熱軋鋼管生產(chǎn)技術(shù)資料

1、鋼管生產(chǎn)技術(shù)要求管坯對(duì)管坯的質(zhì)量要求：對(duì)管坯質(zhì)量要求的嚴(yán)格程度與鋼管品種、 用途和穿孔方法有關(guān)。 對(duì)普通用途鋼管的管坯 質(zhì)量要求可放寬些， 而對(duì)重要用途鋼管和高合金鋼管的管坯質(zhì)量要求必須嚴(yán)格。 應(yīng)力狀態(tài)條 件較好或變形量較小的穿孔方法， 在不影響鋼管性能的條件下， 對(duì)管坯表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量 的要求可以略為低些。 應(yīng)力狀態(tài)條件較差的二輥斜軋穿孔， 如果穿孔變形量較大， 則對(duì)管坯 表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量都要嚴(yán)格要求。 總之， 管坯技術(shù)條件是以保證鋼管質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程順利 進(jìn)行為依據(jù)來(lái)確定的， 并將隨穿孔方法不同而有所變化， 隨鋼管的技術(shù)條件提高而提高。 各 種管坯的技術(shù)條件可查閱標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議。例如一般

2、自動(dòng)軋管機(jī)組對(duì)管坯的要求如下：（ 1）管坯直徑 Dp 偏差見(jiàn)表 1。管坯任何部位的彎曲度 6mm/m ，管坯端面切斜度 6 8mm， 管坯端面壓扁度 8%Dp ；（2）管坯表面不得有裂紋、發(fā)紋、結(jié)疤、鱗層、折迭、非金屬夾 雜和縮孔的殘余。不允許有高度或深度超過(guò) 0.5mm 的小溝紋、麻點(diǎn)、耳子及高度超過(guò) 1mm 的雙面耳子。管坯缺陷清理深度不超過(guò) 0.05Dp；（3）管坯低倍組織：不允許有 1 級(jí)的縮孔 殘余、氣泡、反皮、白點(diǎn)和裂縫。對(duì)于一般碳素結(jié)構(gòu)鋼管坯，其一般疏松 3 級(jí)、中心疏松 3 級(jí)、偏析 3 級(jí)、皮下氣泡 2。表格 1 管坯直徑公差管坯直徑 Dp ，單位： mm公差范圍， mm 8

3、090 0.8， 1.3100 115 1.0， 1.7120 150 1.2， 2.0160 200 1.5， 2.5210 2301.5， 1.5>2502.0， 2.0160 管坯：合格范圍 157.5 161.5管坯檢查和表面清理由于冶煉、 鑄錠等因素帶來(lái)的缺陷， 不僅在軋制過(guò)程中不能完全消除因而殘留在管坯上， 而且在軋坯過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生新的缺陷， 所以要完全避免管坯缺陷是不可能的。 因此， 須對(duì)管 坯進(jìn)行嚴(yán)格檢查和徹底清理表面缺陷， 這是確保鋼管質(zhì)量和提高成材率的重要措施。 為了暴 露管坯表面缺陷，以便于檢查， 通常先采用酸洗、 剝皮等方法去除管坯表面氧化鐵皮。 現(xiàn)代 熱軋鋼管車(chē)

4、間多采用無(wú)損探傷檢查 （常用超聲波自動(dòng)探傷儀） 來(lái)代替人工檢查， 這不但顯著 地提高了工作效率、改善勞動(dòng)條件，而且提高了檢查的質(zhì)量。表面清理的方法有砂輪磨修、 火焰清理、風(fēng)鏟清理和機(jī)械剝皮等?，F(xiàn)代熱軋管車(chē)間主要采用以下清理方法：（ 1）中、低碳鋼多采用高效率的表面火焰清理法， 其工藝是逐根檢查或無(wú)損探傷火焰清理噴丸清除殘?jiān)⑹贡砻婀鉂崳?（ 2）高碳鋼和合金鋼采用砂輪磨修； （ 3）重要用途鋼管和高合金 管坯采用整根剝皮檢查局部磨修。 雖然剝皮清理金屬消耗大、 成本高， 但由于 能提高鋼管質(zhì)量和成材率， 故經(jīng)濟(jì)上還是合算的。 由于對(duì)鋼管的技術(shù)要求不斷提高， 國(guó)外有 些工廠對(duì)全部管坯進(jìn)行剝皮清理

