关于无缝钢管壁厚精度工艺研究

关于无缝钢管壁厚精度工艺研究

贾伟伟

天津钢管集团股份有限公司轧管部天津300301

摘要：通过对影响钢管壁厚不均的因素分析，找出生产过程中产生壁厚不均的各方面原因，提出了解决问题的方法。通过制定加热制度、改进穿孔轧制工艺等措施，实现了提高钢管壁厚不均度的目的，满足客户要求。

关键词：加热制度；壁厚不均度；轧制工艺

Researchofenhancewallthicknessasymmetricaldegree

JIAWei-wei

TianjinPipe（Group）Corporation

AbstractThereasonsofinfectionwallthicknessasymmetricaldegreebypiperollingprocessareanalyzedandsolutionsareproposed.Transformationthroughimproveheatingsystem，optimizepiercingprocessofsuchmeasure，whichcanenhancetubewallthicknessasymmetricaldegree，therequirementsofuseraresatisfied.

Keywordsheatingsystemwallthicknessasymmetricaldegreerollingprocess

前言合格的钢管产品至少应该包括以下两点：几何尺寸满足客户要求；产品质量良好，没有缺陷。

天津钢管公司PQF机组是引进的最先进的PQF机组，多处采用新工艺、新技术。它的均匀变形及合理的几何孔型设计，可以使每个轧辊一个伺服液压缸控制压下量，实现辊缝调整模块化。从而提高了壁厚精度，减少荒管头尾与中部的壁厚差异。

PQF机组设备先进，再结合MPM机组多年的生产技术和经验，生产的产品质量好，尺寸精度高，满足了广大客户的需求。但是近年来，随着市场环境变化和客户需求变化，对一些产品的要求越来越高，一些合同壁厚不均度要求达到13%，相当于±6.5%，基本上这是设备能力的上限。这不仅要求生产设备稳定运行，更要求生产过程中的每个工序必须精益求精。

1.生产工艺流程

PQF机组热轧无缝钢管生产线，其核心设备是由MEER设计INNSE制造的新型连轧管机组，与之配套的Φ42m中径环形加热炉，锥形穿孔机，14架三辊微张力减径机，以及检测和预精整设备。主要工艺流程见图1：

图1PQF连轧管机组主要生产工艺流程

2.轧制工艺研究

2.1壁厚不均的表现形式

壁厚不均主要是指钢管在同一截面或沿长度方向上壁厚最薄点、最厚点与名义壁厚偏差较大，超过标准（一般界定为偏差值超过壁厚公差的80％）或协议规定的壁厚偏差允许值，典型壁厚不均见图2：

图2典型壁厚不均

2.2.影响壁厚不均的几个因素

2.2.1坯料加热质量

管坯加热的质量直接影响到钢管的质量、产量、后续加工及钢管使用寿命，合理的加热工艺可以提高管坯的塑性，降低热加工时的变形抗力。

2.2.2设备及工具因素

设备原因造成钢管壁厚偏差较大，主要有轧制中心线偏移、穿孔后台三辊定心对中度偏离以及连轧辊牌坊定位面有无磨损和缺失和机架锁紧是否到位等。

工具原因主要是顶杆直度、顶头形状及尺寸、导板开口度、连轧辊机架加工及CHOCK值偏差较大等

2.2.3工艺原因

工艺原因主要有参数设定不合理、调整不到位、不同规格产品细分程度不够等

2.3工艺改进

在总结以前生产经验的基础上，准备从以下几个方面入手来提高壁厚不均度：完善坯料加热制度，分品种、分规格制定；穿孔和连轧是钢管生产的主要工序，在加强穿孔工艺研究基础上，解决穿孔产生的偏差问题，同时整理连轧机的装配标准；最后结合十三通道测量装置把好关。通过以上工作建立一整套的预案和问题处理机制，来保证壁厚不均度达到要求。

2.3.1管坯加热制度优化

管坯加热质量是影响钢管质量和壁厚精度的重要因素，铸坯加热温度不均会使金属变形抗力的分布差异明显，最终导致金属不均变形程度恶化，钢管壁厚精度无法保证。对壁厚有不均度要求的钢管大都属于难轧品，钢级比较高，生产难度大，相应对坯料加热的要求也高。经过长时间的经验积累和不断总结，通过调整加热温度、坯料在炉时间、炉内气氛等方法，逐渐形成了针对不同钢种、规格制定不同的加热制度，典型规格加热制度见表1。

表1典型的27CrMo27VS钢种193.68mmx12.7mm套管加热制度

2.3.2穿孔工具及工艺改进：

毛管尺寸直接影响成品管尺寸，所以保证穿孔后毛管壁厚的质量是控制壁厚均匀度的首要条件。穿孔机组影响壁厚的几个主要方面是：穿孔孔型封闭程度、三辊定心对顶杆的抱紧程度、轧制中心线的对中程度等。

