13CR不锈钢毛管锥形穿孔生产工艺.pdf

年第晷 期 总 第日 毋 期 1 3 c r 不 锈 钢 毛 管 锥 形 穿 孔 生 产 工 艺 1 3 or 不锈钢毛管锥形穿孑 l 生产工艺 卢立锋 王君 国 高瑞全 ( 1 天津钢管集团股份有限公司 4 6 0大型钢管厂， 天津 3 0 0 3 0 1 ) ( 2 天津钢管集团股份有限公司 1 6 8 新型钢管厂， 天津 3 0 0 3 0 1 ) 摘要 介绍了利用锥形穿孔机生产 1 3 c r 不锈钢毛管生产中所遇到的工艺问题。在分析实物质量的基础上， 摸索出合理 的加热制度及穿孑 l t艺参数， 制定并实施了提高轧制工具寿命的措施， 确保毛管质量和生产效率的提高。 关键词不锈铜锥形辊穿孔机加热制度导盘 穿孔速度磨损 1 前 言 近几年随着高腐蚀油井的不断增加 ，不锈钢无缝 管的需求量日益增加。有数据显示， “ 从生产成本方面 考虑， 1 3 c r 马氏体不锈钢油井管在腐蚀环境下，比在 碳素钢油井管上涂用阻化剂进行防腐的费用要便宜的 多” 。因此 1 3 c r 马氏体不锈钢油管的需求量也 日益增 加 ， 以前大部分 由 日 本 、 德 国等 同进 口。 天津钢管公 司 1 6 8 新 型钢 管厂从 2 0 0 3年开始利 用锥形辊穿孔机试验生产 1 3 c r 钢钢管 ，至 2 0 0 6年初 已经能够批量生产。 本文就锥形辊穿孔机生产 1 3 c 马 氏体不锈钢油井管如何提高产品质量和生产效率 ， 从 管坯的加热制度 、 穿孔参数的最佳设定 、 轧制t具 的寿 命和润滑技术等方面探讨生产高质量的合金无缝管 的 t艺问题 。 2 轧制 1 3 c r 合金无缝管遇到的问题 轧制 1 3 c r 合金无缝管时， 根据统计 ， 钢管的内外 表面缺陷较轧制碳素钢时高出 1 0 倍左右 ， 这主要是合 金钢不易变形 ， 内外表面很容易产生缺陷。生产 中， 轧 制工具寿命明显缩短，而且轧制工具导盘和顶头容易 粘钢 、 磨损 ， 造成一部分 内外表 面缺 陷的产生 ， 所 以缺 陷率很高。见 图 1 、 2 。 图 1 外表面缺陷 ww w c h i t in c o m t j y j t j y j t o m ， j i - _ 图 2 内表面的缺陷 在 1 3 c r 高合金管坯进 行穿孔 时 ， 穿孔机的轧制 t具顶头 、 导盘的寿命明显降低 ， 轧制碳 素钢时导盘的 平均寿命可以达到 3 5 4 万只，而轧制 1 3 c r 合金管 坯 1 0 0 支左右导盘表面容易出现划伤 如图 3 。轧制碳 素钢时顶头的平均寿命可以达到 2 0 0支左右 ，轧制 1 3 c r 高合金管顶头的寿命只能轧制 1 支表面出现粘 钢和磨损 ， 如图 4 ， 生产 过程 中频 繁的更换 工具一项 ， 就大大的降低了生产效率。 图 3 导盘表面磨损 天沸 幺 室 年第 期 总 第日 毋 期 图 4 顶头 表 面粘 钢 3 轧制 1 3 cr 合金管的技术 3 1 开发 1 3 c r 管坯的加热制度 在穿孔温度达到 1 2 0 o c lc 以上的高温情况下， 经 计算 1 3 c r 合金钢的变形抗力达到 6 0 m p a ，是轧制碳 素钢的1 5 倍， 因为通常变形抗力是随着温度的提高而 降低的， 所以人们都希望把管坯的加热温度提得更高 些， 以确保轧制过程的稳定性。根据 f e c c r 三元合 金相图，1 3 c r 合金钢在 1 2 8 0以上时，析出 8 铁素 体 ， 产生晶界熔化引起变形抗力明显降低 ， 在轧制过 程容易产生内表面缺陷， 加热温度过低 ， 又容易造成 咬入 困难 或尾 端 轧 卡 的情 况 。