4 周期軋管工藝技術(shù)

周期軋管法是利用喂料器將穿有芯棒的毛管送到軋管機(jī)前臺(tái)，周而復(fù)始地把毛管送入與喂料方向反向旋轉(zhuǎn)的2個(gè)軋輥所組成的孔型中軋制，將一支毛管分若干次，逐段軋制成尺寸和質(zhì)量符合要求的荒管的一種軋管方法。

周期軋管機(jī)是最古老的無縫鋼管軋管機(jī)，于1884年由曼內(nèi)斯曼兄弟提出設(shè)想，1891年試驗(yàn)成功并取得專利，迄今已有100多年的歷史，因其鍛、軋、擠相結(jié)合的變形方式，具有變形量大、軋制鋼種范圍廣、品種規(guī)格適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，比較適合生產(chǎn)大直徑厚壁合金無縫鋼管。仍是當(dāng)今一種具有較強(qiáng)生命力、不可被完全替代的無縫鋼管軋機(jī)。

4.1 周期軋管機(jī)的特點(diǎn)

4.1.1 周期軋管機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

周期軋管機(jī)屬于單機(jī)架二輥縱軋管機(jī)，由機(jī)架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、喂料器和芯棒系統(tǒng)組成。軋輥安裝在機(jī)架內(nèi)的滑動(dòng)軸承上。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝有一個(gè)大飛輪，起到蓄能的作用。喂料器置于軋管機(jī)的入口滑臺(tái)上，當(dāng)軋輥轉(zhuǎn)到空軋段時(shí)，喂料器準(zhǔn)確地將一段長度為一個(gè)喂入量的毛管送進(jìn)孔型中軋制。與其他縱軋管機(jī)不同，周期軋管機(jī)的軋輥旋轉(zhuǎn)方向與毛管的送進(jìn)方向相反。

4.1.2 周期軋管機(jī)的孔型特點(diǎn)

周期軋管機(jī)的孔型由若干個(gè)不同圓心、不同半徑的圓弧組成，變截面的軋槽分成空軋段（非工作段）和工作段（或稱錘頭區(qū)）兩個(gè)區(qū)段。將軋輥周長按空軋、鍛軋、精軋、脫管等功能進(jìn)行合理分配，習(xí)慣上用軋輥圓心角的大小來反映各段所占的長度。在孔型側(cè)壁處，用直線和槽底圓弧連接，且兩線在連接處相切?？仔蛡?cè)壁開口角從鍛軋段到精軋段逐漸減小。周期軋管機(jī)孔型形狀如圖16所示。

4.1.3 周期軋管機(jī)的變形特點(diǎn)

周期軋管機(jī)是所有軋管機(jī)中減徑量和減壁量最大的軋管機(jī)，延伸系數(shù)可達(dá)10～20。其軋制過程可分為毛管的送進(jìn)和翻轉(zhuǎn)、鍛軋、精軋、脫離4個(gè)階段，如圖17所示，對(duì)應(yīng)孔型的空軋段、鍛軋段、精軋段和終軋段的終了位置分別為A、B、C、D各點(diǎn)（圖 16a）。

（1）送進(jìn)和翻轉(zhuǎn)。當(dāng)軋輥旋轉(zhuǎn)到空軋段時(shí)，由于空軋段的孔型尺寸比毛管直徑大，喂料器把穿有芯棒的一段毛管送進(jìn)軋槽，在送進(jìn)過程中將毛管翻轉(zhuǎn)90°，如圖17（a）所示。喂入量的大小視毛管和成品管的尺寸及軋制負(fù)荷而定。

（2）鍛軋。長度為喂入量m的一段毛管在送進(jìn)空軋段軋槽之后，軋輥隨即旋轉(zhuǎn)到鍛軋段。鍛軋段的孔型尺寸是由大逐漸變小的，隨著孔型半徑的不斷減小，在軋輥錘頭和芯棒的作用下，首先是毛管的外徑受到壓縮，直徑減小，直到毛管內(nèi)壁與芯棒之間的間隙消除；接著，毛管的外徑和壁厚同時(shí)受到輾軋，即減徑、減壁，得到符合要求的荒管基礎(chǔ)壁厚。毛管變形量主要在鍛軋段完成，如圖17（b）所示。鍛軋段長度占整個(gè)軋槽長度的1/6～1/4。

