轧管工艺技术(Ⅱ)——《热轧无缝钢管实用技术》

80技术讲座

轧管工艺技术(H)

—《热轧无缝钢管实用技术》

1.4连轧管机工具设计

连轧管机的工具设计包括轧辐尺寸、孔型形状、芯棒长度和轧辐及芯棒的化学成分设计等。1.4.1轧辐

1.4.1.1轧银尺寸

(1)轧辐直径。

轧银直径的大小主要考虑轧制的钢管尺寸、咬入条件、轧制速度、轧辐强度、轧银重车次数(直径总重车量WlOOmm)、轧机结构等因素。一般来讲，连轧管机的前1~3号机架使用同一直径的轧辐，其余机架使用另一直径的轧辐。对于二银式连轧管机而言，轧辗直径Q可用公式(16)计算：D”=2Dh+(150~250)(16)式中D h——在该轧辐孔型中轧制的最大荒管直

径，mm。

(2)轧辗长度。

轧车昆长度L f可用公式(17)计算：

Z,g=(0.6~0.8)Z)g(1刀1.4.1.2轧车昆孔型

(1)孔型特征参数。

二棍式连轧管机常用孔型如图6所示，包括：椭圆孔型(a)、带圆弧侧壁的圆孔型(b)、带直线侧壁的圆孔型(c)和圆孔型(d)。每个孔型由上下两个轧槽组成，每个轧槽由槽底、开口侧壁、辗缝和辐缝与侧壁交接处的圆弧组成。

孔型主要特征参数有：孔型高度力、孔型宽度B、车昆缝值S、槽底半径/?、侧壁圆弧半径p、侧壁开口角％连接弧半径r和孔型偏心距e。孔型的宽高比(B/4)称为孔型椭圆度系数，用&表示。

(2)孔型特征参数计算。

①对于椭圆孔型，槽底半径R和偏心距e可由公式(18)-(19)计算：

R=(B2+a2)/(44)=4(严+1)/4(18)

e=(B2-A2)/(44)=A(F_1)/4(19)

②对于带圆弧侧壁的圆孔型，槽底圆弧半径R和侧壁圆弧半径p可由公式(20)-(22)计算：R=A/2(20)

B=^A(21)

_(B2+A2-2BA cos

4(4-Bcos

(22)

③

对于带直线侧壁的圆孔型，槽底圆弧半径R和孔型宽度B可由公式(23)-(25)计算：

④连接弧半径r。

R=A/2(23)

B=A/cos cp(24)

右二1/cos(P(25)

连接弧是孔型侧壁圆弧(或直线)与孔型中心线的公切圆弧，连接弧半径r的大小与连接弧角(连接弧与孔型侧壁圆弧和连接弧与孔型中心线在相切处所对应的圆心角)的大小有关，连接弧角一般取8。~15。。从入口机架到岀口机架逐渐减小。当连接弧角确定之后，连接弧的圆心就是两个相切点圆弧法线的交点，可用作图法得到连接弧半径r,也可通过平面几何的计算方法求出连接弧半径r。

⑤孔型侧壁开口角卩。

由于孔型侧壁开口角卩的存在，芯棒与毛管内壁之间在孔型侧壁凸缘处有一定的间隙。孔型顶部区域的金属在轧辗和芯棒的作用下，发生减径、减壁变形并产生延伸。孔型侧壁处不与工具接触的金属受到孔型顶部金属延伸的影响，产生拉应力而发生拉伸变形。在这一过程中，孔型侧壁处受拉的金属，又会抑制孔型顶部金属的延伸，使其产生压应力，使得二者的变形协调一致。由此可见，影响 毛管外表面与轧辘接触面积以及毛管内表面与芯棒接触面积的孔型侧壁开口角卩的大小，影响着变形区中金属的应力状态和大小。若孔型侧壁处的金属受到的拉应力太大，贝IJ此处的金属被“严重拉薄”，孔型会出现“欠充满”，从而导致荒管的圆度和尺寸精度达不到要求。若拉应力太小，此处的金属岀现“堆积”，孔型会出现“过充满”，导致荒管产生“耳子”，严重时会产生“飞翘”，甚至会造成轧卡。在某一机架中，当荒管出现“耳子”以后，会增加后续机架的压下量，产生新的“耳子”。这种恶性循环一

