張英江，吳松，趙旭東，楊為國

（煙臺(tái)寶鋼鋼管有限責(zé)任公司，山東煙臺(tái)264000）

P110套管矯直缺陷的分析及改進(jìn)

張英江，吳松，趙旭東，楊為國

（煙臺(tái)寶鋼鋼管有限責(zé)任公司，山東煙臺(tái)264000）

針對(duì)P110鋼級(jí)套管生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的管端下垂度超標(biāo)及矯直螺紋的問題，模擬設(shè)計(jì)了傳統(tǒng)的無反彎雙曲線輥形，并與Bronx矯直機(jī)輥形進(jìn)行對(duì)比，主要原因是Bronx矯直機(jī)自帶COMPASS系統(tǒng)推薦的矯直參數(shù)設(shè)置不合理。通過加大對(duì)輥角度、減小輥縫和撓度等優(yōu)化改進(jìn)試驗(yàn)，制定了一套新的矯直參數(shù)，管端下垂度滿足了內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求，消除了螺旋矯痕。

P110套管；矯直；管端下垂度；輥形；矯直參數(shù)

1 存在的主要問題

煙臺(tái)寶鋼鋼管有限責(zé)任公司（簡稱煙寶）生產(chǎn)P110鋼級(jí)套管的工藝流程為：（熱軋后矯直）→熱處理前置庫→淬火加熱→水淬→回火加熱→高壓水除鱗→矯直→冷床冷卻→漏磁探傷→超聲波探傷→水壓試驗(yàn)→（管加工前置庫→管加工工序）。其中，括號(hào)內(nèi)的工序是熱處理線的上下工序，其余工序?yàn)闊崽幚砭€的工序。熱處理線上使用的矯直機(jī)是英國Bronx公司生產(chǎn)的6CR11型八立柱六輥（2-2-2）立式矯直機(jī)，設(shè)計(jì)為熱矯直機(jī)，也可以矯直室溫狀態(tài)的鋼管。矯直機(jī)自帶一套智能軟件系統(tǒng)（COMPASS系統(tǒng)），用戶只要輸入鋼管的鋼級(jí)、外徑、壁厚及矯直溫度等參數(shù)，系統(tǒng)即可給出包括矯直輥角度、輥縫、撓度等在內(nèi)的工藝參數(shù)，完成對(duì)矯直工藝參數(shù)的設(shè)定。

從套管的生產(chǎn)工藝流程可看出，正常情況下，熱處理生產(chǎn)線上的鋼管只有在淬火加熱、水淬、回火加熱及矯直工序中會(huì)出現(xiàn)彎曲變形，前3道工序的彎曲變形需要通過最后一道變形工序——矯直來完成糾正，否則就會(huì)因不滿足下道管加工工序的需求而帶來大量廢品。

煙寶在生產(chǎn)P110鋼級(jí)套管時(shí)，執(zhí)行的是API 5CT標(biāo)準(zhǔn)＋α（內(nèi)控要求或用戶要求）。在熱軋后入熱處理前置庫時(shí)，鋼管的彎曲度及表面質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但力學(xué)性能不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。通過其后的熱處理和矯直，力學(xué)性能（包括抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率、沖擊功等）都能滿足API 5CT標(biāo)準(zhǔn)的要求，但其彎曲度尤其是管端下垂度，雖然基本能滿足API 5CT標(biāo)準(zhǔn)的要求（要求管端下垂度≤3.18 mm/ 1.5 m），但多數(shù)在2.5～3.0 mm/1.5 m，滿足不了α，即內(nèi)控要求和客戶的要求（一般要求管端下垂度≤2 mm/1.5 m）以及后續(xù)管加工工序車絲的需求（管端下垂度應(yīng)在2 mm/1.5 m以內(nèi)），影響車絲質(zhì)量；且矯直后有1/3左右的鋼管會(huì)出現(xiàn)管體和管端的矯直螺紋，嚴(yán)重影響產(chǎn)品表面質(zhì)量，甚至報(bào)廢。雖經(jīng)外方多次調(diào)試，仍不能滿足生產(chǎn)要求。為此，對(duì)問題的原因進(jìn)行分析并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，取得了較好的效果。