5、（外徑車(chē)去26mm） ，以保證鋼管質(zhì)量。管坯切斷當(dāng)管坯供應(yīng)長(zhǎng)度大于生產(chǎn)計(jì)劃要求長(zhǎng)度時(shí)， 須設(shè)置管坯切斷工序。 生產(chǎn)所需的管坯長(zhǎng)度 按下式計(jì)算：（ncLcL）（Dc Sc）ScLppK shFp式中Lp 生產(chǎn)所需要的鋼坯長(zhǎng)度， mm；Fp 管坯橫斷面積， mm2nc 每根熱軋管的倍尺數(shù)（一根熱軋管切成nc根成品管）；Dc Sc 成品管外徑與壁厚， mm ；Lc 成品管定尺長(zhǎng)度， mm；L 切頭切尾（包括切口）長(zhǎng)度，K sh 考慮管坯加熱時(shí)燒損的系數(shù)， 形爐 K sh 0.980.99，斜底連續(xù)式加熱爐mm。一般 L 200500mm，其值與鋼種、 爐子型式和加熱操作有關(guān)。 通常環(huán)K sh 0.9

6、70.98 。對(duì)于139.7 ×7.72×12000 的鋼管，切頭切尾取 700mm ，燒損系數(shù)取 0.98 。則：Lp3.14×（1×12000 700 ）×（ 139.7 7.72 ）×7.72 /（0.98 × 3.14 ×80 ×80 ） 2144加熱制度管坯加熱制度內(nèi)容包括加熱溫度 tjr 、加熱時(shí)間 jr 和加熱速度等工藝參數(shù)的確定。 管坯加熱溫度的確定： 加熱溫度是指管坯的出爐溫度。 決定斜軋穿孔時(shí)管坯加熱溫度的 基本依據(jù)是：保證毛管的穿出溫度tch 在該鋼種的塑性最好的溫度范圍內(nèi)。碳素鋼的

7、塑性最好的溫度一般是低于固相線 100150。但對(duì)合金鋼和高合金鋼，依靠相圖確定是困難的， 尤其是研制新的鋼號(hào)鋼管時(shí)， 用熱扭轉(zhuǎn)法或用測(cè)定臨界壓縮率的方法來(lái)確定各種合金鋼最好塑性的溫度范圍，并以此范圍作為該鋼種的穿出溫度 tch 范圍。加熱溫度確定確定管坯加熱溫度還須考慮以下因素： （1）防止產(chǎn)生過(guò)燒缺陷， 各種鋼種的過(guò)燒溫度見(jiàn) 表 2。對(duì)于過(guò)熱敏感性大的合金鋼，在允許范圍內(nèi)加熱溫度和穿出溫度取下限，以防止出現(xiàn) 分層和內(nèi)折缺陷； （ 2）須考慮管坯的質(zhì)量狀況。例如，壓縮比小的管坯，其低倍組織較差、 非金屬夾雜物聚集程度大， 易產(chǎn)生過(guò)熱， 其加熱溫度和穿出溫度應(yīng)比同鋼種正常情況略低些。 同理 a

