冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件

1、第五章 毛管軋制第五章 毛管軋制毛管軋制管坯穿孔毛管軋制管坯穿孔冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件毛管軋制：熱軋無縫鋼管的主要變形工序減壁：使毛管壁厚接近/達到成品管壁厚，S；減徑：減少外徑D；消除毛管的縱向壁厚不均、提高荒管內(nèi)外表面質(zhì)量、控制荒管外徑和真圓度。軋管方法如下圖所示：其中斜軋法軋管的工藝設(shè)備和變形基本上與斜軋穿孔/延伸相似，故本章主要討論毛管縱軋。毛管軋制：熱軋無縫鋼管的主要變形工序冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件5.1自動軋管機及其軋管過程瑞士人1903年發(fā)明第一套5.1自動軋管機及其軋管過程2.自動軋管機軋管過程結(jié)構(gòu)：工作機座為二輥不可逆式縱軋機

2、；在工作輥后設(shè)置一對高速反向旋軋的回送輥；快速升降機構(gòu)（上工作輥、下回送輥）：軋后的荒管回送到前臺圖54：環(huán)形孔型：圓孔型（25個）軋輥錐形/球形頂頭。毛管軋制：兩道次（低于950會軋破）變形量的分配由兩道頂頭的直徑來調(diào)整。2.自動軋管機軋管過程自動軋管機軋管過程過程：第一道后快速提升上工作輥：打開孔型 快速提升下回送輥（4080mm）：夾持軋后荒管，將其快速回送到軋管機前臺，并翻轉(zhuǎn)90工作輥恢復(fù)到原位，回送輥恢復(fù)到打開位置第二道軋制再回送到前臺翻料裝置移出軋制線均整第二道次作用：消除第一道次的壁厚不均，特別是輥縫部位，需要翻鋼再軋，還有就是消除螺旋 。第一道：1.31.8；第二道：1.051

3、.25自動軋管機軋管過程過程：第一道后快速提升上工作輥：打開孔型冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件高Cr鑄鐵高Cr鑄鐵3.自動軋管變形過程a.變形區(qū)組成：減徑區(qū)l1（軋管準備區(qū)）：軋輥咬入毛管（一次咬入）接觸頂頭為止；減壁區(qū)l2：頂頭穿入毛管（二次咬入）外表脫離軋輥為止。b.軋管變形過程：根據(jù)變形特點分為三個階段壓扁變形階段：減徑區(qū)四點接觸高向壓縮、橫向?qū)挾取?.自動軋管變形過程減徑變形階段：壁厚：特別是開口處大減壁變形階段：開始接觸頂頭！輥型和頂頭組成的環(huán)狀間隙為什么自動軋管機壁厚不均？孔型開口處變形小，壁較厚，且受附加軸向拉應(yīng)力的作用（橫裂）；而孔型頂部變形大，壁較薄導(dǎo)致橫向

4、壁厚不均。設(shè)置均整工序： 壁厚不均穿孔后：1820；軋管第一道后：5060；第二道后：20左右；均整后：812。減徑變形階段：冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件ba（aDm）ba（aDm）為什么ba？孔型?。簬?cè)壁開口的圓孔型或橢圓孔型，其ba。a的作用：壓下使鋼管延伸，因此，aDm 。b的作用（孔型側(cè)壁） ：主要是保證毛管的正常咬入，同時有橫向?qū)捳沟挠嗟?，防止產(chǎn)生耳子和劃傷毛管。如果采用正圓孔型，即沒有側(cè)壁， ba ，則b Dm ，無法被孔型咬入，會啃傷毛管。b ，橢圓度：易咬入、防耳子；但增加壁厚不均。延伸小可采用小橢圓度。為什么ba？孔型?。簬?cè)壁開口的圓孔型或橢圓孔型，其

5、b冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件10.軋管機工具材質(zhì)工作輥-鑄鐵：無限冷硬鑄鐵、球墨鑄鐵、冷硬球墨鑄鐵回送輥-鍛鋼：退火后的中碳鍛鋼f、回送頂頭-鑄鋼：Cr32Ni5、Cr15Ni2等鎳鉻鑄鋼10.軋管機工具材質(zhì)冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件變形過程：變形量小、變形區(qū)長 主要改善質(zhì)量減徑區(qū)：短、咬入荒管；減壁區(qū)：軋輥軸線與軋制線傾斜，內(nèi)表面與頂頭表面間隙逐漸減小壓縮壁厚；輾軋區(qū)：精整管壁；歸圓區(qū)：圓正荒管變形過程：變形量小、變形區(qū)長冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件5.3 連續(xù)式軋管機毛管套在長心棒上，多機架順次排列，且軋輥互錯90。MM（Ma

