毛管尾部被頂頭破穿至拋鋼的過程中，導板小車抖動十分明顯。導板小車的劇烈抖動自然加重了頂頭破穿瞬間的不穩定性，從而導致毛管尾部內螺旋印加重。

表1 各孔型軋制相近壁厚毛管時的參數對比

（3）導板磨損嚴重。導板與導盤相比，其優點是對穿孔變形區孔型封閉性好，所軋制的毛管外形規整，但同時缺點也很突出，導板被安裝在導板小車上是固定不動的，在整個穿孔過程中導板表面與管坯是完全百分之百的滑動摩擦，且長時間處于高溫急冷環境下工作，因此導板使用到一定支數后表面就會被磨損出一個“凹坑”，隨之而來的就是穿孔變形區橢圓度增大，同樣也會導致毛管內螺旋印加重，這是因為保持軋制中心線的穩定要靠導板起限制作用。若導板間距增大，則說明頂頭在沿孔型縱向左、右位置產生的晃動增大，即頂頭不穩定，最終導致毛管內表面螺旋加重。圖4、圖5分別為全新導板和使用到1500支的導板。

圖4 全新導板上線

圖5 軋制1500支導板

2 預防管尾內折缺陷的措施

2.1 設計新頂頭，減小變形區橢圓度

在保持294孔型毛管規格不變的情況下，通過重新設計頂頭規格，并對頂頭穿孔錐圓弧半徑、輾軋錐長度和角度進行進一步優化[6-15]，可實現增加輥距，減小導距的目的，使該孔型穿孔機橢圓度系數有效的控制在1.2以內，可大幅緩解毛管尾部內螺旋加重的問題。圖6、圖7分別為原有頂頭和重新設計后的頂頭，表2為294孔型頂頭優化前后相關參數對比。

圖6 原有頂頭

圖7 重新設計后頂頭

2.2 提高導衛裝置的穩定性

為解決導衛裝置在穿孔機拋鋼時抖動大的問題，對鎖緊結構進行了升級改造，由原來的單側主動鎖緊改為現在的雙側主動鎖緊，大幅提高了該裝置的穩定性，從實際效果來看，在穿孔機拋鋼瞬間，導衛裝置抖動明顯減輕。圖8、圖9為導衛裝置改造前后的示意圖。

圖8 導衛裝置改造前示意圖

圖9 導衛裝置改造后示意圖

2.3 軋制參數動態調整

隨著導板使用支數的不斷增加，導板表面磨損程度也隨之增加，定期對實際導距進行測量并動態調整，可有效解決因導板磨損過度而造成毛管內螺旋加重的問題。

3 結語

294孔型毛管尾部內螺旋嚴重是導致管尾內折缺陷產生的直接原因，而穿孔機變形區橢圓度大、導衛裝置穩定性差以及導板磨損嚴重是導致毛管尾部螺旋印加重的主要因素。最終通過優化設計頂頭、對導衛鎖緊方式進行改造以及軋制參數動態調整等方法，有效地消除了管尾內折缺陷，大幅提高了460機組的生產指標。

表2 頂頭優化設計前后參數對比