（3）精軋。精軋段的孔型直徑是不變的，且孔型側(cè)壁開口角比鍛軋段要小一些。當(dāng)軋輥轉(zhuǎn)到精軋段，荒管的壁厚在精軋段得到均壁輾軋，如圖17（c）所示。為了提高荒管的壁厚精度和表面質(zhì)量，精軋段的長度占整個(gè)軋槽長度的1/4～1/3。

（4）脫離。軋輥轉(zhuǎn)到終軋段之后，由于孔型半徑放大了1～2 mm，荒管逐步脫離軋槽，并過渡到空軋段，如圖17（d）所示。

上述四個(gè)階段組成一個(gè)軋制周期。在軋制過程中，反向旋轉(zhuǎn)的軋輥輾壓著毛管向喂入相反的方向后退，將毛管和芯棒推向軋機(jī)入口，喂入孔型中的金屬從軋機(jī)出口中軋出。當(dāng)軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)到空軋段，毛管脫離軋輥之后，喂料器再向空軋段軋槽送進(jìn)一段毛管。一支毛管需要經(jīng)過若干個(gè)軋制周期才能軋完。

4.2 周期軋管機(jī)組工藝流程

周期軋管機(jī)組工藝流程如圖18所示。

4.3 周期軋管機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

周期軋管機(jī)的工藝參數(shù)主要包括軋輥中心距，毛管減徑量、減壁量、喂入量和延伸系數(shù)，芯棒直徑，軋制速度和軋制時(shí)間等。

（1）軋輥中心距K。K為：

圖16 周期軋管機(jī)孔型形狀示意

圖17 周期軋管機(jī)軋制過程示意

式中Dg——軋輥直徑，mm；

E——輥縫，mm。

（2）減徑量ΔD。ΔD為：

式中Dm——毛管直徑，mm；

D0——荒管直徑，mm。

根據(jù)軋輥尺寸和軋制的毛管及荒管尺寸，一般ΔD取50～200 mm；使用大直徑軋輥、軋制大規(guī)格毛管時(shí)，ΔD取大值。

（3）減壁量ΔS。ΔS為：

式中Sm——毛管壁厚，mm；

S0——荒管壁厚，mm。

一般ΔS取20～90 mm；使用大直徑軋輥、軋制薄壁、碳素鋼鋼管時(shí)，ΔS取大值。

圖18 周期軋管機(jī)組工藝流程

（4）喂入量m。m為：

式中Lg——軋輥工作段長度，mm；

μ——延伸系數(shù)；

Lj——軋輥精軋段長度，mm；

ζ——重軋系數(shù)，一般取2.5～3.0；

θj——精軋段圓心角，一般取90°～110°；

Dj——精軋段孔型直徑，mm。

實(shí)際生產(chǎn)中，喂入量m一般取20～50 mm；軋制厚壁、碳素鋼鋼管、減徑量小時(shí)，m取大值。

（5）芯棒直徑d。d為：

式中T——軋輥彈跳值，mm，一般取1～2 mm。

（6）延伸系數(shù)μ。μ為：

延伸系數(shù)μ可達(dá)10～20。

（7）軋制速度V。用單位時(shí)間內(nèi)軋出的荒管長度來反映軋制速度V：

式中n——軋輥轉(zhuǎn)速，r/min。

（8）軋制一支荒管需要的軋制時(shí)間T軋。T軋為：

式中t——純軋制時(shí)間，s；

t1——打頭時(shí)間，s；

t2——軋制皮爾格頭的時(shí)間，s；

Lm——毛管長度，mm。

4.4 周期軋管機(jī)工具設(shè)計(jì)

周期軋管機(jī)的工具設(shè)計(jì)包括軋輥和芯棒的形狀設(shè)計(jì)及材質(zhì)設(shè)計(jì)。

4.4.1 軋 輥

4.4.1.1 軋輥直徑

軋輥直徑Dg可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中D0max——軋制的最大荒管直徑，mm。

4.4.1.2 孔型縱截面曲線

周期軋管機(jī)孔型的縱截面形狀由不同直徑的圓弧和不同側(cè)壁開口角的直線所組成，對(duì)應(yīng)圓心角各點(diǎn)的軋槽底部圓弧半徑為R，如圖16（a）所示。

