改善荒管头部直线状壁厚不均匀的方法与流程

本发明涉及钢管制备技术领域，特别涉及一种改善荒管头部直线状壁厚不均匀的方法。

背景技术：

目前比较先进的连轧管机组热轧生产切头切尾损耗约为4％；其中切头约占60％(切头损耗约为2.4％)；切尾占约40％(切尾损耗约为1.6％)。切头切尾是切去钢管几何尺寸达不到成品钢管尺寸精度要求的头和尾部分。

经现场检测切头长度长是因为钢管头部直线状壁厚不均匀，壁厚超正负公差而不得不切掉，为什么会出现这种情况呢？具体见下面叙述(注：本文以荒管先从连轧管机轧制出来的那一端定义为钢管的头部)。

热轧无缝钢管连轧管机组生产工艺流程如图8。

在热轧无缝钢管生产过程中主要变形工序为穿孔、连轧、减径三道工序。

穿孔：将实心的管坯变为空心的毛管，可以理解为定型，既将轧件断面定为圆环状，其设备被称为穿孔机。穿孔作为金属变形的第一道工序，穿出的管子壁厚较厚、长度较短、内外表面质量较差，因此叫做毛管。对壁厚精度而言穿孔工序产生毛管壁厚精度尺寸超差主要是螺旋状壁厚不均，如果在毛管上存在缺陷，经过后面的工序很难消除或减轻。所以在钢管生产中穿孔工序起着重要作用。

目前国内连轧管机组装备的基本上是锥形辊斜轧穿孔机。穿孔机两个轧辊是同一方向旋转，且轧辊轴相对轧制轴线倾斜，相交一个角度称作前进角(或喂入角)。当管坯送入轧辊中，靠轧辊和金属之间的摩擦力作用，轧辊带动管坯 反向旋转，管坯边旋转边前进，即管坯螺旋前进，经过一对轧辊、一对导板(或导盘)和一个顶头所组成的穿孔机孔型变形区后，实心管坯就被穿成了空心毛管。由于前进角(或喂入角)的存在，管坯-毛管在旋转的同时向轴向移动，在变形区中管坯-毛管上每一点都是螺旋运动，即一边旋转，一边前进。因穿孔机此工艺特点--穿后毛管10的头部都会存在一定程度的斜口11(见图1)，延伸率越大所产生的斜口越斜。

轧管：将厚壁的毛管变为薄壁(接近成品壁厚)的荒管，可以视其为定壁，即根据后续工序的减径量和经验公式确定本工序荒管的壁厚值，该设备被称为轧管机(连轧机)。对壁厚精度尺寸而言，连轧工序产生荒管壁厚精度尺寸超差一般是直线状壁厚不均，如果在荒管上存在缺陷，经过后面的工序也很难消除或减轻，因此在钢管生产中连轧工序也起着重要作用。

钢管连轧是一个由毛管和芯棒一起在多个机架中运动的过程，钢管的变形和运动同时受轧辊和芯棒的共同作用。芯棒可以是自由浮动式的，也就是全靠金属带动向前运动；也可以是限动式的，也就是给予芯棒一个运动速度，限制其自由运动。将芯棒插入毛管一起送入连轧机进行连续轧制，毛管在连轧机中纵向碾压拉伸变形延伸，在轧制过程中芯棒径向是浮动的。目前国内连轧管机组主要装备的一个是：两辊限动芯棒连轧管机组(Multi-stand Pipe Mill，简称MPM)9套。MPM连续轧管机组通常是由5-8个机架顺列布置的两辊式单孔型轧管机。孔型采用比普通连轧管机开口角稍小的封闭式圆孔型(带狐形开口)。通常每个机架轧辊中心线与水平面呈45度，相邻机架互为90度交叉布置。另一个是：三辊限动芯棒连轧管机组(Premium Quality Finishing，简称PQF)19套。PQF连轧管机组通常是由5～8个机架顺列布置的三辊式单孔型轧管机。孔型采用三辊封闭式孔型设计。三个轧辊互成120度角，前后机架轧辊互成60度布置。

减径：大圆变小圆，可以视其为定径，相应的设备为减径机，其主要作用是消除前道工序轧制过程中造成的荒管外径不一(同一支或同一批)，以提高热轧成品管的外径精度和真圆度。减径工序是用无芯棒连轧方法对荒管外圆进行加工，减小钢管直径并进行延伸。减径机是使大管径的荒管缩到外径、壁厚 热尺寸达到精度要求的钢管，一般由12～24架组成。

