張 進(jìn)，黃尊良，朱寶祿，尹錫泉

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司，天津300301）

1 前言

天津鋼管集團(tuán)MPM機(jī)組穿孔使用導(dǎo)盤與桶型穿孔輥配合進(jìn)行孔型封閉。導(dǎo)盤水平布置在穿孔中心線兩側(cè)，與上、下穿孔輥和頂頭共同構(gòu)成變形區(qū)。在穿孔過程中，導(dǎo)盤對(duì)變形的金屬除了起到導(dǎo)向作用外，還起到限制金屬橫向變形、促進(jìn)金屬軸向延伸、控制毛管外徑、對(duì)變形區(qū)金屬施加軸向拉力的作用。由于導(dǎo)盤主動(dòng)旋轉(zhuǎn)線速度大于穿孔毛管軸向線速度，因此導(dǎo)盤也能起到提高穿孔效率的作用。

在穿孔生產(chǎn)過程中經(jīng)常有導(dǎo)盤粘鋼現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)盤粘鋼現(xiàn)象是由于在穿孔時(shí)間內(nèi),導(dǎo)盤與處于高溫狀態(tài)的穿孔坯料接觸時(shí),局部受到高溫、高壓和摩擦力等因素的聯(lián)合作用,導(dǎo)致導(dǎo)盤與軋件局部出現(xiàn)類似于壓力焊接中的假焊現(xiàn)象[1]。較重的導(dǎo)盤粘鋼不僅造成停機(jī)事故，降低機(jī)組作業(yè)率并且會(huì)對(duì)毛管產(chǎn)生通體螺旋型劃傷，再經(jīng)過連軋和定徑機(jī)組的軋制，在成品管表面形成與螺距方向相反的螺旋型外折或者外結(jié)疤（如圖1、2所示。造成連軋管外折、外結(jié)疤的因素較多，理論上講，凡是能與管坯、毛管及荒管外表面接觸的設(shè)備都能造成外折、外結(jié)疤，但是只有導(dǎo)盤粘鋼能造成與螺距方向相反的規(guī)律性螺旋型外折或者外結(jié)疤）。輕微的外折或者外結(jié)疤需要下線修磨，嚴(yán)重的無法修磨造成廢品，對(duì)成材率造成重大影響，因此解決好導(dǎo)盤粘鋼問題具有重要意義。

圖1 導(dǎo)盤粘鋼造成的鋼管外折缺陷

圖2 導(dǎo)盤粘鋼造成的鋼管外結(jié)疤缺陷

2 導(dǎo)盤孔型設(shè)計(jì)與材質(zhì)

2.1 導(dǎo)盤孔型的設(shè)計(jì)原理

導(dǎo)盤外環(huán)與導(dǎo)盤內(nèi)環(huán)組件構(gòu)成導(dǎo)盤整體，當(dāng)導(dǎo)盤外環(huán)損壞時(shí)可以直接更換外環(huán)而不更換內(nèi)環(huán)組件，這樣有利于降低導(dǎo)盤消耗。導(dǎo)盤的孔型采用雙弧形，兩段圓弧相切點(diǎn)在導(dǎo)盤厚度中心線上，在導(dǎo)盤的孔型與導(dǎo)盤側(cè)面之間用半徑為15 mm的圓角連接。導(dǎo)盤的孔型由入口半徑R2、出口半徑R1的弧面組成，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定入、出口半徑值的大小：

入口半徑：R2＝（0.66～0.70）×DB出口半徑：R1＝（0.8～0.87）×DB

導(dǎo)盤孔型的入口半徑比出口半徑小的原因是考慮到穿孔孔型封閉的需要，確保導(dǎo)盤對(duì)金屬良好的導(dǎo)向。

導(dǎo)盤厚度由最小穿孔輥距和導(dǎo)盤高邊與穿孔輥的最小間隙決定。大小為：（0.8～1.0）×DB

注：DB－管坯直徑，單位是mm。

2.2 導(dǎo)盤外環(huán)制造材質(zhì)的技術(shù)要求

導(dǎo)盤外環(huán)材質(zhì)為16Cr16Ni2，成分如表1所示；外環(huán)表面經(jīng)淬火加回火處理后，硬度為240～270HB；導(dǎo)盤最大中徑2 200 mm，最小中徑（報(bào)廢尺寸）2 000 mm。

表1 導(dǎo)盤外環(huán)材質(zhì)化學(xué)成分

3 鋼導(dǎo)盤粘鋼的影響因素及控制

影響鋼導(dǎo)盤粘鋼的因素主要有以下幾個(gè)方面：（1）穿孔工具表面狀態(tài)；（2）穿孔孔型參數(shù)調(diào)整不當(dāng)；（3）穿孔速度制度不當(dāng)；（4）管坯加熱制度不合理；（5）導(dǎo)盤冷卻效果不好。

3.1 穿孔工具表面狀態(tài)

