关于锥形辊穿孔机轧辊转速对毛管分层缺陷影响的讨论

有一种观点认为采用大辗轧角就可以实现难变 形钢和合金管坯在二辊斜轧锥形辊穿孔机上的正常 穿孔，就可以消除毛管的分层缺陷。关于大辗轧角 问题，需要进行分析。
锥形辊穿孔机之所以有辗轧角这个参数，是由
于轧辊的形状是锥形和要保证穿孔变形区正常的形 状这两个因素决定的。轧辊的形状由桶形改成锥 形，可使金属的流动更加合理，可以减少扭转变 形，提高延伸系数；要保证穿孔变形区正常的形 状，是为了实现正常穿孔。所以，锥形辊穿孔机要 实现正常穿孔，就自然出现了辗轧角，而且必须有 个辗轧角，没有辗轧角就不能保证变形区的正常形 状，就不能实现正常穿孔。也可以讲，在保证变形 区正常形状的前提下，辗轧角为零，锥形辊实际就 是桶形辊了；反过来讲，在保证变形区正常形状的 前提下，给桶形辊制造一个辗轧角，桶形辊实际就 变成锥形辊了。辗轧角并不神秘。辗轧角是不能随 意增大的。增大辗轧角，要受到转鼓和牌坊空间的 限制，还要受到天车和厂房高度的限制；增大辗轧 角，还要保持穿孔变形区的正常形状，意味着要准 备和更换许多直径逐渐增大的轧辊及其转鼓。对于 同一个轧辊，如果通过连接轴的倾斜或其他办法来 适当的调整锥形辊的角度，那么，穿孔变形区的正 常形状也要随之发生相应的变化。后来制造的锥形 辊穿孔机，辗轧角不是可调的而是固定的，可能就 是这个道理。
Ｔｉａｎ Ｄａｎｇ （ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｓｔｅｅｌ Ｐｉｐｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐ．， Ｌｔｄ．， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３０１，Ｃｈｉｎａ ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｉｔ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｌｉｋｅ ｔｈｅ ｂａｒｒｅｌ ｔｙｐｅ ｐｉｅｒｃｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｅ ｔｙｐｅ ｐｉｅｒｃｅｒ ｒｏｌｌ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ａｌｓｏ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ． Ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｅｆｅｃｔ ａｓ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｅ ｔｙｐｅ ｐｉｅｒｃｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｄｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｔｈｅ ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅ ａｓ ｔａｋｅｎ ｔｏ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｔｈｅ ｓａｉｄ ｄｅｆｅｃｔ ｉｓ ｔｏ ｒｅ－ ｄｕｃｅ ｔｈｅ ｒｏｌｌ ｓｐｅｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｆｅｃｔ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｌｌｓ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ ｊｕｓｔ ｂｙ“ｂｉｇ ｔｏｅ ａｎｇｌｅ”， ａｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅｌｌ ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｓ ｎｏｔ ｔｒｕｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ“ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ”ｕｎｅｖｅｎ ｍｅｔａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ， ｉ．ｅ．， ｔｈｅ ｒｏｔａｒｙ ｐｉｅｒｃｉｎｇ－ｃａｕｓｅｄ ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔ－ ａｌ ｉｓ ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓａｉｄ ｄｅｆｅｃｔ．