6、ndrel Mill）連軋管機：心棒隨同管子自由運動浮動芯棒MPM（MultiStand Pipe Mill）：心棒限動、速度可控限動芯棒5.3 連續(xù)式軋管機冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件限動芯棒連軋管機 MPM=Multi-Stand Pipe Mill中國第一套限動芯棒連軋管機組，引進自意大利，于1992年在天津鋼管集團股份有限公司投產(chǎn)。經(jīng)技術(shù)改造，天津鋼管集團的250mm限動芯棒連軋管機組已經(jīng)由設(shè)計年產(chǎn)能力50萬噸，擴大到現(xiàn)在的年產(chǎn)能力100萬噸。限動芯棒連軋管機 MPM=Multi-Stand Pipe 限動芯棒連軋管機是在浮動芯棒連軋管機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。限動芯棒連軋管機于20世紀60年

7、代中期進行了工藝試驗并獲得了可喜的成果。1978年世界上第一套限動芯棒連軋管機在意大利達爾明鋼管廠建成投產(chǎn)，將連軋管工藝發(fā)展到了一個新的水準。限動芯棒連軋管機是在浮動芯棒連軋管機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。限動芯棒連軋管機在整個軋制過程中對芯棒的運行加以控制，使其以設(shè)定的恒定速度前進，軋制過程結(jié)束時，由脫管機將荒管與芯棒分離后，荒管被移送到下道工序進一步加工；芯棒則返回，撥出軋制線后，冷卻、潤滑后循環(huán)使用。MPM使得鋼管壁厚偏差得到改善，工具、能耗有所降低，將連軋管機軋制鋼管的最大外徑由194mm擴大到426mm。限動芯棒連軋管機在整個軋制過程中對芯棒的運行加以控制，使其以MPM一經(jīng)問世，因其在技術(shù)、

8、產(chǎn)量、質(zhì)量、自動化和勞動生產(chǎn)率等諸方面的突出優(yōu)勢，引起了無縫鋼管界的廣泛關(guān)注并得到認同和推崇，目前已使其在除大洋州以外的五大洲得以迅速的推廣應(yīng)用；特別是1978年到1992年間的前15年，受當(dāng)時石油產(chǎn)業(yè)對油井管需求旺盛的影響，促使了MPM技術(shù)的飛速發(fā)展，相繼建成投產(chǎn)了10套限動芯棒連軋管機組，從第二套到第十套僅用了10年的時間。 MPM一經(jīng)問世，因其在技術(shù)、產(chǎn)量、質(zhì)量、自動化和勞動生產(chǎn)率等序號 機組名稱 廠名 國家 投產(chǎn)年份 設(shè)計年產(chǎn)量（/萬噸） 成品管規(guī)格D X S(mm) 機架數(shù) 365mm 達爾明廠 意大利 1978 50 159365X3.525 8 245mm 京濱廠 日本 1983

9、 60 114245X4.540 8 273mm 坦姆薩廠 墨西哥 1983 60 114273X4.540 7 245mm 費爾菲爾 美國 1983 60 89245X5.432 7 245mm 北方星鋼廠 美國 1987 30 114245 7 245mm 阿爾戈馬廠 加拿大 1986 30 48178X3.632 7 245mm 希德爾卡廠 阿根廷 1988 35 140273X4.535 6 245mm 西多廠 委內(nèi)瑞拉 1990 114245X4.535 426mm 伏爾加鋼管廠 俄羅斯 1990 72 114245X4.535159426X6.035.0 7 250mm 天津鋼管集

10、團 中國 1992 50 114273X4.535 7序號 機組名稱 廠名 國家 投產(chǎn)年份 設(shè)計年產(chǎn)量（/萬噸） 限動芯棒連軋管機（MPM機組）是二十世紀末期世界上最先進的軋管工藝。自從2003年，天津鋼管集團股份有限公司投產(chǎn)了世界上第一套PQF（三輥限動芯棒連軋管機）機組后，PQF已經(jīng)取代了MPM的位置，成為了世界上對先進軋管工藝的代名詞。MPM連軋管機在PQF出現(xiàn)以前，都是兩輥式的，即由兩個軋輥為一組組成孔型, 兩個軋輥相互平行，相鄰兩個孔型的輥縫相錯90； PQF為三輥式的，即由三個軋輥為一組構(gòu)成孔型，三個軋輥互成120，相鄰兩個孔型的輥縫相錯60；使上一架孔型的槽底對應(yīng)下一架孔型的槽頂

