武志強，李進(jìn)喜，李培達(dá)

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津 300301）

隨著鋼管市場的競爭日益激烈，搶占高技術(shù)含量鋼管市場，成為鋼管企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要方向［1］。近幾年，天津鋼管集團(tuán)股份有限公司（簡稱天津鋼管）Φ219 mm Assel機(jī)組一直在厚壁鋼管壁厚精度控制方面持續(xù)改進(jìn)，控制水平不斷提高；加重鉆桿、鉆鋌等（簡稱鉆具用管）類產(chǎn)品將逐漸成為Assel機(jī)組的主導(dǎo)產(chǎn)品，這類產(chǎn)品的一個重要特征是厚壁且尺寸精度高。本文將結(jié)合Φ219 mm Assel機(jī)組工藝特點［2-3］，就如何提高厚壁鋼管尺寸精度進(jìn)行分析，并針對現(xiàn)有工具、設(shè)備以及生產(chǎn)操作規(guī)范等提出相應(yīng)改進(jìn)措施。

1 鉆具用管及相關(guān)要求

近年來天津鋼管Assel機(jī)組生產(chǎn)的鉆具用管主要規(guī)格為：Φ114.3 mm×24.6 mm（采用Φ150 mm管坯）、Φ127.0 mm×29.5 mm（采用Φ180 mm管坯）、Φ140.0 mm×28.7 mm、Φ140.0 mm×32.0 mm（兩規(guī)格均采用Φ210 mm管坯）、Φ165.0 mm×49.0 mm（采用Φ250 mm管坯）。

鉆具用管的主要作用是：①傳遞轉(zhuǎn)矩；②承受給鉆頭破碎巖石的壓力，其中上部鉆桿還要承受鉆柱本身一部分重量（拉力）；③輸送洗井液，即鉆井泥漿通過地面的高壓泥漿泵打入水龍頭，進(jìn)入鉆柱內(nèi)孔，流入井底沖刷巖屑，冷卻鉆頭并攜帶巖屑經(jīng)過鉆柱外表面與井壁之間的環(huán)形空間返回到地表，使井底不斷加深，直至鉆到目的層。因承受拉壓力和轉(zhuǎn)矩原因，此類鋼管壁徑比較大，多采用高強度中碳鉻鉬鋼［4-5］。

鉆具用管到了機(jī)械廠后，需要對其內(nèi)外表面進(jìn)行機(jī)加工；因此，為了保證后期加工精度，節(jié)約加工成本，用戶對鉆具用管的幾何尺寸提出了近乎苛刻的要求：

（1）壁厚公差為-5%~+10%或-10%~+5%，即公差帶只有公稱壁厚的15%；

（2）外徑公差為-0.5%~+1.0%；實際生產(chǎn)時，為避免因不圓度或表面修磨留有余量，外徑按正公差控制；

（3）內(nèi)徑公差為-0.6~+1.0 mm，是此類鉆具用管的控制重點；

（4）長度為8.0~8.1 m，定尺交貨，一旦產(chǎn)生短尺，就是廢品。

2 生產(chǎn)難點及各工序?qū)Ρ诤窬扔绊懗潭?/h2>

天津鋼管Φ219 mm Assel機(jī)組生產(chǎn)鉆具用管的工藝流程為：管坯鋸切→環(huán)形爐加熱→錐形輥穿孔機(jī)穿孔→三輥Assel軋管機(jī)軋管→14機(jī)架微張力定（減）徑機(jī)減徑→鏈?zhǔn)嚼浯怖鋮s。

2.1 生產(chǎn)難點

（1）生產(chǎn)的鉆具用管的徑壁比（D/S）為3.37~4.87，屬于厚壁和特厚壁鋼管，為了保證鉆具用管成品長度的要求，大部分規(guī)格選用的管坯外徑均比常規(guī)品種采用的管坯外徑大一個組距，使管坯外徑與成品管外徑相差較大，部分規(guī)格相差70~85 mm。由于穿孔機(jī)、Assel軋管機(jī)均是擴(kuò)徑軋制，這樣大的減徑量使定（減）徑機(jī)無法“消化”，即使個別規(guī)格可以“消化”，但也因厚壁管、大減徑量使壁厚的精度嚴(yán)重惡化，產(chǎn)生“內(nèi)六方”現(xiàn)象。為了解決上述問題，穿孔機(jī)、Assel軋管機(jī)必須采用減徑軋制，減少定（減）徑機(jī)的減徑量，將總減徑量合理分配在穿孔機(jī)、Assel軋管機(jī)、定（減）徑機(jī)3道工序上［6］。