8、 相級(jí)別大的 1Cr18Ni9Ti 鋼管坯，加熱溫度也應(yīng)略低于正常情況； （ 3）須考慮終軋溫 度對(duì)鋼管組織性能的影響。 對(duì)于亞共折鋼的終軋溫度不應(yīng)低于 GS 線（Ac3 ）；對(duì)于過(guò)共析鋼 的終軋溫度應(yīng)低于 ES線（ Acm ）而高于 SK 線（ Ac1 ）；（4）加熱溫度確定時(shí)應(yīng)考慮成品管 的規(guī)格。 一般軋制厚壁管時(shí)軋件在軋制過(guò)程中溫降較小， 加熱溫度可稍低些。 而薄壁管加熱 溫度應(yīng)稍高些； （ 5）加熱溫度確定時(shí)要考慮到頂頭材質(zhì)和型式。用鉬基頂頭穿制不銹鋼時(shí)， 由于頂頭不用水冷，加熱溫度要比用水冷頂頭穿孔時(shí)低80 90。用水冷頂頭穿孔時(shí)加熱溫度要高些。加熱速度確定管坯加熱過(guò)程一般分為低溫和

9、高溫兩個(gè)階段。 低溫階段是加熱一些合金鋼和高合金鋼的 關(guān)鍵，這是因?yàn)檫@些鋼在低溫階段導(dǎo)熱性差、 塑性低， 若采用過(guò)快的加熱速度會(huì)產(chǎn)生加熱裂 紋甚至破碎。其原因是： （1）過(guò)快的加熱速度將使管坯內(nèi)外溫差增加，導(dǎo)致金屬體積膨脹不 一致而產(chǎn)生較大的應(yīng)力。顯然，管坯直徑愈大；導(dǎo)熱性愈差；加熱速度愈快，產(chǎn)生的溫差應(yīng) 力也愈大；（ 2）管坯因前道工序加工不良（如冷卻不當(dāng)?shù)龋?，在管坯內(nèi)部存在著殘余應(yīng)力， 尤其是加熱冷錠時(shí)鋼錠內(nèi)部存在較大的鑄造應(yīng)力， 使產(chǎn)生裂紋的敏感性增加； （ 3）鋼加熱到 300500范圍將出現(xiàn)“藍(lán)脆”現(xiàn)象，顯著降低鋼的塑性和強(qiáng)度；（4）當(dāng)加熱到 Ac 1時(shí)鋼將產(chǎn)生相變， 金屬體積變化

10、不一致而產(chǎn)生組織應(yīng)力。 在低溫階段這些應(yīng)力的迭加， 將有可能破 壞金屬的連續(xù)性而產(chǎn)生加熱裂紋。 因此在低溫階段應(yīng)采用較低的加熱速度， 這雖然使加熱時(shí) 間增加，但由于溫度低不會(huì)過(guò)多增加金屬氧化和產(chǎn)生其它加熱缺陷。高溫階段是指金屬被加熱到 700 800以上時(shí)，金屬的塑性顯著提高，故可采用較快 的加熱速度， 以提高爐子的加熱能力、 減少氧化和脫碳等加熱缺陷。 高溫階段的主要問(wèn)題是 如何保證管坯加熱均勻、改善金屬的組織結(jié)構(gòu)，減少氧化、脫碳和防止過(guò)熱、過(guò)燒。其中加 熱溫度均勻是生產(chǎn)工藝中很關(guān)鍵的問(wèn)題。 管坯加熱不均將帶來(lái)毛管壁厚不均、 內(nèi)外表面缺陷 以及軋制過(guò)程不能順利進(jìn)行，如出現(xiàn)不咬入、軋卡等生產(chǎn)故

11、障。因此，在加熱階段結(jié)束，要 有一定的保溫時(shí)間（均熱） ，這對(duì)加熱大直徑管坯尤為重要。加熱制度加熱時(shí)間：管坯加熱時(shí)間可以按經(jīng)驗(yàn)式估算：jr K jr D pjr 加熱時(shí)間， min ；K jr 單位管坯直徑的加熱時(shí)間（即加熱速度） ， min/cm 直徑（邊長(zhǎng)） ；Dp 管坯直徑（方坯以邊長(zhǎng)計(jì)） ，cm。表2 管坯（軋坯）單位加熱時(shí)間鋼種Kjr 值（ min/cm 直徑或邊長(zhǎng)）環(huán)形爐斜底爐碳素鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼5 6.567合金結(jié)構(gòu)鋼6 778中合金鋼6.5889軸承鋼681011不銹鋼、高合金鋼7101011表格 2 常用鋼材管坯加熱制度鋼號(hào)穿孔延伸系數(shù)ch穿孔溫度加熱速度Min/cm出爐溫度