（1）鍛軋段（錘頭）孔型曲線計(jì)算公式為：

式中 Rx——對(duì)應(yīng)于θx角的鍛軋段（錘頭）軋槽底部圓弧半徑，mm；

Rg——軋輥半徑，mm；

r0——軋制后的荒管內(nèi)半徑（r0=d/2，以該機(jī)型軋制的荒管最小壁厚來選擇芯棒直徑d），mm；

θx——對(duì)應(yīng)于鍛軋段x截面的圓心角，（°）；

θ1——鍛軋段圓心角，（°）。

根據(jù)不同θx，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的Rx，然后圓滑連接Rx各點(diǎn)，得到鍛軋段軋槽底部曲線。

（2）精軋段孔型曲線。精軋段軋槽底部曲線為一圓心在軋輥中心，半徑為R3的圓弧曲線，與R3對(duì)應(yīng)的精軋段軋槽直徑為設(shè)計(jì)的目標(biāo)孔型直徑D。R3是一常數(shù)，它不因圓心角的變化而變化。

式中D——精軋段孔型直徑，mm。

（3）終軋段孔型曲線。終軋段孔型曲線也是一圓心在軋輥中心，半徑為R4的圓弧曲線。為了讓荒管能逐步并平穩(wěn)地與軋槽脫離接觸，避免軋輥在荒管表面上產(chǎn)生壓痕，并保證軋槽由精軋段圓滑過渡到終軋段，終軋段孔型直徑要比精軋段孔型直徑逐漸加大2～4 mm，相對(duì)應(yīng)的終軋段軋槽底部圓弧半徑R4要比精軋段軋槽底部圓弧半徑減小1～2 mm。即：R4=R3-（1～2）。

（4）空軋段孔型曲線。空軋段是不參與變形的。因此，對(duì)空軋段孔型曲線的形狀和精度要求并不高，關(guān)鍵是要保證毛管順利實(shí)現(xiàn)送進(jìn)和翻轉(zhuǎn)90°。為了能滿足上述要求，空軋段的軋槽直徑要大于軋制的最大毛管外徑，但空軋段的軋槽直徑過大會(huì)減小軋輥的強(qiáng)度。

4.4.1.3 各段圓心角的分配

在軋輥直徑一定的前提下，各段圓心角的大小反映了各段軋槽底部圓弧的長短（圖16a）。在360°的軋輥圓心角范圍內(nèi)，若某一段的圓心角大，則其他段的圓心角就小。合理分配各段圓心角的大小，有利于提高周期軋管機(jī)的產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。

（1）鍛軋段圓心角。鍛軋段是金屬集中變形區(qū)，鍛軋段的圓心角越大，表明鍛軋段的長度越長。在金屬變形量（喂入量）不變的情況下，鍛軋段越長，則金屬的變形就越平緩均勻。從提高荒管質(zhì)量的角度考慮，希望鍛軋段長一些。另外，增加鍛軋段的長度還有利于減小錘頭角度而改善咬入條件，增加喂入量，提高軋機(jī)產(chǎn)量。一般取60°～90°。

（2）精軋段圓心角。精軋段的作用是均整管壁，從提高荒管壁厚精度和表面質(zhì)量的角度考慮，希望精軋段長一些。在設(shè)計(jì)精軋段圓心角時(shí)，應(yīng)保證同一截面的荒管在精軋段至少重軋2次，精軋段圓心角一般取 90°～110°。

（3）終軋段圓心角。終軋段的作用是保證荒管能平緩與軋槽脫離接觸，一般取10°～20°。

（4）空軋段圓心角?？哲埗蔚拈L度應(yīng)保證毛管送進(jìn)和翻轉(zhuǎn)時(shí)不撞擊軋輥，它與喂料器的工作性能有關(guān)。若空軋段太長，會(huì)削弱工作段的長度；若空軋段太短，喂料器沒有充足的時(shí)間來完成毛管的送進(jìn)和翻轉(zhuǎn)。一般取 130°～160°。

