鋼管定（減）徑工藝技術(shù)（Ⅲ）
——《熱軋無縫鋼管實(shí)用技術(shù)》

5 鋼管定（減）徑機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量缺陷與預(yù)防

鋼管在定（減）徑過程中，所產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷主要包括：幾何尺寸超差、“青線”、“指甲印”、擦傷、麻面、結(jié)疤、內(nèi)凸、“內(nèi)方”等。

5.1 幾何尺寸超差

5.1.1 外徑及橢圓度超差

影響鋼管外徑、橢圓度超差的主要原因有：軋輥裝配及孔型調(diào)整不當(dāng)、變形量分配不合理、孔型加工精度差或磨損嚴(yán)重、荒管溫度過高或過低以及縱向溫度不均等。

（1） 孔型形狀和軋輥裝配精度對鋼管外徑的影響。

斜軋定徑機(jī)的孔型形狀對鋼管外徑的影響可參照斜軋管的影響是顯而易見的，其孔型調(diào)整的要求和方法可參照斜軋管的。

輥縫可調(diào)的縱軋定（減）徑機(jī)，當(dāng)孔型（尤其是成品及成品前架）錯(cuò)位或輥縫值超差（過大或過?。r(shí)，會帶來定（減）徑后的鋼管外徑超差或外形呈橢圓狀。當(dāng)軋輥出現(xiàn)了嚴(yán)重磨損（特別是成品及成品前機(jī)架），導(dǎo)致孔型直徑變大，鋼管的外徑也隨之變大。

為了提高定（減）徑后鋼管的外徑精度，減小鋼管的橢圓度，應(yīng)保證孔型加工和調(diào)整的精度，使孔型尺寸和形狀符合工藝要求。對于三輥可調(diào)式定（減）徑機(jī)而言，在調(diào)整輥縫位置時(shí)，必須保證3 個(gè)軋輥同時(shí)調(diào)整，且調(diào)整的參數(shù)相同，孔型中心保持不變。

對于孔型加工好了以后再與輥軸進(jìn)行組裝的組合式軋輥，若裝配發(fā)生偏心，軋出的鋼管外徑會出現(xiàn)一節(jié)大，一節(jié)小。

（2） 減徑量對鋼管外徑的影響。

單機(jī)架減徑量的大小會影響軋制力的變化，進(jìn)而帶來軋輥彈跳值的變化，導(dǎo)致輥縫值的增減，造成鋼管外徑發(fā)生變化。一般來講，成品前架的減徑量只有單機(jī)架平均減徑量的一半，成品機(jī)架基本上不給減徑量。

（3） 荒管溫度對鋼管外徑的影響。

荒管加熱溫度的高低會帶來金屬變形抗力的變化，進(jìn)而造成軋制力和平均張力系數(shù)的變化。另外，鋼管溫度是鋼管直徑的函數(shù)，溫度越高，熱外徑越大。一般認(rèn)為，鋼管的熱外徑與室溫條件下的外徑存在以下關(guān)系：

式中 Dr—— 加熱后的鋼管熱外徑，mm；

D —— 室溫下的鋼管外徑，mm；

t —— 鋼管的溫度，℃；

α —— 鋼的熱膨脹系數(shù)，mm/℃。

對于碳鋼，終軋溫度在800～1 000 ℃時(shí)，其熱膨脹系數(shù) α 取 13.5×10-6～17.5×10-6mm/℃，通常（1+αt）取 1.010～1.015。

定（減）徑時(shí)，鋼管溫度的高低和均勻性（尤其是終軋溫度）除影響鋼管的外徑、壁厚等尺寸精度外，還會影響到鋼管的表面質(zhì)量及其在熱軋狀態(tài)下交貨的力學(xué)性能。

為了保證荒管定（減）徑時(shí)的溫度合理且均勻，常用的辦法是在定（減）徑前嚴(yán)格按工藝要求對荒管進(jìn)行再加熱，以消除因溫度不均而帶來的鋼管外徑超差，保證鋼管力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.1.2 壁厚超差