12、10、 20123012705 6.530、 35、20Mn122012605 6.545、 DZ120012405 6.540CrMoA 、 40CrNi2.51190122030CrMnSiA38CrMoAlACr5Mo12CrMoA 、 15CrNiMoV2.511901230>2.5122012506840CrNiMoA 、 38CrNiMoV2.5119012300CrNi3Mo 、45CrMnNiMo>2.51220125068GCr152.510801110>2.5112011506.07.5Cr18Ni16Ti ， 0Cr18Ni12Ti0Cr18NiAlTi

13、Cr18Ni12Ti170 12108101150 1280Cr18Ni12Mo2Ti116012008101120 1140Cr18Ni12Mo3Ti980 1000Cr25Ti10401080680Cr13、1Cr13、2Cr1311201160681090 11100Cr17定徑前鋼管再加熱溫度一般在900 1100之間。由于定減徑后出來(lái)的是熱軋成品鋼管，因此在確定再加熱溫度時(shí)要考慮到產(chǎn)品的組織性能和表面質(zhì)量， 同時(shí)還應(yīng)考慮鋼管的軋 后冷卻方式，故各種產(chǎn)品的再加熱溫度不盡相同。當(dāng)采用步進(jìn)式再加熱爐加熱鋼管時(shí)，加熱時(shí)間 jr 可按下式估算：DSjr 2.2 S jr D式中 被加熱鋼管外徑

14、，；被加熱鋼管壁厚，。當(dāng)熱裝溫度為時(shí)，應(yīng)將上式計(jì)算的結(jié)果減少 30左右。斜軋穿孔穿孔變形區(qū)為了使穿孔時(shí)能順利咬入管坯和順利拋出毛管， 在進(jìn)行工具設(shè)計(jì)和軋機(jī)調(diào)整時(shí)， 要保證： （1）管坯在穿孔準(zhǔn)備區(qū)內(nèi)不與導(dǎo)板接觸，或者至少管坯先與軋輥接觸形成一定的變形區(qū)長(zhǎng) 度（約 30 70mm）后再與導(dǎo)板接觸，以保證二次咬入的實(shí)現(xiàn)； （ 2）毛管離開(kāi)變形區(qū)的程序 為毛管先脫離頂頭，再脫離導(dǎo)板，最后離開(kāi)軋輥。調(diào)整參數(shù)（1）軋制線管坯毛管中心運(yùn)行軌跡為穿孔軋制線。實(shí)際上穿孔機(jī)頂桿的軸線即為 軋制線，可通過(guò)調(diào)整定心輥來(lái)實(shí)現(xiàn)。（ 2）送進(jìn)角（又稱前進(jìn)角）二輥臥式斜軋穿孔機(jī)的送進(jìn)角是指軋輥軸線與軋制線在包含軋制線的垂直

15、平面上投影的夾角。 二輥立式斜軋穿孔機(jī)的送進(jìn)角是上述兩線在水平面上 投影的夾角。其它斜軋機(jī)按此概念類(lèi)推。送進(jìn)角是斜軋中最積極的工藝參數(shù)。（3）機(jī)器中心線即穿孔機(jī)本身的中心線。有的機(jī)組上為使穿孔過(guò)程穩(wěn)定，以及考慮到 下導(dǎo)板更換方便等因素，將軋制線調(diào)整得比機(jī)器中心線低36mm，使管坯貼緊下導(dǎo)板。（ 4）軋輥間距 B ck指兩軋輥的軋制帶之間（即孔喉處）的軋輥間距。5）導(dǎo)板間距 Lck指兩導(dǎo)板過(guò)渡帶工作面間距。（6）穿孔機(jī)孔型橢圓度系數(shù)Bck7）管坯總直徑壓下量Dp 和總壓縮率DpD p D p Bck100%p p ck Dp8）頂頭前壓下量 Ddq 和頂頭前壓縮率dqDdqD p BdqBdq

