芯棒對(duì)鋼管質(zhì)量的影響

陸 超， 郝慶華

(江蘇天淮鋼管有限公司, 江蘇 淮安 223002)

引 言

芯棒作為無縫鋼管生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的工具，其使用狀況與軋制成本和質(zhì)量控制息息相關(guān)。江蘇天淮鋼管有限公司(以下簡(jiǎn)稱“天淮鋼管”)從投產(chǎn)到2016年底，芯棒消耗一直居高不下，不僅鋼管的加工成本高，而且還造成嚴(yán)重的產(chǎn)品質(zhì)量問題。

以Φ507.2 mm芯棒為例，原有一支芯棒軋制支數(shù)平均約600支，但有個(gè)別芯棒軋制不足400支就因表面出傷嚴(yán)重而報(bào)廢。芯棒表面出傷，還會(huì)造成內(nèi)棱產(chǎn)生，2016年全年因內(nèi)棱問題造成鋼管探傷下線共1332支，占總下線量的33%，因內(nèi)棱造成的修磨費(fèi)用高達(dá)40萬之多。

芯棒質(zhì)量的提高，需要解決三個(gè)方面的問題：1)盡量推遲芯棒表面出傷，增加軋制使用壽命；2)提高芯棒電焊修復(fù)后的穩(wěn)定性，增加軋制支數(shù)；3)如何防止芯棒斷裂。

1 芯棒表面出傷

1.1 原因分析

芯棒表面出傷，尤其以薄壁管所用芯棒出傷最嚴(yán)重。其主要原因有三個(gè)方面：1)薄壁管所用芯棒承受軋制力大，一般達(dá)到5000～6000 kN；2)軋制薄壁管芯棒抖動(dòng)比較大，容易造成芯棒斷裂；3)軋制薄壁管時(shí)，毛管尾部鐵耳子比較多，軋制中鐵耳子對(duì)芯棒的損害嚴(yán)重。

芯棒表面出傷表現(xiàn)形式為：芯棒表面在軋制一定支數(shù)的鋼管后首先出現(xiàn)輕微的劃傷，隨著軋制支數(shù)增加，劃傷加重，有的出現(xiàn)較深的劃傷，有的表面出現(xiàn)鍍鉻層剝落。這些出傷芯棒如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，就容易造成鋼管內(nèi)表面出現(xiàn)內(nèi)棱。芯棒磨損較深后，需下線電焊修復(fù)，電焊修復(fù)后的芯棒，還存在軋制少量支數(shù)時(shí)焊疤處就出現(xiàn)剝落的現(xiàn)象。因此，這種芯棒表面出傷給生產(chǎn)造成很大的困難。

芯棒表面出傷最根本的原因是在軋制過程中，芯棒與毛管之間存在速度差。因此，二者之間存在非常大的摩擦力，隨著軋制支數(shù)增加，首先是芯棒表面鍍鉻層被破壞，隨后是芯棒機(jī)體出現(xiàn)劃傷，由輕逐漸變重，深的劃傷可以達(dá)到幾毫米。而減輕摩擦力最有效的解決辦法有兩個(gè)：1)降低軋制力；2)縮小芯棒與毛管的速度差。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來看，大幅度降低軋制力的調(diào)節(jié)空間很小。以Φ530 mm孔型為例，軋制薄壁管Φ508 mm ×9.5 mm等極限規(guī)格薄壁管，軋制難度大，調(diào)整困難，軋機(jī)負(fù)荷高，1#和2#機(jī)的軋制力一般達(dá)到5500～6000 kN；這些極限薄壁管，本身已經(jīng)超出工藝規(guī)定的產(chǎn)品大綱，軋制中很難把軋制力大幅度降下來。

1.2 改進(jìn)措施

1.2.1 降低摩擦力

a)盡量縮小芯棒與毛管的速度差，提高芯棒的相對(duì)速度；為此在打制軋制表時(shí)，把芯棒運(yùn)行速度百分比提高到95%以上。

b)芯棒表面的石墨噴涂效果要好，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)制度。杜絕現(xiàn)場(chǎng)石墨噴涂不好進(jìn)行軋制。