11、。限動芯棒連軋管機（MPM機組）是二十世紀末期世界上最先進的軋1.MM軋管機組特點結(jié)構(gòu)：89架二輥式軋機，軋輥軸線與地面成45 ，相鄰機架軋輥軸線互相垂直，機架采用高剛度的預(yù)應(yīng)力軋機直流電機單獨傳動，提高軋機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)響應(yīng)度后配有現(xiàn)代張力減徑機新的電控技術(shù)1.MM軋管機組特點結(jié)構(gòu)：89架二輥式軋機，軋輥軸線與地冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件優(yōu)點：生產(chǎn)率高，達75萬噸；鋼管質(zhì)量及尺寸精度高；可軋長33m長的荒管，減徑后可達165m；變形量大，z可達5，可軋厚壁毛管，減小穿孔變形量；自動化程度高；成本低，消耗低，折舊費小，適合生產(chǎn)小口徑無縫鋼管缺點：一次投資費用大大直徑心棒加工、儲存及維修難，168mm以

12、下小口徑管不適合生產(chǎn)高合金鋼管脫棒問題：不適合太薄、太厚、太長的鋼管生產(chǎn)優(yōu)點：2.MM軋管軋制特點變形特點：壁厚均勻（后一架消除前一架） 每架軋制： 孔型頂部：受壓軸向延伸、 圓周橫向?qū)捳梗?孔型側(cè)壁：不接觸心棒受孔 型頂部軸向延伸的附加拉壓力 作用軸向延伸、周向拉縮 故：頂部金屬寬展與側(cè)壁金屬的拉縮保持一定關(guān)系時，孔型正常充滿。2.MM軋管軋制特點根據(jù)塑性理論： 孔型才正常充滿過充滿：耳子、飛翅欠充滿：使荒管斷面呈四角/八角形隨后機架也會過充滿（連鎖反應(yīng)）最佳：根據(jù)塑性理論： 3.MM運動特點心棒：軸向僅受軋件摩擦力作用，處于全浮動狀態(tài)。金屬速度逐架升高，而芯棒為剛體，某一時刻只有一個速度，

13、芯棒速度Vt各架金屬速度的平均值，為中性面a.入口中性面：金屬速度心棒速度金屬后滑b.中性面出口：前滑3.MM運動特點冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件連軋管機軋管過程：1.咬入階段：毛管依次進入各架軋機建立連軋過程，心棒運動速度、中性面位置隨各架咬入跳躍性地增大。2.穩(wěn)定軋制階段：連軋過程建立、心棒速度及中性面處于某一穩(wěn)定位置。3.拋鋼階段：毛管尾端逐架離開，金屬平均速度、心棒運動速度跳躍性增加，中性面向出口側(cè)移動。連軋管機軋管過程：金屬與心棒相對滑動，心棒長度方向上摩擦力分布不一，對金屬變形有以下影響：1.使金屬內(nèi)表面受切向應(yīng)力作用，利于延伸，毛管橫截面，但不均勻。2.摩擦力

14、使金屬向心棒中性面移動，使該截面面積增加。3.心棒中性面：，摩擦力使壓應(yīng)力軋制力軋機彈跳軋后斷面；中性面兩側(cè)：相對滑動軋制力 軋機彈跳 軋后斷面。4.竹節(jié)缺陷怎樣產(chǎn)生的？金屬與心棒相對滑動，心棒長度方向上摩擦力分布不一，對金屬變形結(jié)論心棒中性面處軋件斷面大設(shè)定值。1.穩(wěn)定軋制：毛管各截面通過心棒中性面的機率相同軋后荒管斷面尺寸一致。2.咬入、拋鋼階段：心棒中性面位置變化，毛管各截面通過中性面的幾率不同幾率大的截面軋后斷面尺寸大（壁厚與外徑大）連軋管時出“竹節(jié)”缺陷。結(jié)論1.德國和日本：管端增厚電控技術(shù)，一套附加電控裝置，使前三架動態(tài)校準，使各架管子出口速度不變，減輕了“竹節(jié)”。2.前蘇聯(lián)：機械

15、方法控制荒管頭尾增厚，當(dāng)管子通過頭尾倒數(shù)2-3架時，臨時加大壓下量；當(dāng)管子中部通過時，恢復(fù)正常，這種方法可使頭尾增厚限制在0.15-0.2mm范圍內(nèi)。1.德國和日本：管端增厚電控技術(shù)，一套附加電控裝置，使前三架6.連軋管過程采用何種張力制度？張力軋制：助于延伸變形，減小橫向變形； 但易使管子抱心棒、脫棒困難。推力軋制：不利延伸、橫向變形 荒管橫向壁厚不均荒管呈竹節(jié)形。理想：無張力、無推力的自由狀態(tài)連軋。6.連軋管過程采用何種張力制度？實際：心棒的存在無法使用活套協(xié)調(diào)各架間的金屬秒流量；孔型內(nèi)不均勻變形產(chǎn)生干擾性的縱向張力。故：要使各架金屬秒流量恒定不變無法實現(xiàn)。張力制度：張力逐漸減小過渡到推力