2 原因分析

矯直輥輥形及矯直參數(shù)是影響鋼管矯直質(zhì)量的關(guān)鍵因素，而矯直輥輥形是由基準(zhǔn)鋼管半徑r、矯直輥喉徑R0、基準(zhǔn)傾角α0（俗稱矯直輥角度）、有效輥長Lg和全輥長L等原始設(shè)計(jì)參數(shù)確定的。

Bronx 6CR11矯直機(jī)的輥形原始設(shè)計(jì)參數(shù)為：r= 122.5 mm，R0=225 mm，α0=30°，Lg=720 mm，L=800 mm。其提供的矯直輥輥形為對(duì)稱的4段圓弧曲線。

根據(jù)上述矯直輥基準(zhǔn)參數(shù)選擇的原則，利用無反彎雙曲線輥形計(jì)算公式［1］，計(jì)算得出無反彎雙曲線輥形的基本數(shù)據(jù)，由基本數(shù)據(jù)可繪制出無反彎雙曲線輥形曲線，并與Bronx 6CR11輥形曲線進(jìn)行對(duì)比（見圖1）。圖1中外曲線為計(jì)算輥形，內(nèi)曲線為Bronx 6CR11輥形。

圖1 兩種輥形曲線的對(duì)比

從兩種輥形曲線的對(duì)比以及實(shí)際使用的輥?zhàn)訕邮奖容^可以看出，Bronx 6CR11輥?zhàn)用黠@細(xì)長一些，雙曲線輥形相對(duì)短粗一些。如6CR11矯直輥的喉徑R0=225 mm，全輥長L=800 mm；而某國產(chǎn)Φ325矯直機(jī)的雙曲線矯直輥，R0=250 mm，L=750 mm。

從輥形曲線上定性分析可以看出：1）雙曲線輥形與6CR11輥形相比曲線過渡更圓滑，輥?zhàn)幽p更均勻，鋼管表面質(zhì)量會(huì)更好。2）6CR11輥形與雙曲線輥形相比輥?zhàn)蛹?xì)長一些，其包絡(luò)面更大、矯直過程更穩(wěn)定。3）矯直相同規(guī)格的鋼管時(shí)，6CR11輥形與雙曲線輥形從矯直參數(shù)上相比，輥?zhàn)咏嵌燃拜伩p要小些，撓度可大些。

通過現(xiàn)場觀察，根據(jù)以往矯直經(jīng)驗(yàn)分析，出現(xiàn)上述缺陷的原因主要是矯直參數(shù)（COMPASS系統(tǒng)計(jì)算數(shù)據(jù)）設(shè)置不合理，矯直輥角度小、撓度大（經(jīng)外方介紹，COMPASS系統(tǒng)計(jì)算依據(jù)的是大撓度理論），矯直過程不穩(wěn)定等因素造成的。

3 改進(jìn)措施

3.1 對(duì)比試驗(yàn)

煙寶目前主要生產(chǎn)7"（Φ177.8 mm）規(guī)格P110鋼級(jí)套管。根據(jù)雙曲線矯直輥矯直機(jī)矯直參數(shù)的計(jì)算公式［2-3］，以7"套管為例，計(jì)算出的輥縫及撓度理論參考值分別為172.1～173.1 mm和10.9 mm。與6CR11矯直機(jī)COMPASS系統(tǒng)生成的輥縫值（176 mm左右）和撓度值（15.6 mm）相比，6CR11的輥縫值偏大、而撓度值明顯過大。根據(jù)此結(jié)果，從減小輥縫值和撓度值并適當(dāng)調(diào)整矯直輥角度入手制訂改進(jìn)方案。

第一套方案是按COMPASS系統(tǒng)生成參數(shù)為基準(zhǔn)，適當(dāng)減小輥縫和撓度、增大矯直輥角度；第二套方案是以理論計(jì)算的參數(shù)為基準(zhǔn)，參考“實(shí)際生產(chǎn)中為了易于咬入，第一對(duì)輥的壓下量應(yīng)選擇小一些，中間對(duì)輥因起主要的矯正作用，可適當(dāng)選大一些（但應(yīng)考慮撓度因素），第三對(duì)輥壓下量的選擇要適當(dāng)，以確保它能對(duì)第二對(duì)輥矯正后的殘余橢圓度實(shí)現(xiàn)矯正”理論進(jìn)行微調(diào)和優(yōu)化，并以達(dá)到較優(yōu)包絡(luò)面而不出現(xiàn)矯直螺紋為原則調(diào)整矯直輥角度。COMPASS系統(tǒng)生成參數(shù)（原參數(shù)）、第一套方案及第二套方案參數(shù)（參數(shù)1、參數(shù)2）見表1。

