付乃民，王君國，張永勝

（天津鋼管制造有限公司，天津300301）

0 引言

定徑機是熱軋無縫鋼管機組中最后一道變形機組，直接決定著最終成品的外徑尺寸精度。鋼管的定徑過程是從被脫管機脫出后的溫度900～1050 ℃鋼管，經(jīng)過小冷床運到定徑前入口輥道，經(jīng)過20 MPa的高壓水除鱗裝置去除荒管表面的氧化鐵皮，然后在定徑機中軋制成符合要求外徑的鋼管，軋后最大管長達36 m。總共有10 架，最大出口速度為2 m/s,定徑機配有SMS-Meer 的CARTA 控制系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)可以用于定徑機的速度計算及孔型設(shè)計等一些功能?；墓艹龆◤綑C后在去冷床的輥道上進行溫度、外徑、長度的連續(xù)測量。測量的結(jié)果可用于軋制過程中的閉環(huán)控制。鋼管出定徑機后，輸送到冷床入口輥道處，然后用回轉(zhuǎn)臂翻到步進式冷床上冷卻。天津鋼管制造有限公司460 PQF 連軋管機組定徑機可以生產(chǎn) Φ244.48～Φ457.2 mm 外徑的鋼管[1-4]。對于Φ244.48 mm 外徑的鋼管，原定徑機設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)孔型是Φ244.48 mm×11.99 mm 規(guī)格套管，但隨著合同需求增加，要逐步生產(chǎn)Φ244.48 mm×10.03 mm 規(guī)格套管。按照SMS-MEER 原設(shè)計思路設(shè)計的定徑機孔型參數(shù)，在生產(chǎn)Φ244.48 mm×10.03 mm 套管時，在鋼管內(nèi)表面沿圓周方向有間隔120°或一條縱向凸起，如圖1 和圖2 所示，在鋼管內(nèi)表面產(chǎn)生質(zhì)量缺欠，人工檢驗不容易發(fā)現(xiàn)，只能通過漏磁探傷報出，并且需要內(nèi)修磨機進行修磨，處理時間長，不但增加了修復(fù)成本，還影響了合同按時交貨。

圖1

圖2

1 Φ244.48 mm×10.03 mm 定徑孔型設(shè)計

1.1 已知條件

定徑機的主要作用是在一定的總減徑率和較小的單機架減徑率條件下對連軋軋出來的荒管進行減徑，以實現(xiàn)用一種規(guī)格荒管能夠生產(chǎn)多種規(guī)格成品管的任務(wù)。

Φ460 mm PQF 連軋管機組定徑機組的孔型分A、B、C、D、E 五個孔型系列，對應(yīng)的荒管直徑分別為Φ231 mm、Φ282 mm、Φ355.6 mm、Φ437 mm、Φ462.9 mm。Φ244.48 mm×10.03 mm 應(yīng)該選擇 B 系列。

1.2 機架數(shù)目的確定

根據(jù)軋制所給定的毛管和成品管的尺寸，求出總變形量（總減徑、總延伸系數(shù)），選定單機架減徑率，求出所需機架數(shù)目，一般從經(jīng)濟的觀點出發(fā)[5-9]，盡可能采用比較大的單機架減徑率來減少機架數(shù)目：

式中：n—機架數(shù)目

Dn、De—定徑后，定徑前鋼管外徑

εD—平均單機架減徑率

q—減徑率較小時機架的折合數(shù)

對于定徑機，εD 一般不小于3.5% q 一般取2

1.3 減徑率的分配

分配各機架減徑率，求出各機架孔型的平均值Dt，通常第一架減徑率約為平均減徑率的50%左右，以適應(yīng)來料尺寸波動，成品前二架為平均減徑率的一半，成品前一架即成品機架一般沒有減徑率，以保證成品鋼管的外經(jīng)尺寸精度及其直圓度，其余機架的減徑率平均[10-12]，由此，便可求出孔型的標(biāo)準(zhǔn)直徑Di。