16、Bck 2(C 0.5L3) tan 1DdqDp100%斜軋穿孔速度的計(jì)算毛管出口速度：Vxch 60 Dchng sinVychDch ng cos60n pchDchDmcosZ chDm tan n式中：V xch 毛管軸向出口速度（又稱穿孔速度）mm/s；V ych 毛管切向出口速度， mm/s；n pch 毛管出口轉(zhuǎn)速， rpm ；Zch 毛管出口 1/n 螺距， mm ；x 軸向滑動(dòng)系數(shù)，又稱軋制效率或穿孔效率；y 切向滑動(dòng)系數(shù)；Dm、D ch毛管外徑及出口截面處軋輥直徑，mm。當(dāng)已知軸向出口速度后，可根據(jù)秒體積流量不變?cè)瓌t，求出變形區(qū)任一截面上的管坯毛管的軸向速度 Vxx和1/

17、n螺距 Zx為F pxVxxFmVxchVxxFm VxchDchng sinF px 60FmF px xpxZxnFFmDDch x Dpx tan nFpx Dx xx如果忽略扭轉(zhuǎn)的影響 npx npch ，ZxFm x Dm tan nFpx y式中：F m 毛管斷面積， mm2；F px變形區(qū)內(nèi)任一截面上管坯毛管斷面積，2mm ?；葡禂?shù)的確定：在穿孔和其它斜軋過(guò)程中，變形區(qū)中的金屬滑動(dòng)情況是很復(fù)雜的，目前對(duì) x 和 y 值只能估算。根據(jù)實(shí)測(cè)，切向滑移系數(shù)y接近于 1，因此工程計(jì)算中取y 1。軸向滑動(dòng)系數(shù)穿孔效率） x 值可用實(shí)測(cè)法確定，也可用經(jīng)驗(yàn)公式估算。用實(shí)測(cè)法測(cè)出穿孔后毛管長(zhǎng)度

18、Lm 和實(shí)際純穿孔時(shí)間Tck（從管坯被咬入軋輥開(kāi)始到毛管尾部脫離時(shí)的時(shí)間間隔）。然后按下式計(jì)算 x 值：x lixckLm lDchng si n 60 ch g式中：li 理論純穿孔時(shí)間， s；l 穿孔變形區(qū)長(zhǎng)度， mm 。采用經(jīng)驗(yàn)公式估算時(shí)， 應(yīng)盡量選擇條件相似的經(jīng)驗(yàn)公式。 這里只介紹考慮了若干影響因 素的經(jīng)驗(yàn)公式：Dx 0.68 ln 0.05 m dq f nDt dq式中：送進(jìn)角，以度代入；D m ,Dt 毛管外徑與頂頭直徑， mm ；dq 頂頭前壓縮率，以百分?jǐn)?shù)代入，如8%代入 8；n 軋輥數(shù)目，二輥穿孔機(jī) n 3，三輥穿孔機(jī) n 3；f 金屬與軋輥間的摩擦系數(shù)，對(duì)于鋼軋輥f K1

19、K2(1.05-0.0005t)K1考慮軋輥圓周線速度影響的系數(shù)，其值見(jiàn)圖2-11；K2考慮軋件化學(xué)成分對(duì)摩擦系數(shù)影響的系數(shù)，見(jiàn)表2-2 ；t 軋件溫度。確定軸向滑動(dòng)系數(shù)比切向滑動(dòng)系數(shù)更為重要， 這是因?yàn)檩S向滑動(dòng)系數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、 機(jī)組 生產(chǎn)能力、 電能和工具消耗都有影響。 影響軸向滑動(dòng)系數(shù)的因素很多， 歸納起來(lái)凡是加大軋 件軸向曳入力或減小頂頭及導(dǎo)板對(duì)軋件運(yùn)動(dòng)阻力的措施， 均有利于提高穿孔效率和改善咬入 條件，這些措施將在咬入條件時(shí)一起討論。頂頭前壓縮率：min dq li分別為：最小頂前壓縮率，頂前壓縮率，頂前臨界壓縮率；最小頂前壓縮率可按下式確定：minD2p(100 0.17Rg)3 0

