5 鋼管定（減）徑機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量缺陷與預(yù)防

鋼管在定（減）徑過程中，所產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷主要包括：幾何尺寸超差、“青線”、“指甲印”、擦傷、麻面、結(jié)疤、內(nèi)凸、“內(nèi)方”等。

5.1 幾何尺寸超差

5.1.1 外徑及橢圓度超差

影響鋼管外徑、橢圓度超差的主要原因有：軋輥裝配及孔型調(diào)整不當(dāng)、變形量分配不合理、孔型加工精度差或磨損嚴(yán)重、荒管溫度過高或過低以及縱向溫度不均等。

（1） 孔型形狀和軋輥裝配精度對(duì)鋼管外徑的影響。

斜軋定徑機(jī)的孔型形狀對(duì)鋼管外徑的影響可參照斜軋管的影響是顯而易見的，其孔型調(diào)整的要求和方法可參照斜軋管的。

輥縫可調(diào)的縱軋定（減）徑機(jī)，當(dāng)孔型（尤其是成品及成品前架）錯(cuò)位或輥縫值超差（過大或過小）時(shí)，會(huì)帶來定（減）徑后的鋼管外徑超差或外形呈橢圓狀。當(dāng)軋輥出現(xiàn)了嚴(yán)重磨損（特別是成品及成品前機(jī)架），導(dǎo)致孔型直徑變大，鋼管的外徑也隨之變大。

為了提高定（減）徑后鋼管的外徑精度，減小鋼管的橢圓度，應(yīng)保證孔型加工和調(diào)整的精度，使孔型尺寸和形狀符合工藝要求。對(duì)于三輥可調(diào)式定（減）徑機(jī)而言，在調(diào)整輥縫位置時(shí)，必須保證3 個(gè)軋輥同時(shí)調(diào)整，且調(diào)整的參數(shù)相同，孔型中心保持不變。

對(duì)于孔型加工好了以后再與輥軸進(jìn)行組裝的組合式軋輥，若裝配發(fā)生偏心，軋出的鋼管外徑會(huì)出現(xiàn)一節(jié)大，一節(jié)小。

（2） 減徑量對(duì)鋼管外徑的影響。

單機(jī)架減徑量的大小會(huì)影響軋制力的變化，進(jìn)而帶來軋輥彈跳值的變化，導(dǎo)致輥縫值的增減，造成鋼管外徑發(fā)生變化。一般來講，成品前架的減徑量只有單機(jī)架平均減徑量的一半，成品機(jī)架基本上不給減徑量。

（3） 荒管溫度對(duì)鋼管外徑的影響。

荒管加熱溫度的高低會(huì)帶來金屬變形抗力的變化，進(jìn)而造成軋制力和平均張力系數(shù)的變化。另外，鋼管溫度是鋼管直徑的函數(shù)，溫度越高，熱外徑越大。一般認(rèn)為，鋼管的熱外徑與室溫條件下的外徑存在以下關(guān)系：

式中 Dr—— 加熱后的鋼管熱外徑，mm；

D —— 室溫下的鋼管外徑，mm；

t —— 鋼管的溫度，℃；

α —— 鋼的熱膨脹系數(shù)，mm/℃。

對(duì)于碳鋼，終軋溫度在800～1 000 ℃時(shí)，其熱膨脹系數(shù) α 取 13.5×10-6～17.5×10-6mm/℃，通常（1+αt）取 1.010～1.015。

定（減）徑時(shí)，鋼管溫度的高低和均勻性（尤其是終軋溫度）除影響鋼管的外徑、壁厚等尺寸精度外，還會(huì)影響到鋼管的表面質(zhì)量及其在熱軋狀態(tài)下交貨的力學(xué)性能。

為了保證荒管定（減）徑時(shí)的溫度合理且均勻，常用的辦法是在定（減）徑前嚴(yán)格按工藝要求對(duì)荒管進(jìn)行再加熱，以消除因溫度不均而帶來的鋼管外徑超差，保證鋼管力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.1.2 壁厚超差

鋼管壁厚超差主要表現(xiàn)為壁厚不均和內(nèi)孔不圓。壁厚超差與定徑前的荒管壁厚精度、減徑量、孔型形狀和孔型調(diào)整、張力系數(shù)以及荒管加熱溫度等因素有關(guān)。

（1） 荒管壁厚不均的影響。

定（減）徑時(shí)，由于荒管內(nèi)表面沒有芯棒支撐，其管壁得不到壓縮變形?；墓艿谋诤癫痪鶗?huì)“遺傳”到定（減）徑后的成品鋼管上。所以，提高荒管壁厚的均勻性是確保成品鋼管壁厚精度的首要條件。

（2） 孔型形狀及孔型調(diào)整的影響。

孔型錯(cuò)位、歪斜或軋輥磨損等都會(huì)帶來孔型形狀和尺寸的變化，其除了會(huì)影響鋼管的外徑精度外，還會(huì)造成鋼管的壁厚不均。

當(dāng)孔型側(cè)壁開口角越大且輥縫值越大時(shí)，孔型側(cè)壁對(duì)金屬寬展的抑制能力會(huì)減弱，從孔型頂部壓下的金屬容易流到輥縫附近，由此造成鋼管的壁厚不均。這種影響在荒管減徑量大、平均張力系數(shù)小時(shí)更明顯。