得到： εi=（Di-1 -Di）/D（i-1）

式中：D1=De（1-ε1）

D2=D1（1-ε2）

……

D9=D8（1-ε9）

1.4 橢圓度的分配

孔型橢圓度α=a/b，三輥微張力定徑機橢圓度一般按照：開始時橢圓度逐漸增大，到最大值后逐漸減小，最后一架精軋機架橢圓度為1。

這樣，根據(jù)孔型系列、孔型標(biāo)準(zhǔn)直徑，便可確定孔型其他尺寸，相應(yīng)的加工孔型的工具尺寸。按照上面的設(shè)計思路，Φ244.48 mm×10.03 mm 孔型設(shè)計參數(shù)如下表1：

表1 定徑孔型參數(shù)（優(yōu)化前）

使用該孔型參數(shù)對Φ244.48 mm×10.03 mm 規(guī)格套管進行軋制，所生產(chǎn)的鋼管在漏磁探傷時，在鋼管的內(nèi)表面報出比較明顯的質(zhì)量缺陷。對報傷的鋼管位置剖開確認鋼管內(nèi)表面缺陷，缺陷形式為圖1 的缺欠。

2 Φ244.48 mm×10.03 mm 定徑孔型的優(yōu)化

通過對定徑前變形機組參數(shù)確認和定徑機組做軋卡實驗，排除了定徑前荒管產(chǎn)生的缺欠，確認是由于定徑機單機架減徑率過大造成。按照分析原因?qū)Χ◤綑C孔型參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，增加了機架數(shù)，減小各機架的橢圓度、減徑量和減徑率。優(yōu)化后的各機架的橢圓度為：1.022，1.022，1.022，1.022，1.022，1.019，1.018，1.012，1.010，1.000。減徑率（%）為：1.18，1.56，1.56，1.56，1.56，1.47，1.33，1.20，0.90，0.41.由此計算可得各機架型平均直徑（mm）為：279.26，274.9，270.61，266.39，262.23，258.38，254.95，251.88，249.62，248.60。優(yōu)化后的孔型參數(shù)如表 2。

3 優(yōu)化設(shè)計效果

孔型優(yōu)化后，對Φ244.48 mm×10.03 mm 套管進行試軋制。試軋結(jié)果顯示：

（1）通過跟蹤鋼管內(nèi)表面缺陷探傷結(jié)果，從探傷曲線圖沒有發(fā)現(xiàn)有明顯的類似傷型。

（2）隨機對軋制鋼管對定點位置進行鋸切，在鋸切后的鋼管內(nèi)表面也未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。

根據(jù)試軋結(jié)果初步判定優(yōu)化后定徑孔型對生產(chǎn)Φ244.48×10.03 套管內(nèi)表面缺陷控制效果較好。

采用優(yōu)化后的孔型參數(shù)進行規(guī)模軋制，半年生產(chǎn) 273 爐共計 18786 支 Φ244.48mm×10.03mm 套管。通過對探傷鋼管進行內(nèi)表面缺陷情況進行跟蹤，發(fā)現(xiàn)鋼管內(nèi)表面質(zhì)量正常，如圖1、圖2 所示的縱向凸起這種缺欠沒有再產(chǎn)生，可以確認定徑孔型參數(shù)優(yōu)化設(shè)計思路正確。

表2 定徑孔型參數(shù)（優(yōu)化后）

4 結(jié)語

本文介紹了定徑孔型設(shè)計過程，在使用初始參數(shù)生產(chǎn)Φ244.48 mm×10.03 mm 套管時內(nèi)表面產(chǎn)生縱向凸起，通過分析產(chǎn)生原因，對定徑機孔型進行優(yōu)化參數(shù)，解決了Φ244.48 mm×10.03 mm 套管內(nèi)表面凸起的缺欠，提高了鋼管內(nèi)表面質(zhì)量，為Φ244.48 mm×10.03 mm 套管的批量穩(wěn)定軋制提供了良好保證。