加 热 过 程 要 注 意 在 8 5 0 以下缓慢加热 ，即管坯在 预热段 加热速度放慢 ， 使温度沿整个金属坯料轴向均匀分布，超过 8 5 0 q c 以 后可快速加热至加工温度。根据资料显示， 穿孔过程 的温升 因轧辊 的速度不 同而 异 ，一 般在 5 0 7 0， 结合 f e c c r 三元合金相图和生产的实践 ， 考虑轧制 过程的温升， 开发了 1 3 c r 合金管坯的加热制度( 在炉 时间不能小于 1 5 0 m i n ) 。 生产过程中 ， 由于设备等原因会造成生产停机 ， 加 热炉的待轧降温很重要 ，停产时间超过 3 0 m i n以上， 根据生产经验开轧时将出炉温度降低 3 0 5 o， 可 以避免轧辊 、 导盘的粘钢 ， 减少轧卡 出现 。 由于 1 3 c r 的 合金成分较高 ， 热传导性相对差些 ， 在升温的过程中， 管坯的加热主要依靠能量的热辐射 ， 造成 1 3 c r 管坯的 外表 能量 的聚集 ， 形成 管坯 的 内外 温差较 大 ， 轧制过 程中外表面较软摩擦力降低滑移增大容易造成轧辊 、 导盘粘钢和前卡工艺事故。停机后开始生产前将出炉 温度降低 3 0 5 0， 依靠 1 3 c r 管坯 自身的热传导， 可以降低管坯内外温差， 减少轧辊 、 导盘的粘钢 、 轧卡 的频次 。 3 2穿孔轧制参数的设 定 、 )1 w c nq m c o t j y j t j y j c o rn 狄舍尔锥形辊穿孔机示意 图如图 5 所示 ，为 了得 到一定 尺寸 的外径 ( d h ) 、 壁厚 ( s ) 的毛管 ， 就应将 轧 辊距离( e ) 、 导盘距离( a) 、 顶头前伸量( l m ) 、 顶头直 径 ( o d ) 结合一起调整 ， 如果设定不 当 ， 很容易引起 内 外 表面缺陷和壁厚不均 问题 ， 而且还容易诱发 轧卡等 故障。生产中， 要从提高穿孑 l 质量和稳定性两方面考 虑 ，使穿孔机各参数组合达到最佳状态是非常重要 的 d b 一 管坯直径 d h 一 毛管外径 s 一 毛管壁 厚a 一 导盘距离 e 一 轧辊距离 d d 一 顶头直径 l d l 一 顶头前伸量 x 一管坯接触轧辊到顶头前端 的距离 图 5 锥形辊穿孑 l 机的示意图 根据资料 ，当钢坯咬入位置到顶头前端的距离 ( x) 和 管坯直径 ( d b ) 之 比小于 0 6时 ， 内表 面裂 纹缺 陷的发生率就较低 。如果 x过大 ， 管坯从 咬入到顶头 前 空转 的次数增加 ， 同时还要 保证 导盘不 粘钢 、 不发 生轧卡。 ) ( d要大于 0 4 ， 在生产 1 3 c r 合金管过程中保 证 0 4 d b 0 6范围内 ( 穿孔的顶前压下率控制在 4 6 5 ) ， 生产排产时最佳阶段是穿孔轧辊寿命在生 产碳素钢 1 0 0 0 6 0 0 0支左右生产 1 3 c r 合金管， 如果 穿孔 轧辊的寿命超过 1 万 只 ，就不 能保 证 0 4 x d b 0 6 范 围内， 造成 内表面的缺 陷和咬入不好的钢管数 量 增 多。 根据生 产实践得 出导盘距离( a) 和轧辊辊距 ( e ) 比值控制在 1 0 7 1 1 5 范围内， 薄壁管取下 限， 厚壁管 取上限。生产过程 me的比值过大， 椭圆度增大， 穿孔 过程的附加变形增大，会导致内表面的缺陷产生， 如 图2 ； a ， e的比值过小， 导盘容易粘钢， 结果造成外表面 的缺陷增加 。 4穿子 l 速度 的设定 穿孔机的轧辊速度的控制对防止内表面缺陷， 抑 制轧件的发热量是很重要的 ， 即： 控制穿孑 l 变形速度 是非 常重要的 ， 变形速度越 快 ， 轧件 的发热 量增加 ， 在 穿孔的过程中 1 3 c r 合金管析出 6 铁素体 ， 造成内表面 缺陷的增加和轧制工具的磨损。