鋼管壁厚超差主要表現(xiàn)為壁厚不均和內(nèi)孔不圓。壁厚超差與定徑前的荒管壁厚精度、減徑量、孔型形狀和孔型調(diào)整、張力系數(shù)以及荒管加熱溫度等因素有關(guān)。

（1） 荒管壁厚不均的影響。

定（減）徑時(shí)，由于荒管內(nèi)表面沒有芯棒支撐，其管壁得不到壓縮變形?；墓艿谋诤癫痪鶗斑z傳”到定（減）徑后的成品鋼管上。所以，提高荒管壁厚的均勻性是確保成品鋼管壁厚精度的首要條件。

（2） 孔型形狀及孔型調(diào)整的影響。

孔型錯(cuò)位、歪斜或軋輥磨損等都會帶來孔型形狀和尺寸的變化，其除了會影響鋼管的外徑精度外，還會造成鋼管的壁厚不均。

當(dāng)孔型側(cè)壁開口角越大且輥縫值越大時(shí)，孔型側(cè)壁對金屬寬展的抑制能力會減弱，從孔型頂部壓下的金屬容易流到輥縫附近，由此造成鋼管的壁厚不均。這種影響在荒管減徑量大、平均張力系數(shù)小時(shí)更明顯。

軋槽深度會影響鋼管的壁厚不均。軋槽越深，孔型頂部和孔型邊緣的速差越大，金屬變形越不均勻，導(dǎo)致鋼管壁厚精度降低。這也是三輥孔型的定（減）徑機(jī)較二輥孔型的定（減）徑機(jī)軋制的鋼管壁厚精度更高的原因之一。

為了減小孔型因素對鋼管壁厚不均的影響，在保證寬展的金屬不進(jìn)入輥縫而產(chǎn)生“青線”或軋折的前提下，應(yīng)盡可能減小孔型側(cè)壁開口角和輥縫值，采用零寬展或負(fù)寬展孔型。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)對孔型的調(diào)整，保證孔型不錯(cuò)位、不歪斜。

（3） 張力系數(shù)的影響。

張力會促進(jìn)金屬延伸，抑制寬展和增壁，有利于鋼管壁厚精度的提高。隨著張力系數(shù)的增大，鋼管壁厚會減薄，但鋼管頭、尾會產(chǎn)生不均勻增厚（即產(chǎn)生“張力頭”）。

實(shí)際生產(chǎn)中，采用“削尖”軋制技術(shù)和鋼管管端壁厚控制技術(shù)，能使管端的增厚長度減少30%以上，甚至超過50%。

（4） 荒管減徑率的影響。

荒管減徑率的大小對鋼管壁厚不均的影響與張力系數(shù)有關(guān)。表現(xiàn)為：當(dāng)荒管減徑率大而張力系數(shù)小時(shí)，管壁會增厚；在荒管減徑率較大的條件下，增大張力系數(shù)，有利于壁厚精度的提高；在張力系數(shù)較小的條件下，減小單機(jī)架減徑率和總減徑率，對提高壁厚精度有益。

（5） 荒管加熱溫度的影響。

荒管加熱溫度的高低會改變張力系數(shù)的大小，進(jìn)而影響金屬的流動。前已述及，張力系數(shù)是金屬軸向應(yīng)力與金屬的平面變形抗力之比值。如果荒管的加熱溫度降低，金屬的平面變形抗力會升高，張力系數(shù)會減小。在這種情況下，金屬的軸向延伸相對比較困難，從而增大了金屬的橫向流動，使鋼管的壁厚精度降低。與此相反，當(dāng)荒管的加熱溫度較高時(shí)，張力系數(shù)會增大，有利于金屬的軸向流動而抑制其橫向?qū)捳梗逛摴艿谋诤窬忍岣?。但加熱溫度太高，且張力系?shù)太大時(shí)，管壁會出現(xiàn)嚴(yán)重拉薄。保證荒管的加熱溫度符合工藝要求，并提高溫度的均勻性，有利于減小鋼管的壁厚不均。