STEEL PIPE Apr.2019,Vol.48,No.2钢管2019年4月第48卷第2期

技术讲座

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直要延续到成品机架。造成荒管尺寸超差或产生轧 折缺陷。所以，在设计孔型侧壁开口角时（一般为

30。~40。），要考虑孔型顶部区域和孔型侧壁处的金 属横截面积大小，使其满足金属流动基本方程。即：

a A +a f A z =0 （26）式中a ——孔型顶部区域的轴向压应力，MPa;

E ——孔型侧壁处金属的轴向拉应力，MPa;

4——孔型顶部区域金属的横截面面积， mm 2;卅——孔型侧壁处金属的横截面面积，mnf 。

（3）孔型设计步骤。

第一步：输入经验数据，包括延伸系数、偏心

距、椭圆度系数、孔型侧壁开口角度、棍缝值、金

属横截面面积等。

第二步：将给定的经验数据分别代入孔型参数 计算式中，计算出孔型参数特征值。

第三步：根据设计的孔型形状，计算出孔型出

口的荒管横截面面积.以期满足给定的延伸系数。

第四步：当荒管横截面面积、延伸系数与给定

值存在较大差别时，修正给定的槽底圆弧半径和经 验参数°

1.4.1.3轧车昆材质

连轧管机的轧辘分球墨铸铁辐和锻钢辑两种。

球墨铸铁辐具有优良的耐磨性、较高的强度和一定

的韧性，被广泛采用。锻钢辗的强度高，韧性好，

并有较好的咬入特性和抗冲击能力，多被用于大直 径连轧管机的大孔型系列前两架上（其他机架采用

球墨铸铁辗），但锻钢辘的成本高，没有球墨铸铁

车昆耐磨。

球墨铸铁辗既可采用静态浇铸，也可采用离心

复合浇铸。离心复合浇铸的连轧棍较静态浇铸的连

轧银组织致密、耐磨性好。

离心复合浇铸的连轧银按工作层又分为贝氏体

球墨铸铁辗和无限冷硬铸铁辗。贝氏体球墨铸铁辐

的工作层金相组织为：贝氏体+适量碳化物+残余

奥氏体+球状石墨。无限冷硬铸铁辐的工作层的金

相组织为：珠光体或贝氏体+碳化物+片状石墨。

目前，广泛采用组合式连轧辗，即将辗环镶嵌

在银轴上。这种组合式连轧辗的辗环采用离心复合 浇铸的球墨铸铁辘.其车昆面硬度高、耐磨性好；

轴则采用强韧性髙的锻钢制作。两种材料的组合，

有利于提高轧棍的整体性能，并降低轧辗的消耗。

连轧棍的使用环境十分恶劣，通常的失效形式

是孔型磨损，辗面产生热裂纹、剥落掉块、烙伤和

轧辐断裂等。

连轧辐的化学成分见表3,力学性能应满足表

4的要求。

表3连轧辐化学成分（质量分数）

％

分类

C

Si Mn P S Ni Cr Mo Mg RE

离 心

工 作

贝氏体球 墨铸铁

3.0~3.61」~2.2O.3-O.8

W0.05W0.03

2.5-

3.53.5-

4.5

W0.50.6-1.0^0.04

微量

层无限冷硬铸铁 3.0~3.60.6-1.00.4-1.0W0.15W0.10

1.0-4.50.7-

2.00.2-0.6心部

球墨铸铁 2.9-3.5 1.4-2.50.3-0.8W0.05W0.03

1.0-3.0W0.40

W0.50M0.04微量贝氏体球 3.0-3.6

1.1 〜

2.203-0.8

W0.05

W0.03

2.5-

3.5

W0.05

0.6-1.0

M0.04

微量

墨铸铁

.................... 3.5-4.5

表4连轧辐力学性能

硬度HSD

辘身表面硬度 不均匀度HSD

辐颈抗拉 强度/MPa

辐颈冲击 韧性/J

辗身

棍颈

孔型底部

55-7235-55M45W5M500M4.0

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