16、軋制！13架采用0.51張力，中間機架0.50張力：保證軋制穩(wěn)定又不將心棒抱得太緊后幾架采用01的推力：利用脫棒。實際：冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件7.心棒材質(zhì)：鉻鉬圓鋼：C：0.30.4；Cr：46；Mo：1.50.5；V少量。加工：粗車、精車（去直徑24mm）、滾壓、矯直、拋光（磨床/砂輪磨機）、調(diào)質(zhì)處理、最終矯直。加工精度0.05mm，七級表面光潔度，淬火層厚度510mm，HRC為5560；可返修25次，總軋出量1.2萬根荒管。心棒抽出后采用水冷，為防止出現(xiàn)表面龜裂，冷卻水溫控制為7080。7.心棒潤滑作用：變形均勻、能耗降低、橫向壁厚不均、改善內(nèi)表面質(zhì)量、壽命提高。

17、潤滑劑要求：減摩性好、附著力強、易于涂抹、不與金屬反應(yīng)、資源豐富無害。潤滑劑：水溶性石磨油（含水533）、石磨溶液（石磨20、高分子聚合物15、水）、重油與石磨混合劑（10：1）。預(yù)熱心棒250300，涂層厚度0.20.3mm。潤滑作用：變形均勻、能耗降低、橫向壁厚不均、改善內(nèi)表面質(zhì)量5.3三輥軋管機軋管（高精度厚壁管）阿塞爾（Assel）由美國人J.Assel研制，1935年第一臺在美國軸承廠安裝。生產(chǎn)240mm的鋼管，管長8-10m。結(jié)構(gòu)：工作輥安裝在兩個機架上，一個機架固定不動，另一臺圍繞軋機中心線0-25度-實現(xiàn)送進角的同步調(diào)整，軋輥為錐形，輾軋角固定在3-7度。5.3三輥軋管機軋管（

18、高精度厚壁管）優(yōu)點：生產(chǎn)厚壁管、尺寸精度高（外徑0.5、壁厚57.5）、表面質(zhì)量好、軋機調(diào)整方便、易變規(guī)格、軋管機工具消耗少、易實現(xiàn)自動化。缺點：生產(chǎn)效率低、需采用優(yōu)質(zhì)管坯，薄壁管生產(chǎn)難軸承管、槍炮等高精度厚壁管。優(yōu)點：生產(chǎn)厚壁管、尺寸精度高（外徑0.5、壁厚57.冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件咬入段AB：毛管直徑略減輾軋段BC：軋輥臺肩處，減壁均整段CD和規(guī)圓段DE：平整加工、減少尾三角咬入段AB：毛管直徑略減輥身：入口錐、輥肩、平整段、出口錐變形區(qū)：咬入（減徑）區(qū)、減壁區(qū)、平整區(qū)、歸圓區(qū)阿塞爾軋管機：只能軋Dc/Sc12的較

19、厚鋼管。軋更薄的荒管時，尾部會出現(xiàn)“尾三角”，軋制過程無法終了出現(xiàn)新的特朗斯瓦爾軋管機來克服此問題，1967年法國專利。冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件Trasval特朗斯瓦爾克服：1967年英法聯(lián)合研發(fā)，變送進角和孔喉大小的新型三輥軋管機-Trasval特朗斯瓦爾。克服尾三角的措施1.Trasval軋管機機架的入口牌坊可以繞軋制線旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了軋制中變送進角，變軋制速度，在軋到薄壁管尾時快速轉(zhuǎn)動機架，使送進角減小，孔喉增大。2.此外，在此外在三個軋輥的軸承座下安放了快速回退油缸，在軋到管尾時快速將軋輥抬起，直接增大孔喉直徑。兩個措施都是為軋到管尾時使管壁增厚，使D/S比值下降，從而避免出現(xiàn)管尾三角形而