c)軋制薄壁管時(shí)盡量加大噴砂使用量，這樣可以改善芯棒表面和毛管內(nèi)的摩擦狀況，降低摩擦力，有利于延長(zhǎng)芯棒使用壽命。

1.2.2 延長(zhǎng)芯棒使用壽命

通過不斷的研究和試驗(yàn)，天淮鋼管逐漸摸索出一種有效的新錯(cuò)位軋制法，所謂新錯(cuò)位軋制法是相對(duì)于傳統(tǒng)的錯(cuò)位軋制法而言。傳統(tǒng)的錯(cuò)位軋制法，就是一組芯棒在軋制中，自動(dòng)錯(cuò)開芯棒在同一個(gè)軋制位進(jìn)行軋制，這樣可以避免芯棒總是在一個(gè)位置軋制而導(dǎo)致的芯棒較早出傷，這個(gè)錯(cuò)位軋制法通過程序內(nèi)自動(dòng)設(shè)定。新錯(cuò)位軋制法是根據(jù)已經(jīng)出傷芯棒的情況，通過調(diào)整芯棒限動(dòng)行程來避開在芯棒的出傷位置進(jìn)行軋制，這種方法可以極大地提高芯棒使用壽命。

天淮鋼管新投入使用的芯棒，一般芯棒速度百分比設(shè)定在95%以上，根據(jù)這個(gè)參數(shù)軋制一定支數(shù)后，首先出傷位置在芯棒的尾部8～10 m之間，出傷的癥狀為片狀的凹坑，深度達(dá)到1～2 mm左右，而芯棒其它區(qū)域一般質(zhì)量較好；這樣的片傷，如果不作調(diào)整，無法繼續(xù)軋制薄壁管。如果芯棒就此報(bào)廢，前端近8 m長(zhǎng)的芯棒質(zhì)量良好，造成極大的浪費(fèi)。通過調(diào)整限動(dòng)百分比數(shù)值，讓連軋機(jī)4#和5#機(jī)拋鋼時(shí)，避開芯棒這個(gè)片傷區(qū)域，就可以在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)繼續(xù)使用芯棒；通過調(diào)整限動(dòng)百分比速度，可以讓芯棒出傷部位先在近尾端8～10 m處，后又逐漸出傷在6～8 m內(nèi)，通過這樣不停的調(diào)整，極大地延長(zhǎng)芯棒使用壽命，而且還能保證產(chǎn)品質(zhì)量，不出內(nèi)棱質(zhì)量問題。

1.2.3 其它措施

(1)對(duì)芯棒進(jìn)行分級(jí)使用，即：好芯棒軋制等級(jí)要求高的規(guī)格，稍差一些芯棒軋制普通流體管等。

(2)積極采取措施攻關(guān)鐵耳子，以減少鐵耳子對(duì)芯棒的損害，目前已經(jīng)取得顯著成效。主要措施有：軋制薄壁管投入冷定心來減少鐵耳子的產(chǎn)生；適當(dāng)降低開軋溫度，可以減少鐵耳子的產(chǎn)生；通過優(yōu)化穿孔參數(shù)，可以減少鐵耳子的產(chǎn)生。

(3)保證小機(jī)架的對(duì)中度，避免芯棒與連軋輥相碰，同時(shí)規(guī)范小機(jī)架的抱緊度，這樣可以減少芯棒的出傷。

(4)降低芯棒返回速度，避免芯棒返回時(shí)抖動(dòng)，可以減少芯棒的磨損。

(5)提高石墨潤(rùn)滑質(zhì)量及提高限動(dòng)速度，減輕芯棒由于工藝特性的損傷。

(6)嚴(yán)格執(zhí)行芯棒滾檢制度，根據(jù)作業(yè)區(qū)規(guī)定，芯棒軋制30支必須下線進(jìn)行滾檢，一方面可以避免芯棒的傷情擴(kuò)大；另一方面可以有效避免出現(xiàn)批量性的質(zhì)量事故。

2 芯棒斷裂

2.1 原因分析

芯棒斷裂的根本原因有兩個(gè)方面：1)芯棒設(shè)計(jì)有缺陷，天淮鋼管Φ383,454,530mm孔型芯棒連接桿絲扣根部直徑為Φ248 mm，相對(duì)于大規(guī)格芯棒，如：Φ494.4,501.7,507.2 mm等，芯棒的連接絲扣直徑較小，強(qiáng)度不足。2)由于芯棒連接在連軋過程中拋鋼時(shí)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，造成連接頭根部反復(fù)彎曲。而每個(gè)孔型的大規(guī)格芯棒，桿與工作段是通過連接頭擰接的，存在擰接縫，其間距大小為5～20 mm。特別是Φ507.2 mm芯棒，主要軋制的是極限、超極限薄壁管，軋制力大，拋鋼時(shí)抖動(dòng)非常劇烈，會(huì)嚴(yán)重加劇連接頭根部反復(fù)彎曲的狀態(tài)，更加容易造成芯棒斷裂。