生产实践证明轧辊的 年第晷 期 总 第 毋 期 1 3 c r 不 锈 钢 毛 管 锥 形 穿 孔 生 产 工 艺 线速度分别 为 5 5 i t 1 s 和 3 0 i t 1 s 时 ， 速度 5 5 m s内表 面缺陷 的比速度 3 0 r n s 增加 1 5倍 。轧 制 同规格 1 3 c r 合金管时 ， 1 3 c r 毛管的长度减少到碳素钢毛管的 2 3 ， 可以提高顶头的寿命和钢管的内表面的质量 。 穿孔导盘的速度设定 ，外方提供的数据是导盘的 线速度是轧件速度的 l 3 倍 ， 导盘和轧件 的线 速度接 近容易造成导盘粘钢 ， 导盘 电机 的扭矩和导盘 速度成 正 比， 导盘速度过快会造成导盘 电机扭矩增 大 。根据 导盘 电机 的容量 ， 同时避免 导盘粘 钢 ， 导 盘线速度 的 最佳值是轧件速度 的 2 0 2 5 倍 。 5 轧制工具 5 1 导盘 的粘铜 问题 见图 6 。 6 导 盘 粘 钢 图 6 是穿孔机轧制 1 3 c r 时导盘表面粘钢 的情况 ， 依靠管坯表面的氧化膜就能 阻止导盘的粘钢 ， 轧制 1 3 c r 与碳素钢相比， 不但 1 3 c r 管坯的氧化膜较薄， 而且 热变形阻力很大 ， 所 以对导盘产生 的反作用 力也是很 大 ， 这样就很容易在导盘 的表 面出现粘钢 。要想解决 导盘粘钢 ， 考虑导盘和轧件 的速度及弥补管 坯氧化膜 破坏 的问题 ， 开发 了导盘润滑剂 。导盘润滑 剂降低 了 轧辊和管坯之间的摩擦 ， 同时也减少 了环境 污染 。导 盘润滑采用 的是弱碱性润滑剂 ，润 滑后 的导盘如 图 7 所示。 图 7润滑后的导盘 ww w c h i t j m t o m t j y j t j y j t o m 5 2顶 头 的磨 损 生产过程出现顶头磨损、 粘钢( 如图 4 ) 、 掉肉的情 况， 这样生产过程肯定在钢管的内表面产生缺陷。 1 3 c r 变形抗力很大 ， 顶头磨损严重， 顶头的磨损问题结合 某顶头厂对顶头 的成分进行 了修 改 ， 添加 了钴 ( c o ) 元 素提高顶头表面的硬度 ( 生产 中要注意冷却水的控 制 ， 该顶头容易裂 ) ， 现在 的顶头可以轧制 1 0支毛管左 右 。同时降低顶头的温 升 ， 减少管坯 的投料长度 ， 减少 穿孔 的纯轧 时间 ，对改善钢管 内表 面质量 作用很大 。 顶头粘 钢 的原 因初步分 析认 为管坯尾 部 的定心 孔 的 形状造成的， 没有定心孔尾部很容易穿破。结合试验， 将 以前 的 5 0 m mx 5 0 m m的 圆柱形 定 心孔 改 为 5 0 m in x 5 0 m m 的圆锥形定心孔 ， 基本消除了轧制 1 3 c r 时 顶头的粘钢 问题。 6结论 6 1 在生产 1 3 c r 合金无缝钢管 中生产过程本稳定 ， 加热制度是 关键 ， 试验 出 r 1 3 c r 的加热制度 ， 降低 了内表面的缺陷， 同时较大地降低了设备的负荷。 6 _ 2 提高不锈钢的生产作业率和降低成本， 必须控制 轧制丁具的磨损 ， 开发了导盘的润滑剂 ， 结合顶头厂 家对顶头 的成分 经行 了改进 ，生产作业 率也提 高了 3 0 左右 ， 但是轧制工具( 导盘 、 顶头 ) 的寿命还有待进 一 步的研究 ， 提高轧制工具的寿命， 降低 1 3 c r 钢管 的生产成本 。 ( 收稿2 0 0 8 8 2 责编赵实呜 ) 参考文献 1 】 王克智， 张维静 斜 轧穿孑 l 顶 头表 面粘钢探 讨 j 钢 管 ， 1 9 9 5 ，