20、后卡。特朗斯瓦爾軋機的芯棒操作可采用全浮、半浮和回退三種方式。Trasval特朗斯瓦爾優(yōu)點：1.可軋薄壁管：軋尾部時使變小，同時孔喉增大，可軋Dc/Sc50。2.提高機組產(chǎn)量：可采用大的和軋輥轉(zhuǎn)速（僅尾部小），可產(chǎn)量；而Assel為防止尾三角，其和軋輥轉(zhuǎn)速都很低，因為是固定的，所以產(chǎn)量小。3.改變還可生產(chǎn)變截面管，如管端加厚管。優(yōu)點：生產(chǎn)中的、軋輥轉(zhuǎn)速n先大后小軋輥轉(zhuǎn)速n應(yīng)取大為好，但過大會增加滑移。薄壁管， 小生產(chǎn)中的、軋輥轉(zhuǎn)速n薄壁管， 小三輥軋輥機心棒操作方式1.全浮動（隨動）：常用！心棒隨同管子自由運動，配有專門的脫棒機，心棒冷卻、潤滑。換心棒軋下一根。優(yōu)點：效率高、質(zhì)量好、速度快、輔

21、助時間少、生產(chǎn)率高、方便簡單、不易出現(xiàn)尾三角，利于軋薄壁管，出現(xiàn)尾三角D/S=12。缺點：心棒長、備用量多、需專門的脫棒機構(gòu)。三輥軋輥機心棒操作方式2.半浮動心棒（限動心棒）：厚壁管，心棒裝在小車上，可自由旋轉(zhuǎn)，其前進速度管子的前進速度，有專門的機構(gòu)控制。包鋼120現(xiàn)場采用軋后心棒抽出返回原位，再軋下一根毛管。優(yōu)點：心棒短（為全浮的一半），只需一根心棒，無專門脫棒。缺點：生產(chǎn)率低、易出現(xiàn)尾三角（出現(xiàn)尾三角D/S=10）、處理事故不便。3.回退式：特厚壁管，小車限制心棒，軋管開始時芯棒開始后退，邊軋邊后退，軋制結(jié)束時心棒抽出也全部完成。生產(chǎn)率低，更易出現(xiàn)尾三角，出現(xiàn)尾三角D/S=8。2.半浮動心

22、棒（限動心棒）：厚壁管，心棒裝在小車上，可自由旋心棒材質(zhì)、熱處理與潤滑同MM冷軋管機，全浮動時心棒工作長度L0比軋后荒管大11.2m。心棒材質(zhì)、熱處理與潤滑同MM冷軋管機，全浮動時心棒工作長度LAccuRoll軋管機軋管定義：最新軋管設(shè)備，帶主動導(dǎo)盤二輥臥式斜軋機。20世紀80年代在狄舍爾軋管機基礎(chǔ)上做了改進：1.芯棒改為限動2.軋輥改為錐形輥-增加了輥長和輾軋角3.導(dǎo)盤改為水平布置-便于維修與更換優(yōu)點：增加了主傳動功率，提高了軋速，增強了機架與導(dǎo)盤系統(tǒng)的剛度。精密軋管機accurate roll：限動、錐形輥、臥式的二輥斜軋管機。世界上第一臺114精密軋管機由中美聯(lián)合設(shè)計，1990年在煙臺鋼

23、管廠投產(chǎn)。目前成都無縫鋼管廠180精密軋管機水平較高。AccuRoll軋管機軋管結(jié)構(gòu)特點1.兩個錐形軋輥：且直徑沿軋制方向，縱向延伸、 附加扭轉(zhuǎn)變形，有、。2.兩個大直徑主動導(dǎo)盤：其圓周線速度荒管出口速度軸向滑動；導(dǎo)盤起支撐作用，壽命長，使荒管尺寸穩(wěn)定、 表面劃傷和壓痕，可軋Dz/Sz440，靈活多用；導(dǎo)盤可垂直調(diào)整改變孔型直徑；沿軋制線調(diào)整更好地支撐毛管；沿軸向調(diào)整最大程度的導(dǎo)向。結(jié)構(gòu)特點3.限動心棒：用長2.443.05m的心棒可軋18.3m的荒管；整個心棒都在工作磨損均勻，壽命提高；心棒受壓小，無需鍍鉻；可在線/線外插棒。4.軋輥無輥肩：三輥軋管機因輥肩減壁量集中降低軋輥壽命和均整壁厚效果。5.后臺設(shè)置18.3m的輥式定心裝置，對荒管良好導(dǎo)向，助于改善壁厚不均。3.限動心棒：冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件冶金行業(yè)軋管培訓(xùn)教材課件1.減徑區(qū)：4.5度，引導(dǎo)毛管進入變形區(qū)和減徑；2.減壁區(qū)：2度；3.輾軋區(qū)：軋輥母線與心棒平行，足夠的長度，充