（2）為實現(xiàn)減徑軋制，穿孔機(jī)組采用了小頂桿配合小頂頭，并適當(dāng)減小輥距，使軋制變形區(qū)前移，實現(xiàn)減徑軋制［7］。Assel軋管機(jī)則采用小芯棒軋制，以實現(xiàn)軋輥的大壓下量，并保證荒管能順利脫棒。由于小頂桿和小芯棒的使用，使得在穿孔和軋管過程中頂桿和芯棒穩(wěn)定性差，抖動劇烈，造成毛管和荒管的甩動嚴(yán)重，影響壁厚精度，最終影響成品的內(nèi)徑精度。

（3）這類品種鋼管不僅提出了外徑、壁厚公差的要求，也明確了內(nèi)徑公差要求，且僅有1.6 mm的公差帶，而產(chǎn)品滿足內(nèi)徑公差的難點是：作為最后一道工序的定徑軋制是無芯棒軋制，而且14機(jī)架微張力定（減）徑機(jī)產(chǎn)生的增厚現(xiàn)象在厚壁鋼管生產(chǎn)中尤為明顯，軋制過程中只能通過對外徑和壁厚的精確控制來滿足管體內(nèi)徑公差的要求。

（4）14機(jī)架微張力定（減）徑機(jī)機(jī)架的減徑量分配及軋制參數(shù)設(shè)置也是一個控制難點。精軋前架既要保證足夠減徑量，同時還要確保較小橢圓度以實現(xiàn)外徑的精度控制；另外主電機(jī)和疊加電機(jī)參數(shù)的選擇更直接影響成品管質(zhì)量。

2.2 各工序?qū)Ρ诤窬扔绊懗潭?/h3>

各工序?qū)癖阡摴鼙诤窬燃氨砻嫒毕莸挠绊懗潭纫姳?1［8-9］。

表1 各工序?qū)癖阡摴鼙诤窬燃氨砻嫒毕莸挠绊懗潭?/p>

由表1可以看出：影響厚壁鋼管壁厚精度的工序主要是穿孔和定（減）徑，對表面缺陷的形成影響較大的工序是穿孔和軋管。

3 控制要點

根據(jù)用戶提出的技術(shù)要求，并針對鉆具用管生產(chǎn)難點以及厚壁鋼管生產(chǎn)特點，提出各工序的控制要點［10-11］。

3.1 管坯準(zhǔn)備

鋸切前確認(rèn)定尺參數(shù)，鋸切后對實際切后長度進(jìn)行確認(rèn)，以滿足管坯定尺要求。

3.2 管坯加熱

由于鉆具用鋼含有Cr、Mo等合金元素，所形成的間隙項和間隙化合物具有很高的熔點和硬度，使加熱難度增大，易造成管坯加熱不均勻［12］。因此，針對不同管坯截面制訂相應(yīng)的加熱制度，嚴(yán)格控制環(huán)形爐出爐節(jié)奏，適當(dāng)延長加熱和保溫時間，以保證管坯溫度均勻。

3.3 穿 孔

（1）在生產(chǎn)鉆具用管前，對穿孔機(jī)軋制中心線進(jìn)行測量、調(diào)整，以保證導(dǎo)嘴中心線、穿孔機(jī)中線、定心輥中心線在一條直線上，從而提高穿孔毛管頭部壁厚精度。