应当指出，上述轧辊转速对管坯和毛管破裂的 影响规律，仅适合于变形抗力较大的难变形钢和合 金，对于变形抗力较小的碳钢、低合金钢，提高轧 辊转速，毛管并不产生分层缺陷，且有利于减轻管 坯中心形成疏松的程度。有的钢管厂用提高轧辊转 速的办法来减少碳钢、低合金钢的内折缺陷，就是 这个道理。
３ 大辗轧角要和降低轧辊转速相匹配
但是，轧辊转速对毛管质wk.baidu.com的影响，往往没有 引起人们的注意，不被人们所重视。
实际上，在二辊斜轧桶形辊穿孔机上，轧辊转
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速对难变形钢和合金管坯及毛管破裂的影响是有明 显的规律性的：在轧辊转速较低时，管坯容易形成 孔腔；随着轧辊转速提高，管坯形成孔腔的临界变 形量也提高，孔腔现象减轻；在轧辊转速较高时， 毛管容易形成分层缺陷，且随着轧辊转速提高，毛 管形成分层缺陷的临界变形量降低，分层缺陷严 重。在轧辊转速由低向高变化的整个过程中，存在 一个开始出现分层缺陷的临界轧辊转速；或者说， 在轧辊转速由高向低变化的整个过程中，存在一个 开始消除分层缺陷的临界轧辊转速。在以轧辊转速 为横坐标和以变形量为纵坐标的直角坐标系中，管 坯出现孔腔的临界变形量和毛管出现分层缺陷的临 界变形量是随着轧辊转速的变化，呈“人”字形分 布［４］的。如果控制轧辊转速低于该管坯的临界轧辊 转速，则毛管就不会出现分层缺陷。
２ 轧辊转速对穿孔毛管分层缺陷的影响
无论是二辊斜轧桶形辊穿孔机还是二辊斜轧锥 形辊穿孔机，就轧辊转速在穿孔工艺中的作用，人 们已经得到以下两点共识：①在一定的工艺条件 下，穿孔机轧辊转速高，毛管离开轧辊的速度就 快，管坯穿孔的速度就快。尽管提高穿孔机轧辊转 速将导致滑移增加，但是通过对穿孔机轧辊转速的 控制，并与管坯出炉、轧管等上下工序的速度相匹 配，能保证较高的轧制节奏，能保证较高的产量。 ②降低轧辊转速有利于管坯一次和二次咬入，因为 降低轧辊转速可以增大轧辊与金属间的摩擦因数， 增大轧辊作用在管坯上的轴向曳入摩擦力；降低轧 辊转速还有利于变形深透，有利于管坯中心发生塑 性变形并形成疏松，有利于减小顶头的轴向阻力。
田 党（１９４１－ ），男，教授级高级工程师，原天津钢 管公司副总工程师，享受国务院政府特殊津贴，长期 从事高温合金、特殊钢和无缝钢管、套管的产品开发、 技术管理和生产经营工作，获国家科技进步二等奖 １ 项，部级科技成果三等奖 ５ 项、四等奖 １ 项，发表科 技论文 ４０ 余篇。
项重要工作。 耐腐蚀铁基和镍基合金管材的生产属于难变形
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关于锥形辊穿孔机轧辊转速对毛管分层缺陷影响的讨论
田党
（天津钢管集团有限公司，天津 ３００３０１）
摘 要：指出了锥形辊穿孔机也要和桶形辊穿孔机一样，要重视对穿孔机轧辊转速的控制。难变形钢和合金 管坯在锥形辊穿孔机上穿孔，毛管的主要质量问题也是分层缺陷；降低轧辊转速是消除毛管分层缺陷的关键；只 依靠大辗轧角，不能消除某些合金毛管分层缺陷；通常所说的斜轧穿孔金属扭转变形这种“连续”的不均匀变 形，不是毛管分层缺陷产生的原因。
毛管分层缺陷、毛管内表面裂纹和管坯二次咬 入困难，这 ３ 个问题是难变形钢和合金的热加工特 点（变形抗力大、加工塑性低和热加工温度范围窄） 在二辊斜轧穿孔（包括桶形辊和锥形辊）这种变形方 式中的反映和表现。提高顶头前的压下量，合理准 确地控制加热温度，管坯二次咬入困难和毛管内表 面裂纹这两个问题可以得到解决，管坯能顺利穿成 毛管。但是，毛管上如果有分层缺陷，仍然是废 品。所以，分层缺陷就成为毛管的主要质量问题。
那么，难变形钢和合金管坯在二辊斜轧锥形辊 穿孔机上穿孔，毛管是否还会出现分层缺陷，毛管 的主要质量问题是否还是分层缺陷。文献［３］研究 了难变形钢和合金管坯在二辊斜轧锥形辊穿孔机上 的穿孔问题，通过一系列实验指出，采用大辗轧角 和大喂入角穿孔法，可以消除毛管的分层缺陷。这 个结果说明，难变形钢和合金管坯在二辊斜轧锥形 辊穿孔机上穿孔，不是因为轧辊的形状由桶形改为 锥形后毛管就不会出现分层缺陷，而是仍然出现分 层缺陷，其主要质量问题还是分层缺陷，但可以通 过采取各种工艺措施来消除。