表1 COMPASS系統(tǒng)生成參數(shù)、第一套方案及第二套方案參數(shù)

采用第一套方案參數(shù)對(duì)P110套管矯直后，鋼管端部下垂度仍達(dá)到2.5～3 mm/1.5 m，鋼管表面出現(xiàn)較嚴(yán)重的矯痕，不能滿足要求。

采用第二套方案參數(shù)，即在第一套方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增大角度、減小輥縫（尤其是第二對(duì)輥的輥縫）和撓度，對(duì)P110套管進(jìn)行矯直試驗(yàn)，鋼管表面基本沒有出現(xiàn)矯痕，檢測(cè)表明，鋼管端部下垂度達(dá)到了2.3 mm/1.5 m以下。

3.2 優(yōu)化改進(jìn)

為進(jìn)一步降低鋼管端部下垂度并確保鋼管表面質(zhì)量，對(duì)第二套方案進(jìn)行微調(diào)和優(yōu)化，進(jìn)一步加大了第一、三對(duì)輥的角度，減小輥縫和撓度進(jìn)行試驗(yàn)，優(yōu)化后的參數(shù)見表2。對(duì)矯直冷卻后鋼管的端部下垂度進(jìn)行抽檢測(cè)量（前10支鋼管逐支測(cè)量，后面每10支抽測(cè)2支，共測(cè)量24支），結(jié)果見表3。

表2 第二套方案優(yōu)化后的參數(shù)

由表3結(jié)果可以看出，鋼管端部下垂度基本都在2 mm/1.5 m以內(nèi)，頭部平均1.8 mm/1.5 m；尾部平均1.79 mm/1.5 m。檢測(cè)表明，鋼管表面沒有出現(xiàn)矯痕，矯直效果良好，基本滿足α要求。

表3 抽檢測(cè)量的鋼管端部下垂度mm/1.5 m

4 結(jié)語

在矯直7"規(guī)格P110鋼級(jí)套管時(shí)，Bronx 6CR11矯直機(jī)自帶的COMPASS系統(tǒng)推薦的矯直參數(shù)與其輥形曲線不匹配，不能滿足矯直要求。通過加大對(duì)輥角度、減小輥縫和撓度等措施，試驗(yàn)得出的矯直工藝，能夠?qū)摴艿墓芏藦澢瓤刂圃趦?nèi)控的標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，解決了現(xiàn)場生產(chǎn)中的問題。生產(chǎn)其他規(guī)格P110鋼級(jí)套管時(shí)，同樣可以通過調(diào)整工藝參數(shù)滿足鋼管矯直內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］崔甫.矯直原理與矯直機(jī)械［M］.2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

［2］李連進(jìn).六輥斜軋無縫鋼管矯直機(jī)的壓下量研究［J］.鍛壓技術(shù)，2008，33（5）：82-84.

［3］黃建國，呂昌.無縫鋼管矯直分析［J］.包鋼科技，2007，33（2）：20-21，39.

Abstract:ract:For the problems of out-of-specification of pipe-end droop and straightening thread existing in the production of P110 casing,the traditional hyperbola roller shape without inflection was analog designed and in compared with the roller shape of Bronx straighter.The main reason is unreasonable straightening parameter setting which was recommended by the Bronx straighter cabin COMPASS system.Through optimization and improvement tests of increasing roll angle and reducing roll gap and deflection,new straightening parameters were established and then pipe-end curvature met needs of the internal control standards and the spiral straightening marks were eliminated.

Key words: rds:P110 casing;straightening;pipe-end droop;roller shape;straightening parameters

Analysis and Improvement of P110 Casing Straightening Defect

ZHANG Ying-jiang,WU Song,ZHAO Xu-dong,YANG Wei-guo

（Yantai Baosteel Pipe Co.,Ltd.,Yantai 264000,China）

TG356.25

B

1004-4620（2010）06-0021-02

2010-09-29

張英江，男，1970年生，1995年畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)金屬材料及熱處理專業(yè)。現(xiàn)為煙臺(tái)寶鋼鋼管有限責(zé)任公司工程師，從事鋼管工藝技術(shù)工作。