（2）采用減徑軋制，降低定（減）徑機(jī)的減徑量。

（3）針對變形抗力高、工具設(shè)備抖動嚴(yán)重的情況，適當(dāng)降低穿孔主機(jī)速度，保證咬入過程平穩(wěn)。

（4）穿孔時嚴(yán)格控制頂頭使用，嚴(yán)格執(zhí)行頂頭報廢標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)黏鋼、掉肉及時更換頂頭。操作人員隨時觀察毛管表面情況，若發(fā)現(xiàn)導(dǎo)板劃傷須及時修磨處理。

（5）在現(xiàn)有軋輥基礎(chǔ)上對輥形進(jìn)行改進(jìn)［13-14］，穿孔輥輥形改進(jìn)前后對比如圖1所示，在軋輥入口錐與出口錐的過渡頂點Hp處，增加一個與軋制中心線平行的過渡帶（長度為40 mm），使輾軋過程更加充分，提高軋制過程的穩(wěn)定性及鉆具用管壁厚精度。

圖1 穿孔輥輥形改進(jìn)前后對比示意

3.4 軋 管

（1）采用較大減徑軋制，降低定（減）徑機(jī)的減徑量。

（2）由于實施減徑軋制，采用小直徑芯棒易產(chǎn)生彎曲，所以芯棒上線前目測芯棒直度，彎曲芯棒禁止上線，上線后利用預(yù)旋轉(zhuǎn)功能進(jìn)一步檢查芯棒直度。生產(chǎn)過程中定時檢查芯棒表面是否黏鋼，如有黏鋼及時修磨或更換。

（3）仔細(xì)檢查芯棒前臺托輥的毛管位及芯棒位，確保插棒時對中毛管，以防止芯棒插入毛管時劃傷毛管內(nèi)壁。軋制結(jié)束后，適當(dāng)延長后臺上導(dǎo)輥下壓時間，保證芯棒撤出后再抬起。

（4）降低軋機(jī)轉(zhuǎn)速，以獲得平穩(wěn)的軋制過程，提高鉆具用管壁厚精度。

（5）荒管從軋機(jī)出來后，沒有芯棒限制，并且荒管外徑小而壁厚大，抖動嚴(yán)重；因此，在軋機(jī)后臺出口處增加一個保護(hù)導(dǎo)套裝置，降低荒管出口的抖動幅度。

3.5 定（減）徑

（1）確定定（減）徑機(jī)的總減徑量，合理分配各機(jī)架的減徑量，精軋前架既要保證足夠變形量，同時還要確保較小橢圓度。

（2）針對鉆具用管減徑量大、電機(jī)負(fù)荷高，容易切斷安全銷的問題，在生產(chǎn)時適當(dāng)降低主電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，提高疊加電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，以降低電機(jī)負(fù)荷，同時有利于改進(jìn)鋼管“內(nèi)六方”，改善長度方向壁厚偏差［15］。現(xiàn)場操作人員隨時監(jiān)測現(xiàn)場傳動軸運轉(zhuǎn)及操作系統(tǒng)的運行電流、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，增加現(xiàn)場設(shè)備巡視次數(shù)。

（3）生產(chǎn)現(xiàn)場的在線熱檢采用通徑規(guī)加通止規(guī)的檢測方法，快速檢測成品管內(nèi)徑及內(nèi)圓度，提高在線控制精度。

4 實施效果

以Φ127 mm×29.5 mm鉆具用管為例，實際生產(chǎn)取樣檢測。

（1）取鋼管頭、尾各500 mm一段管頭，每隔50 mm測量壁厚最大值及最小值，鉆具用管頭部500 mm長度壁厚不均度變化如圖2所示，鉆具用管尾部500 mm長度壁厚不均度變化如圖3所示。

（2）采用通止規(guī)測量內(nèi)徑，其合格率∧99%。

（3）沒有發(fā)生明顯的內(nèi)外表面缺陷。

5 結(jié) 語

通過工藝的改進(jìn)和規(guī)范，使鉆具用管的壁厚精度滿足客戶要求，批量生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定；利用控制鋼管的壁厚和外徑精度，有效解決了有內(nèi)徑要求的鋼管生產(chǎn)。

圖2 鉆具用管頭部500 mm長度壁厚不均度變化

圖3 鉆具用管尾部500 mm長度壁厚不均度變化

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