厚規(guī)格X70管線(xiàn)鋼卷形缺陷分析及改進(jìn)

徐祝兵，劉海華

(江蘇沙鋼集團(tuán)，江蘇 張家港 215625)

X70管線(xiàn)鋼廣泛用于石油、天然氣的輸送管道，一般采用熱機(jī)械軋制工藝生產(chǎn)[1-2]，采用卷板螺旋埋弧焊或?qū)捄癜逯笨p埋弧焊方式制管。相較于寬厚板，熱軋鋼卷生產(chǎn)效率高且更廉價(jià)。但X70管線(xiàn)鋼卷厚度大、強(qiáng)度高、卷取溫度低、生產(chǎn)線(xiàn)長(zhǎng)且節(jié)奏快，因而對(duì)熱軋生產(chǎn)線(xiàn)的工藝設(shè)備要求極高，導(dǎo)致其高效穩(wěn)定軋制非常困難，主要體現(xiàn)在：1)層流冷卻采用急冷以命中低目標(biāo)卷取溫度，易冷卻不均勻，導(dǎo)致帶鋼板形不好，對(duì)側(cè)導(dǎo)板的穩(wěn)定性造成影響；2)帶鋼頭部溫度過(guò)低，導(dǎo)致帶鋼頭部在卷取機(jī)內(nèi)打滑，造成鋼卷內(nèi)圈塔形及鋼卷表面產(chǎn)生擦劃傷；3)厚規(guī)格管線(xiàn)鋼采用低溫卷取，變形抗力大，同時(shí)夾送輥壓力不足，帶鋼在夾送輥前面弓起，造成夾送輥輥縫被抬起，最終造成鋼卷松卷；4)末機(jī)架拋鋼后，帶鋼尾部處于失張狀態(tài)，卷取側(cè)導(dǎo)板及夾送輥壓力波動(dòng)大，易造成錯(cuò)層、松卷、塔形等卷形不良問(wèn)題。

目前，厚規(guī)格管線(xiàn)鋼生產(chǎn)過(guò)程中存在卷取錯(cuò)層、塔形、松卷等卷形缺陷問(wèn)題[3-7]，已嚴(yán)重影響軋制效率，造成產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，增加了生產(chǎn)成本，亟需解決。

1 厚規(guī)格X70卷形缺陷類(lèi)型

厚規(guī)格X70管線(xiàn)鋼卷形缺陷主要包括錯(cuò)層、塔形、松卷和碗形。

1)錯(cuò)層：鋼卷側(cè)面呈現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象，主要有內(nèi)圈錯(cuò)層、中間錯(cuò)層和整卷錯(cuò)層三類(lèi)，如圖1所示。

2)塔形：主要為內(nèi)塔，且大部分鋼卷發(fā)生在操作側(cè)，內(nèi)圈3～10圈溢出50～100 mm，如圖2所示。

3)松卷：主要為外圈松卷，如圖3所示。

4)碗形：側(cè)面看卷形如碗狀，如圖4所示。

(a)內(nèi)圈錯(cuò)層；(b)外圈錯(cuò)層；(c)整卷錯(cuò)層圖1 錯(cuò)層(a)staggered layer of inner ring;(b)staggered layer of outer ring;(c)staggered layer of the whole coilFig.1 Staggered layer

圖2 塔形Fig.2 Tower shaped

圖3 松卷 Fig.3 Loose coiling

圖4 碗形Fig.4 Bowl-shaped

2 厚規(guī)格X70卷形缺陷成因分析及改進(jìn)

2.1 卷取錯(cuò)層原因分析

錯(cuò)層產(chǎn)生的原因主要有芯棒張力波動(dòng)大，卷取側(cè)導(dǎo)板壓力及輥縫波動(dòng)大、帶鋼卷取溫度波動(dòng)大、帶鋼板形不好等。

調(diào)取厚規(guī)格X70管線(xiàn)鋼錯(cuò)層卷及正常卷的卷取機(jī)曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)，錯(cuò)層卷側(cè)導(dǎo)板位置波動(dòng)明顯大于正常卷，側(cè)導(dǎo)板波動(dòng)導(dǎo)致卷取錯(cuò)層。

2.2 塔形原因分析

塔形產(chǎn)生原因主要有帶鋼旁彎、卷取側(cè)導(dǎo)板設(shè)定不良、夾送輥及助卷輥不平行、層流輥道帶鋼跑偏、夾送輥磨損和夾送輥及助卷輥芯棒超前率不適當(dāng)?shù)取?/p>

表1為卷取側(cè)導(dǎo)板控制實(shí)績(jī)，2次短行程控制實(shí)績(jī)顯示：傳動(dòng)側(cè)側(cè)導(dǎo)板未移動(dòng)，操作側(cè)側(cè)導(dǎo)板把帶鋼往傳動(dòng)側(cè)推動(dòng)了70 mm，導(dǎo)致帶鋼偏離夾送輥中心偏傳動(dòng)側(cè)卷取，導(dǎo)致塔形。

表1 側(cè)導(dǎo)板控制實(shí)績(jī)Table 1 Side guide plate control performance

圖6為卷取側(cè)導(dǎo)板控制示意圖。由圖6可知，1次短行程操作側(cè)及傳動(dòng)側(cè)均采用位置控制模式；2次短行程操作側(cè)為壓力控制，傳動(dòng)側(cè)為位置控制，且傳動(dòng)側(cè)位置與1次短行程位置相同。傳動(dòng)側(cè)位置被固定，導(dǎo)致板偏離夾送輥中心偏傳動(dòng)側(cè)卷取，導(dǎo)致塔形。