4.4.1.4 孔型橫截面形狀

周期軋管機(jī)的孔型是帶側(cè)壁開口角的圓孔型。若孔型側(cè)壁開口角α太小，則荒管在軋制過程中會(huì)發(fā)生金屬的過充滿，導(dǎo)致荒管在輥縫處形成尖銳的“耳子”，在下道次軋制時(shí)，“耳子”轉(zhuǎn)至軋槽的底部位置，倒伏形成軋折。若孔型側(cè)壁開口角α太大，孔型側(cè)壁不能有效限制金屬的寬展，雖不易形成“耳子”，但容易造成荒管的對(duì)稱性壁厚不均。由此可見，孔型側(cè)壁開口角α與金屬寬展的影響密切相關(guān)，在鍛軋段，壓下的金屬最多，寬展的金屬也最多；在精軋段，毛管減徑和減壁量都很小，寬展的金屬也相對(duì)較少。因此，從鍛軋段到精軋段要選用不同的孔型側(cè)壁開口角。鍛軋段孔型側(cè)壁開口角α一般取17°～37°，精軋段孔型側(cè)壁開口角α一般取14°～30°。孔型側(cè)壁開口角還視孔型大小的不同而不同，小孔型取較小的孔型側(cè)壁開口角。周期軋管機(jī)孔型側(cè)壁開口角如圖19所示。

圖19 周期軋管機(jī)孔型側(cè)壁開口角示意

4.4.1.5 軋輥材質(zhì)

周期軋管機(jī)的軋輥常用60CrNiMo鍛鋼制作。某廠Φ630 mm大型周期軋管機(jī)的軋輥化學(xué)成分見表10，調(diào)質(zhì)熱處理后的力學(xué)性能見表11。

表10 軋輥（60CrNiMo）化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表11 軋輥（60CrNiMo）調(diào)質(zhì)熱處理后的力學(xué)性能

4.4 .2芯棒設(shè)計(jì)

4.4.2.1 芯棒長度

芯棒長度Lx：

式中L1——芯棒卡頭長度，mm；

L2——脫管環(huán)長度，mm；

ΔLx——芯棒裕量，約大于軋輥工作段軋槽底部圓弧長度，mm。

4.4.2.2 芯棒材質(zhì)

芯棒常用42CrMo鍛鋼制作，其調(diào)質(zhì)熱處理后的力學(xué)性能見表12。

表12 芯棒（42CrMo）調(diào)質(zhì)熱處理后的力學(xué)性能

4.5 周期軋管機(jī)工藝參數(shù)調(diào)整

周期軋管機(jī)的工藝調(diào)整參數(shù)包括孔型中心線、軋制中心線，軋輥直徑、輥縫，軋制速度、喂料器的空氣壓力和喂入量等。

孔型中心線調(diào)整要保證上、下兩個(gè)軋輥在水平面不錯(cuò)位、在垂直面平行，兩側(cè)輥縫大小相等。

軋制中心線的調(diào)整是要保證孔型中心線和軋制中心線重合。

如果上、下兩個(gè)軋輥直徑不相等，則大直徑軋輥對(duì)應(yīng)的軋槽弧線長，小直徑軋輥對(duì)應(yīng)的軋槽弧線短，勢(shì)必造成兩個(gè)軋輥孔型曲線不對(duì)稱而帶來變形不對(duì)稱。一般來講，兩個(gè)軋輥的直徑相差不大于10 mm，且將大直徑的軋輥安裝在上軋輥軸承座上。

輥縫調(diào)整要求：一是要保證左、右兩側(cè)軋輥的輥縫大小一致；二是通過調(diào)整輥縫大小，保證荒管的外徑和壁厚符合要求。

在軋輥直徑確定的前提下，軋制速度的大小主要是通過調(diào)整軋輥轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的。軋輥轉(zhuǎn)速越高，則軋制速度越快。但軋輥速度的提高受到空軋段的軋槽長度、喂料器的送進(jìn)速度和喂入量m的限制。軋輥轉(zhuǎn)速的調(diào)整以喂料器將喂入量為m的毛管順利送入空軋段并實(shí)現(xiàn)毛管的翻轉(zhuǎn)且毛管不撞擊軋輥為前提。同時(shí)，軋制速度還與軋制負(fù)荷有關(guān)，提高軋制速度會(huì)增大軋制力。

喂料器空氣室內(nèi)柱塞和螺桿是以壓縮空氣作為動(dòng)力。通過調(diào)整空氣室的體積來調(diào)節(jié)空氣的壓力，保證柱塞運(yùn)行速度。軋制大直徑鋼管時(shí)，調(diào)小空氣室的體積，柱塞前沖的壓力就高；軋制小直徑鋼管時(shí)，調(diào)大空氣室的體積，柱塞前沖的壓力就小。