5.2 “青線”和“指甲印”

“青線”和“指甲印”都是在軋輥邊緣處產(chǎn)生的。在以下兩種情況下鋼管會產(chǎn)生“青線”：一是由于在某一機(jī)架或幾個(gè)機(jī)架中，因?qū)捳瓜禂?shù)大（零寬展孔型或負(fù)寬展孔型），或減徑量大，或張力系數(shù)小，導(dǎo)致金屬流入狹小的輥縫形成“耳子”，經(jīng)下一孔型軋制后變成“青線”或軋折；二是軋輥發(fā)生了“垮架”，不在同一孔型圓周上的軋輥邊緣壓在鋼管表面上，造成直線狀的壓痕。“青線”可能是一條，也可能是多條?！爸讣子　笔且蜉伨壍木€速度快于鋼管的運(yùn)動速度，軋輥邊緣與鋼管表面之間產(chǎn)生了較大的相對滑動，造成黏鋼結(jié)瘤，進(jìn)而壓傷鋼管表面而產(chǎn)生的?！爸讣子　毖毓荏w縱向分布，形貌呈短弧形，類似“指甲”狀。嚴(yán)重的“青線”和“指甲印”可致鋼管判廢。

三輥式定（減）徑機(jī)的軋槽較淺，鋼管的運(yùn)動速度與軋輥邊緣的速差較小，故鋼管不易產(chǎn)生“指甲印”。二輥式定（減）徑機(jī)因孔型側(cè)壁開口角和輥縫值較大，故鋼管不易產(chǎn)生“青線”。

為預(yù)防鋼管表面出現(xiàn)“青線”，在孔型設(shè)計(jì)或孔型調(diào)整時(shí)，要保證合適的孔型橢圓度和輥縫值，防止孔型錯(cuò)位，避免軋制冷鋼而損壞軸承。為減少“指甲印”，必須保證軋輥表面硬度和良好的冷卻條件，防止輥面黏鋼。

5.3 內(nèi) 凸

內(nèi)凸是指荒管定（減）徑時(shí)，由于單架定（減）徑量過大，造成其管壁向內(nèi)彎折（有時(shí)呈閉合狀），而在鋼管內(nèi)壁形成凸起的線狀缺陷。

據(jù)有關(guān)資料介紹，鋼管在定（減）徑時(shí)，存在一個(gè)臨界減徑量，一旦某一機(jī)架的減徑量超過臨界減徑量，鋼管就會在孔型中失穩(wěn)而產(chǎn)生內(nèi)凸。這種鋼管缺陷不常發(fā)生。鋼管內(nèi)凸主要是在軋制薄壁鋼管時(shí)，因機(jī)架組合出現(xiàn)失誤，或孔型調(diào)整出現(xiàn)嚴(yán)重差錯(cuò)，或機(jī)架發(fā)生機(jī)械故障所致的。提高張力系數(shù)，可以提高臨界減徑量，減小減徑量可以提高鋼管在孔型中變形的穩(wěn)定性，二者均能防止鋼管產(chǎn)生內(nèi)凸。在生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格按軋制表配輥，并精心調(diào)整孔型，防止鋼管內(nèi)凸缺陷的發(fā)生。

5.4 擦傷和麻面

擦傷主要是由于機(jī)架間的“鐵耳子”和粗糙的出、入口輥道或滑板上的尖銳物劃傷鋼管表面造成的。減徑時(shí)，軋制速度可能高達(dá)5～7 m/s，鋼管在出口輥道和滑板上高速運(yùn)動時(shí)，很容易擦傷表面。一旦發(fā)現(xiàn)鋼管表面擦傷，應(yīng)及時(shí)檢查、修磨或更換磨損、黏鋼的工具，清除機(jī)架間的“鐵耳子”。