20、.087Rp 36(Dt 2Sm )3tan 1式中：軋輥半徑，；毛管壁厚，； 穿孔頂頭直徑，； 軋輥入口錐角。頂頭前壓縮率一般在范圍內(nèi)。定、減徑機(jī)計(jì)算切頭切尾長(zhǎng)度計(jì)算：Lc 2Cdmm；Lc 切頭、切尾長(zhǎng)度， mm；Cd 機(jī)架間距，一般 Cd（0.91.0）D0；D0 為軋輥理想直徑，總延伸系數(shù)（一般在 2 2.5）； Redder 公式（適用于大延伸） Lc （0.85 0.90） 2 CdRR 1 0.01 SS 總減壁量， mm 。無(wú)張力定減徑時(shí)壁厚變化的經(jīng)驗(yàn)公式：公式一、Sc<15mm 時(shí)， Sc Sl 1 0. 0044( Dl Dc )厚壁管時(shí)，ScSlDl Dc14.9公

21、式二、 S 2(Dl Dc ) 0.2Sl 0.8mmDllDnD (1l(1n 2 DDnl ) 100%lnn2ln(1 D )Dl1 D ln(1 D )機(jī)架孔型計(jì)算：毛管外徑最大處 D0 ，減徑率 i（第 i 架減徑率），D1 D0* 1，D2 D1× 2，。， Dn Dn-1 × n。 橢圓度系數(shù) 一般從小增到最大，成品機(jī)架再下降到最小，直到降為零。孔型長(zhǎng)軸半徑：a d ，短軸半徑： b 1 d11等已知孔型長(zhǎng)短半軸時(shí)，橢圓度系數(shù) a 或 d b d a b刀具直徑計(jì)算公式：WDi2 bi bi / D w2ai / 2 ai / D w0.752 bi bi /

22、 D w2ai2ai / 2 ai / D wWAi(Rwi bi)2 (Rwi RDi )2其中： ai長(zhǎng)半軸長(zhǎng)度， mm； bi 短半軸長(zhǎng)度， mm； WDi加工刀具直徑， mm ； WAi加工刀具距離， mm ； Rwi軋輥理想半徑， Rwi=Dw/2 ； RDi加工刀具半徑， RDi =WDi/2 ； Dw軋輥理想直徑，我廠 D w 380mm ?？仔驮O(shè)計(jì)的基本原則是：后一機(jī)架長(zhǎng)軸要比前一機(jī)架短軸大一些， 機(jī)架倒角：工作機(jī)架倒角取 13mm ，成品機(jī)架倒角 R 取 0.5mm。 主電機(jī)轉(zhuǎn)速： 750n/min ，疊加電機(jī)轉(zhuǎn)速： 320n/min ，鋼管出成品機(jī)架速度： 0.78m/s； 單機(jī)架減徑率 D 3 5% ，而總減徑率對(duì)于薄壁管D 40 45% ，對(duì)于厚壁管D20 30% 。另外， 單機(jī)架最大減徑率還受到鋼管橫斷形狀穩(wěn)定性的限制，過(guò)大的 D會(huì)使鋼管斷面失穩(wěn)引起軋折等缺陷。集中變速傳動(dòng)系統(tǒng)各架輥速的計(jì)算ninAnA (BiAiBiAinAnA主電機(jī)轉(zhuǎn)速， r/min ；iAi 主電機(jī)至第 i 架軋機(jī)傳動(dòng)比（是一個(gè)定值） ； nB疊加電機(jī)轉(zhuǎn)速， r/min ；iBi 疊加電機(jī)至第 i 架軋機(jī)傳動(dòng)比（隨機(jī)架變形的定值） 根據(jù)金屬秒體積流量保持不