喂入量m是最重要的調(diào)整參數(shù)之一，它決定著軋機(jī)的產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，也影響到軋機(jī)的負(fù)荷和喂料器喂入毛管時(shí)與軋輥轉(zhuǎn)過空軋段的同步協(xié)調(diào)性。喂入量m一般取20～50 mm。

4.6 周期軋管機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量缺陷與預(yù)防

周期軋管機(jī)軋制的荒管缺陷來自毛管和軋管工序兩部分。毛管自身的缺陷經(jīng)軋制后會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展。軋管工序產(chǎn)生的缺陷包括荒管壁厚不均（橫向壁厚不均、縱向壁厚不均和“跑壁厚”）、表面缺陷（表面擦傷、內(nèi)外結(jié)疤、內(nèi)直道、裂紋、內(nèi)麻坑）和軋折（軋折、軋破、“娃娃口”）。

4.6.1 壁厚不均

荒管壁厚不均是周期軋管機(jī)容易產(chǎn)生的主要質(zhì)量缺陷。在眾多的軋管機(jī)中，周期軋管機(jī)軋制的荒管壁厚不均最為嚴(yán)重。影響荒管壁厚不均的主要因素有軋輥孔型形狀、軋制工藝參數(shù)、軋管工具等。

（1）軋輥孔型形狀對(duì)壁厚不均的影響。

軋輥孔型形狀與軋槽的橫截面和縱截面曲線及各段圓心角的大小有關(guān)，也與軋輥的調(diào)整有關(guān)。

周期軋管機(jī)的變形量大，軸向延伸阻力大，金屬容易產(chǎn)生寬展，從而造成荒管橫向壁厚不均。孔型側(cè)壁開口角的大小對(duì)限制毛管橫向變形有直接的關(guān)系，減小孔型側(cè)壁開口角和輥縫值有利于減小荒管的對(duì)稱性橫向壁厚不均。但孔型側(cè)壁開口角和輥縫值過小時(shí)，金屬容易進(jìn)入狹小的輥縫，使荒管產(chǎn)生“耳子”和軋折。為了做到二者兼顧，一般來講，鍛軋段的孔型側(cè)壁開口角取17°～37°，精軋段的孔型側(cè)壁開口角取 14°～30°；輥縫取 15～40 mm?？仔驮酱?，輥縫取大值；軋制的荒管壁厚越厚，孔型側(cè)壁開口角取小值。

精軋段的長度越長，均壁效果越好。在分配圓心角時(shí)，精軋段的長度要保證對(duì)同一截面的荒管進(jìn)行兩次以上的輾軋，重軋系數(shù)取2.5～3.0。

當(dāng)上、下兩個(gè)軋輥的軸線不平行，輥縫會(huì)一邊大而另一邊小，在這種孔型中軋制的荒管，其壁厚會(huì)出現(xiàn)一邊厚而另一邊薄。這種情況往往是由兩個(gè)軋輥的軸承磨損不一致造成的。因此，應(yīng)及時(shí)更換磨損不一致的軸承，或在磨損嚴(yán)重的軸承座下加放墊片，以保證兩側(cè)的輥縫相等。當(dāng)上、下兩個(gè)軋輥的孔型錯(cuò)位，軋制的荒管非但不圓，還會(huì)出現(xiàn)壁厚不均。

鍛軋段孔型尺寸隨圓心角的變化而不同，如果軋輥的接手發(fā)生了不均勻磨損，上、下軋輥的軋槽所對(duì)應(yīng)的角度錯(cuò)位，會(huì)帶來上軋槽和下軋槽對(duì)應(yīng)的孔型曲線不一致，其中的一個(gè)軋輥會(huì)軋制超前，造成在兩個(gè)軋輥上的減徑、減壁變形不對(duì)稱。同時(shí)，還會(huì)縮短精軋段的有效長度，減小重軋系數(shù)，不利于荒管壁厚精度的提高。如果將方形的軋輥接手改成梅花接手，可減小接手的不均勻磨損程度。

