根据循环变形参数评价140轧机上12×18H10T管坯穿孔制度

摘 要： 本文推荐了考虑到变形力和热工机械过程条件的2种变形制度的对比评价方法，认真分析了乌拉尔第一新管厂股份有限公司和南方管厂股份有限公司（140机组）使用耐蚀钢管坯的穿孔过程。在2家工厂都存在调整参数的情况下，乌拉尔第一新管厂的轧机比较有优势。在顶头嘴前人工调整压下量时，南方管厂的轧机有优势。

关键词： 140轧管机组 穿孔机 管坯穿孔制度

在用耐蚀钢生产管子时，由于组织中存在奥氏体和δ―铁素体，这些具有降低塑性变形特点的因素，对管坯穿孔制度起着重要作用。

在乌拉尔第一新管厂和南方管厂（尼克波利市）的2套相同的140轧管机组上轧制高合金钢管，这2套机组的穿孔机性能如下。

在本次工作中，对2台轧机上所用耐蚀钢的管坯穿孔制度进行了对比分析。早些时候已证实，可以正确对比变形动力过程的条件（特别是累计位移变形率A―奥德科维斯参数）；同时也证实，可以正确对比根据坯料抗变形力的热工机械条件。

在被研究的2台轧机上，采用直径和转速值相近的鼓度轧辊。可以把影响管坯最大直径的入口锥不同长度和影响荒管最大直径的出口锥不同长度看作是2台轧机的区别所在。乌拉尔第一新管厂的轧机轧辊上有圆柱形肩角（凸缘），肩角细处朝向管坯入口侧；在二次压下量U咬入条件容许的情况下入口锥小1°，顶头嘴前参数X/D，增大（虽然类似指标很早就用于横向轧制，但日本专家仍推荐用于不同管子上）。

为了作比较，选取以下循环变形参数：循环数或单一压下量数N（荒管坯半卷内），累计变形率A，截面B、C、F计算值（图1）；单一压下量；顶头嘴前截面中的变形速度和变形阻力δ。按照工艺规程，在计算变形阻力δ时，对南方管厂轧机采用的轧辊转速为90转/min，对乌拉尔第一新管厂轧机采用的轧辊转速为110转/min。采用延伸系数μ、比值X/D，顶头嘴前压下量u和轧辊变细处压下量u作为最终变形参数。运用莫斯科动力学院的数学模型获得了循环变形参数值。

1―管坯；2―轧辊；3―顶杆；4―荒管

图1：截面B中（б）管坯纵截面（a）、横截面和截面C中

荒管（в）及其部分展开（г）纵横截面图

在实验数据和M哈伊杜科物理经验关系式的基础上，计算δ：

δ=δAe•Aε•Aε，（1）

式中A，A，A，m，m，m―考虑到材料性能和对热工机械参数影响的系数：每个进给间距的温度T，变形率ε和变形速度；δ。当T=1000℃，ε=0.1、=1C时，针对研究材料获得实验变形阻力值。

用公式（2）计算了B、C两点的局部压下量ε：

ε=R1n（Rξ）或ε=1n（S/S），（2）

式中R和R―分别是顶头嘴前截面管坯半径和取自顶头嘴前进给间距间隔截面管坯半径；ξ―取自距顶头嘴半个间距间隔处截面的椭圆形系数；S和S分别是截面C处和距截面C处一个进给间距的荒管壁厚。

与计算一个变形周期内的平均速度一样，计算了变形速度：

=ε/г（3）

式中，I/v―被研究截面中一个轧辊的变形长度；I―按照一个轧辊的接触面宽和子午线截面角计算的轧辊弧长；v―被研究截面的轧辊圆周速度。

在比较穿孔制度时，使用了指标k：

k=（σ/σ）（Λ/Λ）（4）

式中指数1和2表示对比过程或制度；2种关系具有根据热工机械参数和位移累计变形率比较制度条件下一致的特点。

根据厚、薄壁荒管规格和实际上相同的延伸系数从2家工厂的轧制表中选取了直径D=105mm及直径相近的管坯穿孔制度（表1）。既然工厂说明书推荐进给角的部分变化范围，那么就计算出了的2个极限值的所有范围（见表1）。

