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304不銹鋼管壁厚不均現(xiàn)象產(chǎn)生原因

發(fā)布時(shí)間：2021-04-25 08:28:54 丨 瀏覽次數(shù)：

針對(duì)穿孔后毛管壁厚不均勻的現(xiàn)象，分析出穿孔過程中的頂桿不穩(wěn)定是造成毛管壁厚偏差的主要原因，進(jìn)而對(duì)造成頂桿不穩(wěn)定的因素進(jìn)行分析。通過從減小頂桿壓力、縮短頂桿支撐長度、增大頂桿界面、提高頂桿強(qiáng)度等方面入手，可提高穿孔過程的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高毛管的壁厚精度。

304不銹鋼管作為一種重要的基礎(chǔ)材料，被廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、機(jī)械、建筑等行業(yè)。304不銹鋼管壁厚偏差作為合格鋼管產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)，不僅影響到鋼管廠的效益，更是直接影響特殊使用環(huán)境下鋼管的性能。壁厚偏差分為橫斷面壁厚偏差和縱向長度壁厚偏差。

1生產(chǎn)線的改進(jìn)及存在的問題

太原重工股份有限公司為國內(nèi)某廠設(shè)計(jì)制造的椎273mm斜軋管機(jī)組一直在正常生產(chǎn)。之后用戶根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格及市場需求對(duì)原有生產(chǎn)線進(jìn)行升級(jí)改造，原斜軋機(jī)組更換為縱軋機(jī)組，原椎273mm立式錐形輥穿孔機(jī)經(jīng)過改造利舊后繼續(xù)應(yīng)用于新的生產(chǎn)線。

改造后的椎273mm穿孔機(jī)的主要參數(shù)如下：軋輥直徑為椎1150mm，輥身長度為950mm，最大軋制速度為1.15m/s，送進(jìn)角為8°～15°（可調(diào)），輾軋角為15°（固定），軋輥距為90～300mm，導(dǎo)板距為90～320mm。

穿孔機(jī)組作為生產(chǎn)熱軋304不銹鋼管的四大主要設(shè)備之一，其功能是把加熱的實(shí)心鋼坯穿制成為空心毛管，高效性一直無可替代。穿孔機(jī)組主要的設(shè)備組成：入口臺(tái)、穿孔主機(jī)座、主傳動(dòng)裝置、出口臺(tái)一段、出口臺(tái)二段。

穿孔機(jī)組生產(chǎn)出毛管的壁厚精度對(duì)成品管的壁厚精度有著至關(guān)重要的影響，但后續(xù)的斜軋或縱軋等設(shè)備對(duì)毛管進(jìn)行加工時(shí)壁厚偏差改善有限。穿孔毛管的壁厚精度主要取決于穿孔主機(jī)的調(diào)整精度，后臺(tái)一段、二段與主機(jī)的直線度，穿孔頂桿的剛度等。穿孔機(jī)出口臺(tái)一段的主要作用就是對(duì)頂桿起夾持作用和對(duì)穿出毛管進(jìn)行導(dǎo)向。

在新生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中，該機(jī)組在生產(chǎn)大規(guī)格鋼管時(shí)，成品鋼管的質(zhì)量及尺寸公差一直能滿足產(chǎn)品的要求，但在生產(chǎn)小直徑規(guī)格的成品管尤其是100mm及以下的規(guī)格時(shí)，在交貨驗(yàn)收過程中測量發(fā)現(xiàn)部分鋼管壁厚不合格。具體表現(xiàn)為，成品304不銹鋼管經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)沿鋼管長度方向上有縱向壁厚不均勻的現(xiàn)象，且肉眼觀測無明顯差別。

對(duì)不合格成品鋼管測量數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，只有在生產(chǎn)最小規(guī)格的毛管時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)鋼管縱向壁厚不均增大的規(guī)律，最終確定造成偏差的原因在穿孔過程。

2壁厚不均的原因分析

從變形曲線來看，在生產(chǎn)椎127mm×12.7mm的車軸管時(shí)，鋼管壁厚上限13.17mm，下限11.47mm，平均壁厚12.35mm，最大壁厚偏差達(dá)到了9.69%，超出了成品管交貨要求。由圖1看出，在全長測厚曲線上，壁厚出現(xiàn)周期性的上下壁厚擴(kuò)張，曲線呈“波浪形”，造成產(chǎn)品很難修正。

2.1大軋輥軋制小直徑鋼管的影響

根據(jù)穿孔機(jī)軋制力理論得出基本計(jì)算公式：P=PF.式中：P為變形區(qū)的總軋制力，N；P為軋輥和管坯變形區(qū)總的平均單位壓力，N/mm2；F為軋輥和管坯的接觸總面積，mm2。穿孔機(jī)穿制毛管時(shí)，對(duì)于使用相同的壓下工藝參數(shù)，大軋輥和實(shí)心鋼坯的接觸面積更大，實(shí)際軋制力會(huì)相應(yīng)增大。軋制時(shí)，穿孔機(jī)頂頭所受軸向力[1]與軋制力的關(guān)系根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：Q=（0.3~0.4）P。穿孔機(jī)頂頭所受的軸向力最終通過頂桿傳遞給底座。由于使用大軋輥軋制小坯料產(chǎn)生軋制力增大會(huì)造成頂桿所承受的軸向力增大，會(huì)對(duì)穿孔時(shí)頂桿的穩(wěn)定性產(chǎn)生不良的影響。