另外，周期軋管機(jī)的下輥為主動(dòng)，上輥通過人字齒輪隨動(dòng)。在軋制過程中，上輥的運(yùn)動(dòng)稍滯后于下輥。為了保證上、下兩個(gè)軋輥的孔型曲線對(duì)稱，上輥直徑要比下輥直徑大一些，一般應(yīng)在5～10 mm，大直徑軋輥取大值。

前、后兩支荒管的壁厚不一致（俗稱“跑壁厚”）是周期軋管時(shí)的常見缺陷。造成“跑壁厚”的原因有兩個(gè)：一是同組芯棒的直徑差超過了要求，根據(jù)規(guī)定，1組芯棒為6根，同組芯棒的直徑差不得超過0.5 mm；二是輥縫發(fā)生了改變。當(dāng)一支荒管軋完之后，為使皮爾格頭能順利通過軋槽，上輥要提升一定的高度，若上輥不能準(zhǔn)確恢復(fù)到原設(shè)定的位置，會(huì)使輥縫的大小發(fā)生變化，勢(shì)必造成下一支荒管的壁厚與前一支的不一樣。通過測(cè)量荒管的長度來間接反映荒管壁厚或檢測(cè)荒管的外徑來反映輥縫的大小或采用自動(dòng)檢測(cè)裝置來測(cè)量荒管的外徑和壁厚，以此數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)上輥壓下位置的依據(jù)，是減少因輥縫變化造成“跑壁厚”的有效措施。

（2）工藝參數(shù)對(duì)壁厚不均的影響。

工藝參數(shù)包括：毛管喂入量、延伸系數(shù)，軋制溫度、軋制速度和潤滑條件等。

喂入量越大，表明在一個(gè)軋制周期中，參與變形的金屬越多。一方面，會(huì)增加金屬寬展量而造成壁厚不均；另一方面，會(huì)增加延伸系數(shù)而減小重軋系數(shù)，降低精軋均壁的效果。特別是當(dāng)軋輥的直徑較小或軋制薄壁鋼管（延伸系數(shù)較大），這種影響更加明顯。

生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)軋輥直徑、延伸系數(shù)和軋制負(fù)荷來選擇毛管喂入量m，一般控制在20～50 mm，小直徑軋輥在軋制薄壁鋼管時(shí)取小值。

延伸系數(shù)對(duì)壁厚不均的影響主要反映在變形量的大小對(duì)壁厚不均的影響上。變形量大，則延伸系數(shù)大，造成金屬寬展量大，重軋系數(shù)小，荒管的壁厚精度差。延伸系數(shù)對(duì)壁厚不均的影響與毛管喂入量的影響如出一轍。因此，在軋制延伸系數(shù)大的薄壁鋼管時(shí)，應(yīng)減小毛管喂入量。

軋制溫度低，不利于金屬縱向延伸，會(huì)降低荒管壁厚精度。同時(shí)，軋制溫度低，鋼變形抗力大，軋管機(jī)彈跳增加，也會(huì)降低荒管的壁厚精度。從降低軋制負(fù)荷，增加鋼的變形能力，提高壁厚精度角度考慮，保證開軋溫度符合工藝要求至關(guān)重要。

另外，周期軋管機(jī)的軋制速度低，軋制時(shí)間長，毛管在軋制過程中的溫降大，在軋制毛管尾部時(shí)會(huì)出現(xiàn)溫度低于軋制毛管頭部時(shí)的情況。因毛管頭、尾存在溫差，從理論上講，荒管前端的壁厚要比尾端的壁厚薄，但因芯棒套在毛管之中，當(dāng)軋制時(shí)間增加時(shí)，芯棒的溫度會(huì)升高，并產(chǎn)生熱膨脹，它對(duì)前述因毛管溫降而帶來的荒管壁厚增厚有一定的抵消效果。所以，因軋制時(shí)間延長而造成毛管溫度降低（不是在軋冷鋼的條件下）所帶來的壁厚不均并不突出。軋制速度對(duì)壁厚不均的影響反映在軋制負(fù)荷和軋制溫度上。生產(chǎn)實(shí)踐表明，軋制速度對(duì)荒管壁厚不均的影響不明顯。

芯棒的潤滑效果會(huì)影響荒管的壁厚不均。芯棒潤滑效果越差，阻礙金屬縱向延伸的阻力就越大，金屬的橫向變形就越明顯，荒管的壁厚不均也就越嚴(yán)重。因此，加強(qiáng)芯棒潤滑是提高荒管壁厚精度的有效手段。常用的芯棒潤滑劑是水基石墨潤滑劑。