(a)錯(cuò)層卷;(b)合格卷圖5 側(cè)導(dǎo)板位置曲線(xiàn)(a)staggered layer roll;(b)qualified rollFig.5 Position curve of side guide plate

圖6 側(cè)導(dǎo)板控制示意圖Fig.6 Schematic diagram of side guide plate control

其次，觀(guān)察側(cè)導(dǎo)板行程曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板動(dòng)作速度慢，側(cè)導(dǎo)板開(kāi)口寬度由1655 mm調(diào)整到1440 mm共計(jì)耗時(shí)11 s，如圖7所示。側(cè)導(dǎo)板調(diào)整時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能短時(shí)間內(nèi)將帶鋼對(duì)中，導(dǎo)致塔形。

圖7 側(cè)導(dǎo)板行程曲線(xiàn)Fig.7 Travel curve of side guide plate

2.3 碗形原因分析

碗形主要產(chǎn)生原因?yàn)閵A送輥壓力不足、夾送輥不水平、助卷輥壓力不足、前滑值不適當(dāng)、芯棒真圓度不良、芯棒擴(kuò)張不足和芯棒擴(kuò)張過(guò)大等。

分析過(guò)程曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)X70厚規(guī)格管線(xiàn)鋼時(shí)，碗形主要為夾送輥壓力低及芯棒異常擴(kuò)張。卷取過(guò)程中夾送輥壓力降低，輥縫異常打開(kāi)，導(dǎo)致碗形，如圖8所示。設(shè)備間隙過(guò)大，芯棒非正常擴(kuò)張達(dá)到100%，末機(jī)架拋鋼前張力變小，夾送輥速度波動(dòng)大，導(dǎo)致碗形，如圖9所示。

圖8 夾送輥壓力曲線(xiàn)Fig.8 Pressure curve of pinch roll

圖9 夾送輥速度曲線(xiàn)Fig.9 Speed curve of pinch roll

2.4 松卷原因分析

X70管線(xiàn)鋼松卷主要為外圈松卷，主要原因有帶鋼拋鋼后芯棒張力不足、夾送輥輥縫大、尾部溫度低、帶鋼在夾送輥前面弓起和芯棒速度變慢等。

芯棒張力曲線(xiàn)如圖10所示，發(fā)現(xiàn)末機(jī)架拋鋼前芯棒張力維持在18 N/mm2以上，末機(jī)架拋鋼后芯棒張力下降至 11 N/mm2，在尾部低至8 N/mm2，不能滿(mǎn)足目標(biāo)張力(18 N/mm2)，導(dǎo)致外圈松卷。

其次，X70管線(xiàn)鋼采用低溫卷取，強(qiáng)度高、硬度大，卷取打包存在打包不緊問(wèn)題，導(dǎo)致散卷，如圖11所示。

圖10 芯棒張力曲線(xiàn)Fig.10 Tension curve of mandrel

圖11 打包不緊Fig.11 Not tight packing

3 厚規(guī)格X70卷形缺陷改進(jìn)措施

針對(duì)厚規(guī)格X70管線(xiàn)鋼生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的卷取錯(cuò)層、塔形、松卷等缺陷，采取以下改進(jìn)措施。

(1)卷取側(cè)導(dǎo)板、夾送輥控制模式優(yōu)

卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板采用壓力控制+位置控制模式，夾送輥采用總壓力控制+位置控制模式，末機(jī)架拋鋼前，采用壓力/總壓力控制模式；末機(jī)架拋鋼后，切換成位置控制模式。

變更控制模式后側(cè)導(dǎo)板壓力及夾送輥壓力波動(dòng)小，如圖12和圖13所示，有利于消除錯(cuò)層、松卷及碗形缺陷，提高厚規(guī)格管線(xiàn)鋼卷形質(zhì)量。

圖12 側(cè)導(dǎo)板控制模式Fig.12 Control mode of side guide plate

圖13 夾送輥控制模式Fig.13 Control mode of pinch roll

(2)超前率優(yōu)化

卷取咬鋼前，夾送輥、芯棒和助卷輥超前率在13%～17%，可確保內(nèi)圈不松卷，有利于消除內(nèi)圈塔形。

(3)尾部張力控制

帶鋼尾部拋鋼后在失張狀態(tài)下建立微張力，具體方法為：末機(jī)架拋鋼后，增加夾送輥壓力至100 kN以上，下夾送輥扭距減少至-160%～-180%，層流輥道速度滯后系數(shù)為3%～8%，該措施能夠有效提高外圈卷形質(zhì)量。

(4)優(yōu)化打包方式

每卷料打兩個(gè)抱箍，一個(gè)打在距離尾部0.5 m處，一個(gè)打在距尾部約3 m處。并增加方管和螺桿緊固，如圖14所示。

圖14 新型打包方式Fig.14 New packing method

4 卷形缺陷改進(jìn)效果

通過(guò)優(yōu)化卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)板及夾送輥的控制模式，優(yōu)化夾送輥、芯棒和助卷輥超前率，拋鋼后建立帶鋼尾部微張力等措施，厚規(guī)格X70管線(xiàn)鋼卷形缺陷得到有效控制(見(jiàn)圖15)，優(yōu)化后厚規(guī)格卷形不良比例由生產(chǎn)初期43.9%下降至1.91%。

圖15 優(yōu)化后卷形Fig.15 Optimized coil shape