目前国内连轧管机组装备配套的基本上是三辊式张力减径机，最大减径率可达80％，最大减壁率可达44％。张力减径机有两端增厚的缺点，荒管经过减径机后，钢管头、尾会产生增厚端，主要原因是轧件两端总有相当于机架间距的一段长度，一直都是在无张力状态下减径。图2a至图2c是以五机架减径时为例绘制的头尾增厚端图，从图上可以看出荒管20经过1号机架31、2号机架32、3号机架33、4号机架34、5号机架35减径后头、尾增厚端21、22的长度L1、L2是一样长的；均为一个机架间距长度X的荒管20经过1号机架31、2号机架32、3号机架33、4号机架34、5号机架35减径后的长度(即一个机架间距长度X加上一个机架间距长度X的荒管经1号到5号机架减径后的延伸长度Y)。如来料荒管壁厚均匀经过减径工序后是不会造成钢管头部出现直线状壁厚不均，有张力的情况下等比例减壁，无张力的情况下等比例增壁。

由于毛管40头部的斜口41造成轧机轧制咬钢时(见图3a和图3b)各轧辊51、52工况不一样，先接触毛管40的斜口41的轧辊51与毛管40的接触面积大，后接触毛管40的斜口42的轧辊52与毛管40的接触面积小，由于芯棒60是浮动的在轧制时接触面积大的地方变形小，接触面积小的地方变形大，从而使荒管40a前端部壁厚产生直线状壁厚不均。咬钢后虽各轧辊的轧制工况一致了，产生单边后是不能突变的，需要有一段轧制过程才能遂渐归中消除单边(见图4)。

综上所叙分析，原因是穿后毛管头部有不同程度的斜口，进入连轧机进行轧制时，轧辊咬钢时各轧辊的工况不一样造成荒管头部有一段直线状壁厚不匀，这样的直线状壁厚不匀经过减径后是不能消除的，要解决这个问题需要采取措施。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术所存在的不足而提供一种改善荒管头部直线状壁厚不均匀的方法，以避免荒管头部产生直线状壁厚不均，减少切头损耗，使钢管生产的金属消耗下降提高成材率，降低成本提高效 益。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

改善荒管头部直线状壁厚不均匀的方法，其特征是在毛管进入连轧机前采取缩口工序对毛管头部进行缩口，使轧机咬钢轧制时各轧辊的工况一致以避免荒管头部产生直线状壁厚不均，减少切头损耗。

由于采用了如下的技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下优点：

采取措施后可以使切头消耗基本上和切尾消耗一样，这样以来可降低金属消耗约为0.7％左右％；

全流程(从废钢-冶炼-管坯-钢管)钢管生产的钢管和废钢的差价按2000元/t计；

全流程钢管生产能耗按600kg标煤/t计；

一个年产量50万吨的连轧管机组一年：

经济效益为：50*0.7％*2000＝700万元

少燃耗标煤为：50*0.7％*0.6＝0.21万吨(环保效益：少向大气排放二氧化碳、硫、粉尘等)

我国自1985年建成首套φ140mm全浮动芯棒连轧管机组以来，截至2013年，我国已有连轧管机组30套，其中引进机组21套，占比为70％；国产9套，占比为30％。现有连轧管机组的设计生产能力达1478万吨。如此技术在全国推广开将会产生很大的经济效益和社会效益(环保)。

附图说明

图1为现有进入连轧机前的穿后毛管头部结构示意图。

图2a为以五机架为例的现有钢管减径示意图。

图2b为以五机架为例现有钢管减径后的钢管头部增厚端结构示意图。

图2c为以五机架为例现有钢管减径后的钢管尾部增厚端结构示意图。

图3a为现有毛管在轧机刚咬钢轧制时的示意图。

图3b为图3a的A-A剖视图。

图4为现有毛管轧制过程示意图及轧制后荒管头部效果示意图。

图5为本发明缩口后的毛管结构示意图。

图6为本发明缩口后的毛管在轧机咬钢前的示意图(毛管与轧辊刚接触时)。

图7为本发明缩口后的毛管轧制过程示意图及轧制后荒管头部效果示意图。

图8是热轧无缝钢管连轧管机组生产工艺流程图。

具体实施方式

参见图5和图6，本发明的改善荒管头部直线状壁厚不均匀的方法，是在毛管100进入连轧机前采取缩口工序对毛管头部110进行缩口，使轧机咬钢轧制时各轧辊210、220的工况一致以避免荒管头部产生直线状壁厚不均，减少切头损耗。

图5和图6中的300为芯棒。

参见图7，本发明缩口后的毛管100经轧制后的荒管400的头部410壁厚均匀度有很大改善(与图4比较)，减少了钢管头部裁切量。

本发明不改变其它的现有钢管轧制工艺。