（3）軋管工具對(duì)壁厚不均的影響。

軋輥直徑大小對(duì)荒管壁厚不均的影響，主要為鍛軋段和精軋段的軋槽長度對(duì)荒管壁厚不均的影響。軋輥直徑減小，鍛軋段變短，錘頭角增大，錘頭曲線變陡，在喂入量相同時(shí)變形更加集中劇烈，金屬橫向?qū)捳箛?yán)重，荒管的壁厚不均程度增加。同時(shí)，精軋段變短，重軋系數(shù)減小，均壁效果降低。

當(dāng)軋輥和芯棒的表面發(fā)生嚴(yán)重磨損、老化、龜裂，除會(huì)影響荒管的表面質(zhì)量外，還會(huì)增加毛管表面與軋管工具之間的摩擦力，造成荒管的壁厚不均程度增加。由于芯棒的磨損容易發(fā)生在芯棒的后半部分（磨損最嚴(yán)重的部位在靠近芯棒尾端1/3處），一旦芯棒磨損形成“倒錐”狀，應(yīng)及時(shí)更換芯棒。

在軋制高合金鋼管和不銹鋼管時(shí)，為了便于脫棒和減小金屬的延伸阻力，可將芯棒加工成后端直徑比前端直徑大1～2 mm的錐形芯棒。

4.6.2 表面缺陷

（1）表面擦傷與內(nèi)直道。

表面存在缺陷的軋輥和不光滑的軋管機(jī)后導(dǎo)槽，均會(huì)造成荒管外表面擦傷。

內(nèi)直道是由于表面黏鋼、嚴(yán)重磨損、“掉肉”的芯棒或毛管內(nèi)表面殘存的堅(jiān)硬氧化鐵皮、“鐵耳子”，在軋制過程中或在脫棒時(shí)，劃傷毛管內(nèi)表面而形成的直線狀溝痕。

后導(dǎo)槽是由一組固定的半圓形鑄鋼件組成。從軋管機(jī)中軋出的荒管，在后導(dǎo)槽上隨著毛管送進(jìn)和后退來回摩擦，容易擦傷外表面。當(dāng)軋制中心線調(diào)整不正確或后導(dǎo)槽磨損嚴(yán)重，這種擦傷會(huì)更嚴(yán)重。

為了避免荒管的表面擦傷和內(nèi)直道缺陷，應(yīng)保證芯棒和軋輥表面光滑，并加強(qiáng)對(duì)軋輥的冷卻和芯棒的潤滑，更換磨損嚴(yán)重的后導(dǎo)槽，將毛管內(nèi)表面的氧化鐵皮、“鐵耳子”等清除干凈。

（2） 內(nèi)麻坑。

內(nèi)麻坑是傳統(tǒng)工藝流程的周期軋管機(jī)組常見的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。水壓沖孔坯再加熱時(shí)，其內(nèi)表面會(huì)產(chǎn)生比較厚的氧化鐵皮，若氧化鐵皮未去除干凈，在軋管時(shí)會(huì)被壓入荒管內(nèi)表面，荒管經(jīng)矯直機(jī)矯直后氧化鐵皮會(huì)脫落，從而產(chǎn)生內(nèi)麻坑。

清除毛管內(nèi)表面氧化鐵皮的常用方法是增設(shè)吹硼砂防氧化吹掃系統(tǒng)，利用高壓氣體將毛管內(nèi)表面的氧化鐵皮吹出。現(xiàn)代化的周期軋管機(jī)組采用直接穿孔工藝，取消了水壓沖孔工序和再加熱工序，使內(nèi)麻坑缺陷大大減少。

（3） 結(jié)疤。

荒管表面結(jié)疤除與芯棒和軋輥的表面不光滑有一定的關(guān)系外，還與軋制狀態(tài)有直接關(guān)系。軋制過程中，毛管向前送進(jìn)，軋輥沿著與毛管送進(jìn)相反的方向旋轉(zhuǎn)。如果毛管在送進(jìn)時(shí)與反向旋轉(zhuǎn)的軋輥軋槽發(fā)生撞擊，軋槽就會(huì)擦傷毛管表面，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成結(jié)疤。為了解決毛管喂入與軋制不同步的問題，應(yīng)根據(jù)軋輥直徑、喂料器沖程及氣缸風(fēng)壓的大小來合理調(diào)整軋管機(jī)的轉(zhuǎn)速。