针对以上情况，主要做以下工作：1、穿孔孔型由上下两个轧辊、左右两个导板和顶头共同组成。为了保证孔型封闭效果，对导板进行改型，通过加大导板开口度（由R150mm改为R200mm）和大圆弧过度（圆弧半径由136.5mm改为140mm），保证钢坯顺利咬入，减小咬钢时抖动；2、增加顶头规格，在191孔型中增加Φ180，Φ152两种顶头规格，235孔型增加Φ220顶头规格，配合改型后的导板使用，可有效控制顶前压下率和孔型的椭圆度；3、中心线调整，跟机械作业区配合，做好穿孔中心线的定期测量、调整，包括穿孔主机、导套、导板及机内定心辊的相对高度，以保证穿孔中心线状态；4、工艺方面，通过降低穿孔咬入速度，抛钢降速以及利用穿孔主电机的升速比设置，解决咬钢与轧制过程中速度变化的矛盾。既可以满足低速咬钢，也可以满足高速轧制，保证了轧制的稳定性，提高毛管壁厚质量。

2.3.3连轧区域生产控制

PQF机组六机架连轧是钢管生产的重要工序，在热轧钢管生产中，将穿孔工序移送来的毛管进行减径、延伸并相应减壁，同时改善荒管内、外表面光洁度，提高壁厚均匀度。

连轧主要做的工作为：工具作业区对连轧机架的加工装配标准从严要求，保证单辊上线CHOCK值偏差和辊缝偏差，通过十三通道在线检测系统，实时观察钢管壁厚及偏差情况，控制系数不超过0.10，对生产过程中出现有问题的机架及时更换，并对问题机架下线查找原因。做好头尾削尖功能的使用和温度补偿的使用，根据不同的规格制定相应的头尾削尖参数设定，进一步减小头尾壁厚因为温度等外界因素造成的波动。另外做好芯棒规格的选择工作，减少工具偏差对壁厚影响：一组芯棒通过压、放车可以轧制一定范围的等效壁厚钢管。通常情况下，PQF机组压、放车时芯棒的最大附加公差控制在3.5％以内，此时分别导致6％、8％的壁厚偏差。若芯棒规格与钢管壁厚不匹配，会造成钢管壁厚偏差严重，尤其钢级比较高的难轧品更加明显，所以必须选取连轧壁厚偏差最小的芯棒，才能得到最理想的轧制壁厚精度。针对有可能引起壁厚超差的原因提前制定防范措施，比如连轧机转速分配不当引起的拉钢或堆钢，或者单双架压下量不均造成的钢管直线型对称偏差现象，做好轧机工艺参数调整工作。

此外，对芯棒的使用也要重点关注：包括芯棒在线使用，及时剔除出伤的芯棒；线下修复有专人负责，制定不同规格状态下芯棒使用规范，减少对壁厚影响程度。

3.效果验证

针对有壁厚不均度要求的钢管进行了跟踪，每个端面测量8个点，典型规格的壁厚测量情况见表2、表3（单位为mm）：

表2Φ193.68mmx12.7mmTP110TSS钢级套管

表3Φ133mmx13mm25Mn油缸管

从以上数据可以看出，采取措施后的钢管壁厚均匀度有了很大改善，在钢管西端600mm处，基本上能达到上下限偏差1.0mm以内，管体基本上能控制在0.8mm以内，壁厚不均度达到了7.9%，满足了有特殊要求钢管的合同

4.结论

⑴根据不同钢种、规格制定不同的加热温度，最大限度保证了坯料的加热质量，满足生产工艺要求和产品质量要求。

⑵通过改进导板孔型、增加顶头规格，使穿孔孔型封闭的效果更好；中心线的定期测量和调整，保证了毛管的均匀度；连轧区域精确控制，使钢管的壁厚更加均匀。

⑶通过以上措施的实施，钢管的壁厚不均度有了明显提高，基本上可以满足特殊合同±6.0%的要求，且降低切头尾率，提高成材率，经济效益显著提升。

参考文献：

[1]严泽生．现代热连轧无缝钢管生产[M]．北京：冶金工业出版社，2009．

[2]卢于逑．热轧钢管生产问答[M]．北京：冶金工业出版社，1991．

[3]李连诗．钢管塑性变形原理[M]．北京：冶金工业出版社，1985．

作者简介：

贾伟伟，男，助理工程师，2007年毕业于内蒙古科技大学材料成型与控制工程专业，现就职于天津钢管集团股份有限公司轧管部，主要从事钢管生产轧制工作。