2.2頂桿剛性的影響

穿孔機(jī)工作時(shí)，頂桿在工作過程中承受頂頭傳遞過來的壓力和扭轉(zhuǎn)力，在勻速穿孔過程中主要是壓力對(duì)頂桿的穩(wěn)定性造成影響。頂桿作為細(xì)長件受力，其剛性差會(huì)對(duì)整個(gè)穿孔過程毛管壁厚產(chǎn)生決定性影響，容易出現(xiàn)頂桿彎曲，造成穿孔偏心和毛管壁厚重復(fù)性不均勻。

2.3頂桿支撐穩(wěn)定性的影響

穿孔過程中，當(dāng)毛管從軋輥尾端軋出到達(dá)機(jī)內(nèi)三輥抱芯裝置抱輥小開導(dǎo)向時(shí)，頂桿懸臂突然增長，頂桿產(chǎn)生顫動(dòng)彎曲使頂頭不穩(wěn)定而造成鋼管一邊厚一邊薄。由于穿孔機(jī)軋制的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，使這一偏心逐漸調(diào)整到正常。隨著鋼管的前進(jìn)，到下一個(gè)三輥抱芯裝置小開導(dǎo)向時(shí)又會(huì)出現(xiàn)偏心，從而出現(xiàn)周期性的偏心。

3對(duì)應(yīng)措施

3.1降低軋制力

根據(jù)軋制力理論，盡量選取磨削后的小直徑的軋輥進(jìn)行穿孔，以便適當(dāng)降低穿孔機(jī)軋輥的軋制力，使頂桿受力減小，增加穿孔時(shí)穩(wěn)定性。

3.2增加頂管剛性

1）頂桿作為細(xì)長件，長度遠(yuǎn)大于截面高度，最大彎曲正應(yīng)力遠(yuǎn)大于彎曲切應(yīng)力。根據(jù)彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件滓max=MWZ≤[滓]，可知抗彎截面系數(shù)WZ越大，所能承受的壓力越高，越穩(wěn)定。表1列出通過增加頂桿直徑和壁厚，抗彎截面系數(shù)WZ=仔（D4-d4）32D的變化情況。

由表1可看出只增加頂桿壁厚，WZ增加不大，需要增加空心圓環(huán)截面的面積才能保證抗彎截面系數(shù)有效的增加。

2）彎曲變形還與材料的彈性模量E有關(guān)，E越大變形越小，雖然各種鋼材的彈性模量大致相同，但是根據(jù)穿孔實(shí)際情況，在高溫狀態(tài)下各種材料的強(qiáng)度還是有差異的。頂桿材質(zhì)可選用一些耐熱且強(qiáng)度高的材質(zhì)。頂桿常用材料有35CrMo、42CrMo、1Cr5Mo等，1Cr5Mo材料的耐熱強(qiáng)度比較好。目前頂桿使用的1Cr5Mo管料采用熱軋管不經(jīng)過熱處理直接制成頂桿的方式可保證其有足夠的強(qiáng)度。通過資料查詢及結(jié)合其他現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)確定采用1Cr5Mo做頂桿足夠好。對(duì)現(xiàn)場使用的1Cr5Mo頂桿的熱軋態(tài)和調(diào)制態(tài)進(jìn)行了對(duì)比檢測，結(jié)果見表2。

熱軋態(tài)材料性能明顯好于調(diào)制態(tài)試樣，現(xiàn)場頂桿繼續(xù)使用1Cr5Mo熱軋態(tài)材料。

3.3增加三輥推芯裝置，縮短支撐距離

穿孔過程中，頂桿作為受壓細(xì)長桿件，其懸臂長度對(duì)頂桿穩(wěn)定性起重要作用。穿孔機(jī)現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示，由于機(jī)內(nèi)三輥抱芯的更換機(jī)構(gòu)造成機(jī)內(nèi)三輥抱芯裝置和機(jī)外三輥抱芯裝置之間距離過大，當(dāng)毛管頭部到達(dá)三輥抱芯裝之前，抱輥由夾持狀態(tài)變?yōu)樗砷_導(dǎo)向，造成頂桿懸臂長度突然增長，使頂桿產(chǎn)生晃動(dòng)的程度加大，對(duì)毛管穩(wěn)定軋制產(chǎn)生影響。根據(jù)設(shè)備空間結(jié)構(gòu)在機(jī)內(nèi)三輥抱芯裝置后面增加一架三輥抱芯裝置，可縮短三輥抱芯裝置對(duì)頂桿的支撐距離，提高毛管穿孔過程中的穩(wěn)定性。

4結(jié)語

通過以上措施，從減小頂桿壓力、縮短頂桿支撐長度、增大頂桿界面、提高頂桿強(qiáng)度等方面入手提高穿孔過程的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高毛管的壁厚精度，改善后的鋼管壁厚精度（見圖3），鋼管壁厚精度提高到了約5%。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明增加抱芯裝置，選用合適的軋制工具，提高穿孔時(shí)頂桿穩(wěn)定性的改造是成功的。