4.6.3 軋 折

軋折可分為縱向軋折和橫向軋折。

金屬被擠入輥縫會(huì)形成尖銳的“耳子”，在下一個(gè)周期軋制時(shí)，“耳子”被翻轉(zhuǎn)到孔型頂部，倒伏軋成縱向外折。實(shí)際生產(chǎn)中，這種外折的形態(tài)和分布很有規(guī)律，即沿荒管軸線呈直線狀斷續(xù)分布，長度較短。

軋輥和芯棒表面不光滑、毛管喂入量太大等促進(jìn)金屬橫向?qū)捳沟囊蛩?，都容易?dǎo)致縱向軋折的產(chǎn)生。適當(dāng)增大軋輥孔型側(cè)壁開口角和輥縫，讓金屬有較寬松的寬展空間，防止其進(jìn)入狹小的輥縫而變成尖銳的“耳子”，可以減少縱向軋折。

當(dāng)喂入軋槽金屬被軋輥輾軋而堆積在軋輥出口附近并形成凸包，在毛管后退時(shí)，凸包被疊軋?jiān)诨墓鼙砻?，?huì)產(chǎn)生類似“舌狀”橫向軋折。若疊軋金屬太多，容易軋成穿透性的孔洞，變成“娃娃口”。

橫向軋折在生產(chǎn)大直徑薄壁鋼管和軋制到后半段時(shí)容易發(fā)生。加大軋輥直徑，減小毛管喂入量，提高軋制溫度，保證軋制中心線與孔型中心線一致，增大軋輥孔型側(cè)壁開口角等都有利于減少橫向軋折的發(fā)生。另外，減小毛管和芯棒直徑，或采用錐形芯棒（芯棒頭尾直徑相差1～2 mm），并加強(qiáng)芯棒潤滑，也是減少橫向軋折的有效措施。

4.7 周期軋管機(jī)組的改進(jìn)

周期軋管機(jī)在生產(chǎn)大直徑厚壁合金鋼管方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，特別適合小批量、多品種、多規(guī)格鋼管的生產(chǎn)。針對(duì)周期軋管機(jī)組產(chǎn)量低、鋼管表面質(zhì)量差和壁厚精度低等突出問題，人們一直在設(shè)法對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和改造，主要包括以下幾方面的內(nèi)容。

（1）采用連鑄圓管坯作為周期軋管機(jī)的坯料，以提高鋼管表面質(zhì)量。

（2）用斜軋穿孔機(jī)取代水壓沖孔機(jī)和斜軋延伸機(jī)，并取消沖孔坯加熱工序，以提高鋼管的壁厚精度和表面質(zhì)量。

（3）優(yōu)化軋輥孔型形狀，采用數(shù)控車床加工孔型，以保證孔型加工精度，并提高軋管機(jī)產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。

（4）采用限動(dòng)絲桿喂料裝置和翻轉(zhuǎn)角可調(diào)整的喂料器，提高毛管喂入量精確性和翻轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確性。

（5）完善在線檢測(cè)和輥縫壓下及控制系統(tǒng)，實(shí)施對(duì)管坯加熱溫度、鋼管外徑和壁厚的在線檢測(cè)并實(shí)施閉環(huán)控制，以提高荒管的尺寸精度。

（6）研究軋輥新材料和軋輥堆焊技術(shù)，以提高其耐磨性和抗沖擊性，從而提高軋輥使用壽命。

（7）研究潤滑劑的成分，并改進(jìn)潤滑工藝，以提高芯棒的使用壽命。

（8）采用芯棒預(yù)裝和預(yù)打頭工藝，以減少軋制輔助時(shí)間，提高軋管機(jī)產(chǎn)量。

（9）改造周期軋管機(jī)后導(dǎo)槽，用惰輥取代U形導(dǎo)槽，以減少荒管的表面擦傷。

（10）采用大直徑空心芯棒，改善冷卻條件。

4.8 周期軋管機(jī)組平面布置和主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

周期軋管機(jī)組平面布置如圖20所示。周期軋管機(jī)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表13。

圖20 周期軋管機(jī)組平面布置示意

表13 周期軋管機(jī)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)