根据压下量u和u判断，乌拉尔第一新管厂采用耐蚀钢管坯穿孔制度更合理，但是就内部缺陷出现概率特点的参数值X/D而言，实际上整个范围意义相同，因为南方管厂的轧机轧辊入口锥角较大。最终变形参数和轧辊入口锥实际角Ф是考虑到进给角处轧辊打开引起的弯斜而计算出来的。

既然根据最终变形参数的评价得出一些矛盾的结果，那么就对考虑到根据循环变形参数计算的变形动力和热工机械参数过程做了评价。

表2的数据分析表明，当穿孔进给角为11°时，根据考虑到变形力工艺过程条件参数A能够推测出在乌拉尔第一新管厂轧机上产生内褶叠的概率很小。当进给角为12°时，在南方管厂的轧机上就连出现裂纹倾向的可能也会很大。

考虑到热工机械条件不同，就南方管厂而言σ显示出减小的趋势（见表2σ值），所以系数k小于比值A。2台对比轧机数值中的差别是以计算南方管厂轧机的循环变形参数时在相应截面中由于入口锥角Ф值较小而得到椭圆形系数ξ值较小为条件的。这就导致用公式（2）计算时，单位压下量ε减小，用公式（3）计算时，变形速度减小，用公式（1）计算时σ，值相应减小。

累计变形率A关系式在所有轧机上都符合进给角影响荒管质量的已知表达式。用公式（4）计算出的指标k，在南方管厂和乌拉尔第一新管厂的穿孔机上薄壁荒管穿孔制度比厚壁荒管穿孔制度更接近。

因为针对2台140轧机而言，被研究的工厂制度在原始调整中（不同压下量u和u）都有差别，根据推荐压下量（u≈5%，u≈10%，比如11）曾尝试调整给定压下量。在这种情况下，采用了相同的荒管规格（D、S）。在这种“调整”荒管和压下量尺寸的情况下，必须以得到沿变形源长度重新分配循环变形参数为前提。

乌拉尔第一新管厂的顶杆工作部分长l与顶杆直径d之比要比南方管厂的大（图2），但尽管如此，用于乌拉尔第一新管厂穿孔轧机辊上有圆柱形肩角，像建议的那样成功地对穿孔机进行了调整。在南方管厂的穿孔机上偏重于顶头嘴前压下量u的调整，因为压下量影响着内部缺陷的产生，而压下量u定的有些过大。当压下量u接近相同时，相应的延伸系数值μ小于参数值X/D，这说明南方管厂穿孔机的优势。计算出的循环变形参数证明了这一结论（表4）。

穿孔机（虚线）轧辊相互位置示意图

按公式（1）计算，荒管薄皮的增加导致进给间距减小，因此快速单位压下量ε减小，变形速度下降，在同一时间内变形阻力σ也会减小。进给角缩小也会使进给间距减小，可见在管坯椭圆化不变的情况下，也会产生同样的结果。在变形动力条件下，由于加大进给角，南方管厂的穿孔机穿孔较好。对于厚壁荒管而言，热工机械因素的主要贡献是指标k的差异，对于薄壁荒管而言是变形动力因素（见公式（4）），但在采用建议温度（公比值σ）时，对数值A的影响就不那么重要了。

表4：乌拉尔第一新管厂和南方管厂140穿孔机相同调整情况下1155℃穿孔时，厚壁和薄壁荒管的循环变形参数

*分子―σ=74，4H/MM，σ=62，78H/MM

**穿孔温度1155/1215℃

考虑到变形动力和热工机械工艺过程条件，推荐用耐蚀钢管坯穿孔制度评价方法，在不同进给角和穿孔温度情况下，在许多实例中获得厚壁和薄壁荒管。按照工厂轧制表调整的情况下，对乌拉尔第一新管厂和南方管厂的140穿孔机进行了对比。就乌拉尔第一新管厂而言，过程指标k较小，这就可以推测出在允许的进给角情况下产生褶叠的概率较小。

调整顶头嘴前压下量u，在修正调整之后在这种过程条件下南方管厂的穿孔机拥有较好的指标。被推荐的评价方法能够考虑到穿孔过程的各种条件。

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”

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