由工具表面狀態(tài)導(dǎo)致的導(dǎo)盤粘鋼主要有以下兩個(gè)方面：

①穿孔輥滾花不合適，對(duì)導(dǎo)盤粘鋼有一定程度的影響。穿孔輥滾花過深、寬深比不合理、滾花有毛刺以及上下穿孔輥滾花不一致，均會(huì)導(dǎo)致高溫管坯在穿孔時(shí)表面被穿孔輥碾粘下一些大小不等的薄片，這些薄片隨管坯旋轉(zhuǎn)前進(jìn)到穿孔輥與導(dǎo)盤封閉端時(shí)比較容易粘附在導(dǎo)盤上，造成導(dǎo)盤粘鋼。尤其是在新加工后的穿孔輥使用初期，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

②新導(dǎo)盤表面光滑、摩擦系數(shù)小。新導(dǎo)盤摩擦系數(shù)小，導(dǎo)盤對(duì)管坯的軸向拉力降低，導(dǎo)盤與管坯間的相對(duì)速度變大，從管坯上碾粘下一些薄皮并粘附在導(dǎo)盤上造成導(dǎo)盤粘鋼。

針對(duì)以上由穿孔工具表面狀態(tài)造成的導(dǎo)盤粘鋼，采取以下預(yù)防措施：

①新穿孔輥上線前嚴(yán)格按照要求加工滾花：滾花間距2.5 mm，滾花深度0.5 mm，形狀為正方形，與穿孔輥軸線呈45°；上線使用之前打磨掉棱角，確保滾花無毛刺；保證上下輥滾花一致，同一輥入出口一致。

②新車的導(dǎo)盤上線前適當(dāng)降低工作表面光潔度，以增加導(dǎo)盤的摩擦系數(shù)，防止因?yàn)閷?dǎo)盤表面光滑造成打滑現(xiàn)象，使導(dǎo)盤與管坯間的相對(duì)速度變大，并且新導(dǎo)盤開軋前避開易粘鋼種及薄壁管。

3.2 穿孔孔型參數(shù)調(diào)整不當(dāng)

穿孔孔型調(diào)整必須滿足以下要求：輥距、導(dǎo)距、喂入角、頂頭前伸量調(diào)整應(yīng)以軋制表所給數(shù)據(jù)為依據(jù)，并根據(jù)管坯材質(zhì)、管坯直徑、毛管壁厚等做適當(dāng)調(diào)整；生產(chǎn)中導(dǎo)距總是大于輥距（因?yàn)橛袡M向變形），二者比值即為橢圓度系數(shù)，一般在1.07～1.15之間，穿軋薄壁管和合金管等難軋品種時(shí)取小值，穿厚壁管和碳鋼管等易軋品種時(shí)取大值；導(dǎo)盤和穿孔輥形成的孔型封閉較好；穿孔輥及導(dǎo)盤絲杠壓下正常；毛管質(zhì)量滿足要求且穿孔輥及導(dǎo)盤負(fù)荷正常。

穿孔孔型調(diào)整不當(dāng)導(dǎo)致的導(dǎo)盤粘鋼主要包括以下兩個(gè)方面:

①穿孔孔型的橢圓度過小，導(dǎo)致管坯旋轉(zhuǎn)困難，造成管坯表面被穿孔輥碾軋下一些大小不等的薄片并粘附到導(dǎo)盤表面造成導(dǎo)盤粘鋼。

②穿孔輥與導(dǎo)盤封閉端間隙過大，生產(chǎn)薄壁毛管時(shí)會(huì)發(fā)生擠鋼現(xiàn)象造成導(dǎo)盤粘鋼，擠鋼嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)纬涉湈А?/p>

為避免導(dǎo)盤粘鋼，在換孔型開軋初期一般安排中厚壁的品種，以減少穿孔變形量，降低變形抗力，從而降低導(dǎo)盤所受壓力。另外針對(duì)以上因素造成的導(dǎo)盤粘鋼，采取以下預(yù)防措施：

①控制穿孔孔型的橢圓度。導(dǎo)盤距離與軋輥距離的比值決定著軋件在變形區(qū)中的橢圓度，而橢圓度又影響毛管質(zhì)量、咬入條件、軸向滑移、穿孔速度、擴(kuò)徑量、軋卡及毛管尺寸控制等。生產(chǎn)過程中要合理控制孔型的橢圓度，避免橢圓度過小，管坯旋轉(zhuǎn)困難造成的導(dǎo)盤粘鋼。

②根據(jù)生產(chǎn)的鋼管所需管坯規(guī)格，選擇厚度適當(dāng)?shù)膶?dǎo)盤，并根據(jù)軋制規(guī)格合理調(diào)整穿孔輥與導(dǎo)盤封閉端的間隙，杜絕由于擠鋼造成的導(dǎo)盤粘鋼發(fā)生。

3.3 穿孔速度制度不當(dāng)

