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热轧无缝钢管的管坯穿孔简介

穿孔是热轧无缝钢管变形的第一道工序,其作用是将实心管坯穿成空心毛管。由于穿成的毛管表面缺陷或偏心(壁厚不均)在过后的变形工序中很难消除或减轻,因此,穿孔毛管的质量对热轧无缝钢管的质量有着极为重要的影响。管坯穿孔方式有压力冲孔、推轧穿孔和斜轧穿孔。 

1 压力冲孔 

压力冲孔是将加热的方坯或波浪形钢锭装入圆形模中,然后用压力机驱动冲头在管坯中心部分冲出内孔。一般所冲内孔的面积相当或稍大于坯料与圆形模的间隙,因而变形量很小,延伸系数一般不超过1.1。 

2 推轧穿孔 

推轧穿孔可以看成是压力冲孔的一种改进形式,即把压力冲孔时的固定圆模改成带圆形孔型的1对轧辊,轧辊由电机驱动。当轧辊旋转将管坯咬入孔型并轧制时,固定在孔型中心位置的冲头便将其穿透成中空的毛管。为了推动轧制,在坯料的尾端需增加一个后推力,因此叫做推轧穿孔。

推轧穿孔是在当时圆连铸工艺尚不成熟,需采用方连铸坯进行穿孔轧管的一种方法,虽然比压力冲孔有了较大改进,但变形量仍然小,所以毛管短且厚,尤其容易产生较大的壁厚不均。因此,在穿孔之后,需要设置斜轧延伸机,以减薄毛管壁厚及延伸毛管长度,并减小毛管壁厚不均程度,但随着圆连铸坯工艺日臻成熟,该方式已逐渐被斜轧穿孔取代。 

3 斜轧穿孔 

斜轧穿孔是基于圆管坯被2个相互倾斜同向旋转的轧辊咬入并螺旋前进,通过由轧辊、导板(或导辊、导盘)和顶头所构成的孔型将管坯穿成中空的毛管。

实际上,圆管坯被轧辊咬入、旋转并压缩变形螺旋前进,在与顶头接触前,管坯的中心区在拉、压应力反复作用下的塑性变形逐渐发展成疏松,随着疏松的逐渐加重将导致中心破裂而形成“孔腔”(又称“横锻效应”)。因此,需将顶头前端调整在管坯出现疏松而未形成“孔腔”的位置,此时穿孔力能消耗低,工具磨损少,穿出的毛管质量好。如果管坯在已形成“孔腔”后才与顶头接触变形,则很容易在毛管的内孔形成“内折”。 

二辊斜轧穿孔是德国曼内斯曼兄弟于1885年发明,并经后人的多次改进与完善,发展至今,斜轧穿孔已成为热轧无缝钢管生产最主要的穿孔方式。


斜轧穿孔机的类型:斜轧穿孔机按轧辊数目可分为二辊斜轧穿孔机和三辊斜轧穿孔机。 

三辊斜轧穿孔机由于孔型封闭性差,穿孔薄壁管时容易形成尾三角,因而仅局限于生产中厚壁钢管的机组中,如三辊轧机。

二辊斜轧穿孔机按轧辊形状可分为盘式穿孔机、锥形辊穿孔机和桶式或曼式穿孔机。其区别在于其轧辊轴线与轧制中心线的倾角不同,由此造成在变形运动学上的较大差异。

导板、导辊和导盘都是二辊穿孔机的导向装置,其中导板为固定,导辊为隋辊,导盘由马达驱动旋转。它们不仅对穿孔毛管变形过程起到导向,保持毛管中心及轧制稳定的作用,同时也起到限制毛管横向变形的作用。导板、导辊和导盘与轧辊顶头一起组成封闭性穿孔孔型。


导板对于孔型封闭性来讲是最好的,适合于穿孔薄壁管,但导板磨损快,穿孔负荷高,在二辊斜轧穿孔机中应用最为普遍。

导辊与导板的特点相反,磨损小,穿孔负荷较低,但由于封闭性差,仅限于穿孔大口径、厚壁毛管。1932年狄塞尔(Diescher)将导盘引入斜轧延伸机(又称狄塞尔轧管机),而后在二辊斜轧穿孔机中应用。


导盘具有以下特点。

(1)由于导盘主动旋转,增加了对毛管的轴向拉力,从而增加了毛管的轴向速度,提高了穿孔效率;

(2)导盘旋转与毛管表面相对滚动,改善了毛管表面质量,因此,导盘具有较高的使用寿命,也减少了换工具的时间; 

(3)导盘相对导板对孔型的封闭性较差,特别是穿孔壁厚较薄的毛管时,金属容易挤入辊缝而产生划伤,链带或破尾。因而导盘穿孔机的延伸率不宜太大; 

(4)增加了设备构件及重量;

(5)孔型调整相对复杂一些。 


补充:

轧管所用主要管坯一般为钢锭、电渣锭和连铸坯或锻坯、轧制坯及高心浇铸的空心坯。 

周期轧管机组所用坯料一般为钢锭、电渣锭和连铸坯。钢锭形状有方形、方波浪形、多边形(包括八边、十二边)、圆形等。精轧管机组、连轧管机组常采用连铸圆管坯。 

管坯不得有裂纹,表面气泡、皮下气泡、翻皮、飞边、严重结疤等缺陷 


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