麻面是由于老化、粗糙的軋輥表面，或荒管表面過厚的氧化鐵皮沒能得到很好的清除而造成的。在荒管定（減）徑前，用高壓水（壓力為16～20 MPa）將其表面的氧化鐵皮清除干凈，可以提高鋼管的外表面質(zhì)量。

5.5 結(jié) 疤

結(jié)疤以不規(guī)則形式分布于鋼管表面，主要是因軋輥表面黏鋼結(jié)瘤或軋輥邊緣破損帶來的。其與軋輥的硬度和冷卻狀況、軋槽深度以及減徑量等因素有關(guān)。

改進(jìn)軋輥材質(zhì)，提高軋輥輥面硬度（280～320 HB），保證良好的軋輥冷卻條件，減小單機(jī)架減徑量以及減小軋輥表面與金屬表面的相對滑動速度等都有利于減少軋輥黏鋼的機(jī)會。一旦發(fā)現(xiàn)鋼管有結(jié)疤，應(yīng)根據(jù)其缺陷的形狀及分布狀況，查找產(chǎn)生結(jié)疤的所在機(jī)架，對黏鋼或破損的軋輥進(jìn)行修復(fù)，不能修復(fù)的軋輥應(yīng)及時(shí)更換。

5.6 “內(nèi)方”

“內(nèi)方”是鋼管減徑時(shí)的一種特有缺陷，其形態(tài)如圖2 所示?！皟?nèi)方”除對鋼管壁厚精度有影響外，還會影響鋼管內(nèi)孔形狀，造成其內(nèi)孔不圓。“內(nèi)方”的程度可用P 值判定，并由公式（44）～（46）計(jì)算：

式中 Sa—— 對應(yīng)孔型頂部或輥縫處的鋼管N 個(gè)壁厚值，mm；

Sb—— 對應(yīng)孔型頂部到輥縫中點(diǎn)處的鋼管N個(gè)壁厚值，mm；

N —— 表示“內(nèi)方形”的邊數(shù)?！皟?nèi)六方”時(shí)，N=6；“內(nèi)四方”時(shí)，N=4。

P 值的絕對值愈大，表示鋼管“內(nèi)方”的程度愈嚴(yán)重。當(dāng)P=0 時(shí)，鋼管無“內(nèi)方”；當(dāng)P ∧0 時(shí)，為負(fù)“內(nèi)方”；當(dāng) P ∨0 時(shí)，為正“內(nèi)方”。

“內(nèi)方”主要是定（減）徑時(shí)，管壁不均勻增厚帶來的，是金屬橫向不均勻變形的結(jié)果，也是鋼管壁厚不均的一種特殊表現(xiàn)形式。

影響鋼管“內(nèi)方”的因素包括：軋制溫度與速度，平均單機(jī)架減徑率和總減徑率、鋼管壁厚系數(shù)（S/D），以及在同樣壁厚系數(shù)時(shí)的鋼管外徑、軋輥直徑、張力系數(shù)和孔型等。一切有利于金屬縱向延伸，限制橫向?qū)捳梗龠M(jìn)均勻變形的因素都能降低“內(nèi)方”發(fā)生的幾率，減輕“內(nèi)方”的程度。

防止鋼管產(chǎn)生“內(nèi)方”的措施與減小荒管壁厚不均的措施一樣。特別是設(shè)計(jì)合理的單機(jī)架減徑率、采用圓孔型或負(fù)寬展孔型，并施以較大的張力系數(shù)，可以強(qiáng)化金屬的縱向流動，抑制橫向變形，有利于減小鋼管的橫向壁厚不均，甚至不產(chǎn)生“內(nèi)方”。

6 鋼管定（減）徑機(jī)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

鋼管定（減）徑機(jī)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表3，鋼管張力減徑機(jī)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表4。

表3 鋼管定（減）徑機(jī)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

表4 國內(nèi)典型鋼管張力減徑機(jī)主要技術(shù)參數(shù)