穿孔速度制度不當(dāng)造成的導(dǎo)盤粘鋼主要是指生產(chǎn)過程中導(dǎo)盤速度過快，導(dǎo)盤對(duì)軋件的軸向拉力增大，加劇導(dǎo)盤與軋件間的摩擦力，導(dǎo)致導(dǎo)盤上粘附金屬碎片，造成導(dǎo)盤粘鋼。尤其在易粘鋼鋼種開軋時(shí)導(dǎo)盤速度調(diào)整過快更易導(dǎo)致導(dǎo)盤粘鋼。圖3所示為軋制φ272.60 mm×30.50 mm尺寸的13Cr接箍料時(shí)，由于開軋導(dǎo)盤速度調(diào)整不當(dāng)造成的嚴(yán)重導(dǎo)盤粘鋼,圖4為粘附到導(dǎo)盤上的金屬碎片宏觀形貌。

圖3 粘鋼導(dǎo)盤表面

圖4 粘附到導(dǎo)盤上的金屬碎片宏觀形貌

針對(duì)以上因素造成的導(dǎo)盤粘鋼，采取以下預(yù)防措施：

①生產(chǎn)過程中導(dǎo)盤速度合理選擇。導(dǎo)盤速度關(guān)系到軋件的二次咬入、軋件滑移、穿孔速度、減少軋輥負(fù)荷以及減小導(dǎo)盤所受壓力等。因此，合理選擇導(dǎo)盤速度至關(guān)重要。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)盤的軸向速度與軋輥的軸向速度比值在1.25～1.7之間時(shí)軋制比較穩(wěn)定，若比值太大則加劇導(dǎo)盤負(fù)荷，易于造成導(dǎo)盤粘鋼，若比值太小，軋件前進(jìn)速度降低，不利于穿孔效率的提高。

②新鋼種及易粘鋼鋼種開軋穿孔調(diào)整時(shí)適當(dāng)降低導(dǎo)盤速度，以降低導(dǎo)盤所受壓力，減少甚至杜絕導(dǎo)盤粘鋼現(xiàn)象的發(fā)生。

3.4 鋼坯加熱制度不合理

鋼坯加熱制度不合理、鋼坯溫度過高，在穿孔過程中，毛管易于同導(dǎo)盤粘結(jié),在穿孔輥使用初期這一現(xiàn)象更容易發(fā)生。因此在新穿孔輥使用初期應(yīng)避免鋼坯加熱溫度過高或在爐內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)。

3.5 導(dǎo)盤冷卻效果不好

導(dǎo)盤冷卻效果不好，導(dǎo)致導(dǎo)盤與管體接觸表面局部磨擦升溫過高而使相對(duì)較軟的管體局部粘附到相對(duì)較硬的導(dǎo)盤上，造成導(dǎo)盤粘鋼。

針對(duì)導(dǎo)盤冷卻效果不好造成的導(dǎo)盤粘鋼，在開軋前及正常生產(chǎn)時(shí)，要按要求巡視導(dǎo)盤冷卻水，并根據(jù)軋制孔型情況來調(diào)節(jié)冷卻水大小,既要防止導(dǎo)盤水量過大噴濺到毛管造成毛管溫降過快，又要確保導(dǎo)盤表面得到充分的冷卻，杜絕導(dǎo)盤表面溫度過高造成導(dǎo)盤與管坯表面發(fā)生粘著。

通過以上預(yù)防方案的實(shí)施，天津鋼管集團(tuán)股份有限公司軋管一部MPM機(jī)組在近年軋制新鋼種及易粘鋼鋼種逐年增多的情況下，導(dǎo)盤粘鋼事故逐年降低，由2010年的905 min減少到2011年的532 min，直至近年控制在100 min以內(nèi)，導(dǎo)盤粘鋼事故得到有效控制。

4 結(jié)語(yǔ)

為減少導(dǎo)盤粘鋼事故的發(fā)生，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制：

1）穿孔輥滾花加工合理，導(dǎo)盤表面光潔度符合要求；

2）根據(jù)軋制規(guī)格和鋼種調(diào)整穿孔孔型橢圓度，杜絕橢圓度過小造成管坯旋轉(zhuǎn)困難，導(dǎo)盤與穿孔輥封閉端間隙要合適；

3）導(dǎo)盤的線速度與穿孔線速度比值選擇合適；新鋼種及易粘鋼鋼種穿孔時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低導(dǎo)盤及穿孔線速度，以降低導(dǎo)盤所受壓力；

4）避免鋼坯加熱溫度過高或在爐時(shí)間過長(zhǎng)；

5）根據(jù)軋制孔型對(duì)冷卻水進(jìn)行調(diào)節(jié)等五個(gè)方面的措施可以有效避免鋼導(dǎo)盤粘鋼。

上述措施能夠得到有效實(shí)施可以大幅度降低導(dǎo)盤粘鋼事故發(fā)生率，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]楊效勇，莊剛.穿孔機(jī)導(dǎo)盤粘鋼研究[J].天津冶金,1995(1)：13.