2.2 改進(jìn)措施

2.2.1 加固絲扣

天淮鋼管短期內(nèi)無法改變絲扣的直徑，為此只能采取臨時(shí)措施，在芯棒的工作段和連接桿的擰接縫處加墊片，讓工作段和連接桿的配合更緊密，人為減小彎曲空間；同時(shí)再用電焊將芯棒和連接桿焊接成為一個(gè)整體，減少芯棒抖動(dòng)對(duì)絲扣根部的影響。此方法雖然在后續(xù)拆的時(shí)候比較麻煩，但是通過這個(gè)方法芯棒的斷裂現(xiàn)象明顯減少，天淮鋼管2017年作業(yè)區(qū)芯棒斷裂僅為1支。

2.2.2 優(yōu)化修復(fù)方案

部分芯棒因劃傷較深，需要進(jìn)行堆焊修復(fù)，原使用的焊條型號(hào)為J422。但在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，此焊條堆焊修復(fù)后，生產(chǎn)中因芯棒受冷熱交替作用，外加軋制力大，焊疤很容易脫落，甚至有時(shí)軋制4～5支鋼管后芯棒就不能使用，為此，必須解決芯棒堆焊的穩(wěn)定性。

經(jīng)多次試用不同材質(zhì)的焊條和焊接方法，最后選用不銹鋼焊條，外加焊后保溫措施，可以極大延長(zhǎng)芯棒使用壽命。

3 效果對(duì)比

3.1 芯棒軋制支數(shù)對(duì)比

表1為2017年具有代表性的規(guī)格及其數(shù)據(jù)，表2為2016年具有代表性的規(guī)格及其數(shù)據(jù)。以Φ507.2 mm芯棒為例，2017年平均每根芯棒軋制支數(shù)約為940支，而2016年平均每根芯棒軋制支數(shù)僅約為604支，增加336支，約為56%。

3.2 內(nèi)棱下線支數(shù)對(duì)比

2016年統(tǒng)計(jì)，因內(nèi)棱問題下線1332支，2017年統(tǒng)計(jì)，因內(nèi)棱問題下線113支。

表1 2017年具有代表性的規(guī)格及其數(shù)據(jù)

表2 2016年具有代表性的規(guī)格及其數(shù)據(jù)

3.3 芯棒斷裂支數(shù)對(duì)比

2016年1月至2017年年底，作業(yè)區(qū)芯棒脫絲及斷裂共8支，具體如表3所示。

表3 軋制線芯棒脫絲和斷裂明細(xì)

2017年實(shí)際芯棒斷裂支數(shù)為1支，2016年為3支，較2016年少2支，證明天淮鋼管采取的工藝改進(jìn)措施是有效的。

3.4 芯棒噸鋼消耗對(duì)比

2017年全年修復(fù)77支芯棒，繳庫量為240658噸，修復(fù)費(fèi)用為7388000元，實(shí)際消耗為26.23元/噸(不含稅價(jià)格)；與2016年全年實(shí)際消耗45.66元/噸(不含稅價(jià)格)相比，噸鋼消耗顯著下降。

4 結(jié)束語

通過分析芯棒斷裂和鋼管內(nèi)棱現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，指出降低軋制力及縮小芯棒與毛管的速度差，最終達(dá)到減低芯棒與毛管之間的摩擦力是延長(zhǎng)芯棒使用壽命的有效措施。為提高芯棒的相對(duì)速度，在打制軋制表時(shí)，將芯棒運(yùn)行速度百分比提高到95%以上；嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)制度，提高了芯棒表面的石墨噴涂效果；軋制薄壁管時(shí)盡量加大噴砂使用量，改善芯棒表面和毛管內(nèi)的摩擦狀況，降低摩擦力；通過調(diào)整焊接工藝和芯棒使用方法，防止芯棒斷裂。一系列措施的實(shí)施，提高了芯棒的使用壽命；鋼管的產(chǎn)品質(zhì)量也得到了明顯改善。