除了分层缺陷之外，文献［３］还指出难变形钢 和合金管坯在二辊斜轧锥形辊穿孔机上穿孔时毛管 有内表面缺陷。其实，这和文献［１］所说的难变形 钢和合金管坯在二辊斜轧桶形辊穿孔机上穿孔时毛 管裂碎一样，都是加热温度过高所致。难变形钢和 合金的过烧温度较低，如果加热温度过高，加上斜 轧穿孔激烈变形产生的“温升”，而这种“温升” 又不像自由锻造那样可以人为地进行控制，致使金 属处于过烧状态。毛管与顶头接触的内表面温度最 高，所以这种裂纹起源于毛管的内表面并向外表面 扩展，毛管的尾部热量积累的最多，所以这种裂纹 在毛管的尾部最严重，甚至出现裂碎现象。文献 ［３］指出的毛管内表面缺陷，不可能是金属内异常 夹杂物造成的，因为夹杂物在钢中的分布是不均匀 的，夹杂物引起的裂纹在钢中的位置是不确定的， 不可能只集中在毛管的内表面；也不可能是内折缺 陷，因为毛管在产生分层缺陷的时候，通常不形成 孔腔和产生内折缺陷。
上述在二辊斜轧桶形辊穿孔机上，轧辊转速对 难变形钢和合金管坯与毛管破裂的影响规律，在二 辊斜轧锥形辊穿孔机上是否适用，其回答是肯定 的。因为管坯没有变化，即变形抗力和加工塑性没 有变化。其区别在于，轧辊的形状由桶形变为锥 形。锥形辊的直径，在相同的工艺条件下，比桶形 辊的直径稍大，变形的深透性较好。因此，消除毛 管分层缺陷的临界轧辊转速，锥形辊穿孔机要比桶 形辊穿孔机稍高，也就是说，锥形辊穿孔机可以在 稍高一些的轧辊转速下消除毛管分层缺陷，而桶形 辊穿孔机则在稍低一些的轧辊转速下才能消除毛管 分层缺陷；上述“人”字形分布在坐标系中向右平 移。这可能就是锥形辊穿孔机适合于难变形钢和合 金管坯穿孔的表现及原因所在。
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｃｏｎｅ ｔｙｐｅ ｐｉｅｒｃｅｒ； Ｒｏｌｌ ｓｐｅｅｄ； Ｔｏｅ ａｎｇｌｅ； Ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ； Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ｄｅｆｅｃｔ； Ｄｉｓ－ ｃｕｓｓｉｏｎ
０前 言
近几年来，我国的油井管生产迅速发展。目 前，油井管国产化率已达到 ８０％ 以上。为了进一 步提高油井管国产化率，减少耐腐蚀油井管的进 口，应解决包括 １３Ｃｒ 和超级 １３Ｃｒ 铁基和镍基合 金油井管的国内生产问题，这是钢管行业当前的一
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辊转速的控制。本文对该问题进行讨论。
１ 难变形钢和合金毛管的主要质量问题
难变形钢和合金管坯在二辊斜轧桶形辊穿孔机 上穿孔，毛管的主要质量问题是分层缺陷。分层缺 陷，亦称离层、夹层或环形破裂。在毛管的横截面 上，分层缺陷是一种环形或弧形裂纹，裂纹两侧和 前端没有异常夹杂物存在。分层缺陷有的靠近外 表面（叫外分层缺陷），有的靠近内表面（叫内分层 缺陷），严重的分层缺陷把毛管分成 ３ 层。在毛管 的纵向，弧形裂纹的位置随金属的扭转而变化；有 分层缺陷的毛管从穿孔机出来后，可以看到毛管上 有 １ 条呈螺旋状的黑线；冷却后，敲击有分层缺陷 的毛管，可以听到嘶哑的响声。毛管出现分层缺 陷，即为废品［２］。
钢和合金无缝管材的生产范畴。而难变形钢和合金 无缝管材生产的关键在于穿孔工序。关于难变形钢 和合金管坯在二辊斜轧桶形辊穿孔机上的穿孔问 题，包括毛管的主要工艺质量问题、产生的原因和 消除的措施等，文献［１］已进行了论述。目前，二 辊斜轧锥形辊穿孔机受到人们的推崇，并在实际生 产中得到应用。一般认为，二辊斜轧锥形辊穿孔机 适合于难变形钢和合金管坯的穿孔。笔者在此指 出，要把难变形钢和合金管坯穿成合格的毛管，锥 形辊穿孔机也要和桶形辊穿孔机一样，在合理确定 穿孔机的各种调整参数的时候，要重视对穿孔机轧
另外，难变形钢和合金管坯无论是在桶形辊穿 孔机上还是在锥形辊穿孔机上穿孔，管坯二次咬入 都比较困难，经常在顶头前打滑、轧卡［１，３］。造成 这种情况的原因是：顶头伸出量过大，顶头前的 压下量较小；难变形钢和合金的变形抗力较大，顶 头前金属没有形成疏松状态；管坯咬入时轧辊的转 速较大，使管坯前进的轴向曳入摩擦力较小等。
还有，难变形钢和合金管坯在二辊斜轧穿孔 时，有时毛管外表面还出现横裂，这是因为难变形 钢和合金再结晶温度较高，毛管的终轧温度较低造
成的。这种裂纹与斜轧穿孔的变形方式没有关系。 因为难变形钢和合金在自由锻造方坯时出现角部裂 纹；轧制圆钢时也出现横裂或蛇皮裂；锻件模锻时 出现边角部裂纹。虽然变形方式不同，但这些裂纹 的性质和毛管外表面的横裂是一样的。
关 键 词 ：锥形辊穿孔机；轧辊转速；辗轧角；扭转变形；分层缺陷；讨论 中图分类号：ＴＧ３３５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－ ２３１１（２００６）０４－ ００１２－ ０５
Ｄｉｓ ｃ ｕｓ ｓ ｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｆｌａ ｅ ｎｃ ｅ ｂ ｙ Ｃｏｎｅ Ｔｙｐ ｅ Ｐｉｅ ｒｃ ｅ ｒ Ｒｏｌｌ Ｓｐ ｅ ｅ ｄ ｏｎ Ｓｈｅ ｌｌ Ｌａ ｍｉｎａ ｔｉｏｎ Ｄｅ ｆｅ ｃ ｔ