軋槽深度會(huì)影響鋼管的壁厚不均。軋槽越深，孔型頂部和孔型邊緣的速差越大，金屬變形越不均勻，導(dǎo)致鋼管壁厚精度降低。這也是三輥孔型的定（減）徑機(jī)較二輥孔型的定（減）徑機(jī)軋制的鋼管壁厚精度更高的原因之一。

為了減小孔型因素對(duì)鋼管壁厚不均的影響，在保證寬展的金屬不進(jìn)入輥縫而產(chǎn)生“青線”或軋折的前提下，應(yīng)盡可能減小孔型側(cè)壁開口角和輥縫值，采用零寬展或負(fù)寬展孔型。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)孔型的調(diào)整，保證孔型不錯(cuò)位、不歪斜。

（3） 張力系數(shù)的影響。

張力會(huì)促進(jìn)金屬延伸，抑制寬展和增壁，有利于鋼管壁厚精度的提高。隨著張力系數(shù)的增大，鋼管壁厚會(huì)減薄，但鋼管頭、尾會(huì)產(chǎn)生不均勻增厚（即產(chǎn)生“張力頭”）。

實(shí)際生產(chǎn)中，采用“削尖”軋制技術(shù)和鋼管管端壁厚控制技術(shù)，能使管端的增厚長(zhǎng)度減少30%以上，甚至超過50%。

（4） 荒管減徑率的影響。

荒管減徑率的大小對(duì)鋼管壁厚不均的影響與張力系數(shù)有關(guān)。表現(xiàn)為：當(dāng)荒管減徑率大而張力系數(shù)小時(shí)，管壁會(huì)增厚；在荒管減徑率較大的條件下，增大張力系數(shù)，有利于壁厚精度的提高；在張力系數(shù)較小的條件下，減小單機(jī)架減徑率和總減徑率，對(duì)提高壁厚精度有益。

（5） 荒管加熱溫度的影響。

荒管加熱溫度的高低會(huì)改變張力系數(shù)的大小，進(jìn)而影響金屬的流動(dòng)。前已述及，張力系數(shù)是金屬軸向應(yīng)力與金屬的平面變形抗力之比值。如果荒管的加熱溫度降低，金屬的平面變形抗力會(huì)升高，張力系數(shù)會(huì)減小。在這種情況下，金屬的軸向延伸相對(duì)比較困難，從而增大了金屬的橫向流動(dòng)，使鋼管的壁厚精度降低。與此相反，當(dāng)荒管的加熱溫度較高時(shí)，張力系數(shù)會(huì)增大，有利于金屬的軸向流動(dòng)而抑制其橫向?qū)捳?，使鋼管的壁厚精度提高。但加熱溫度太高，且張力系?shù)太大時(shí)，管壁會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重拉薄。保證荒管的加熱溫度符合工藝要求，并提高溫度的均勻性，有利于減小鋼管的壁厚不均。

5.2 “青線”和“指甲印”

“青線”和“指甲印”都是在軋輥邊緣處產(chǎn)生的。在以下兩種情況下鋼管會(huì)產(chǎn)生“青線”：一是由于在某一機(jī)架或幾個(gè)機(jī)架中，因?qū)捳瓜禂?shù)大（零寬展孔型或負(fù)寬展孔型），或減徑量大，或張力系數(shù)小，導(dǎo)致金屬流入狹小的輥縫形成“耳子”，經(jīng)下一孔型軋制后變成“青線”或軋折；二是軋輥發(fā)生了“垮架”，不在同一孔型圓周上的軋輥邊緣壓在鋼管表面上，造成直線狀的壓痕?！扒嗑€”可能是一條，也可能是多條。“指甲印”是因輥緣的線速度快于鋼管的運(yùn)動(dòng)速度，軋輥邊緣與鋼管表面之間產(chǎn)生了較大的相對(duì)滑動(dòng)，造成黏鋼結(jié)瘤，進(jìn)而壓傷鋼管表面而產(chǎn)生的。“指甲印”沿管體縱向分布，形貌呈短弧形，類似“指甲”狀。嚴(yán)重的“青線”和“指甲印”可致鋼管判廢。

三輥式定（減）徑機(jī)的軋槽較淺，鋼管的運(yùn)動(dòng)速度與軋輥邊緣的速差較小，故鋼管不易產(chǎn)生“指甲印”。二輥式定（減）徑機(jī)因孔型側(cè)壁開口角和輥縫值較大，故鋼管不易產(chǎn)生“青線”。

為預(yù)防鋼管表面出現(xiàn)“青線”，在孔型設(shè)計(jì)或孔型調(diào)整時(shí)，要保證合適的孔型橢圓度和輥縫值，防止孔型錯(cuò)位，避免軋制冷鋼而損壞軸承。為減少“指甲印”，必須保證軋輥表面硬度和良好的冷卻條件，防止輥面黏鋼。

5.3 內(nèi) 凸

內(nèi)凸是指荒管定（減）徑時(shí)，由于單架定（減）徑量過大，造成其管壁向內(nèi)彎折（有時(shí)呈閉合狀），而在鋼管內(nèi)壁形成凸起的線狀缺陷。

據(jù)有關(guān)資料介紹，鋼管在定（減）徑時(shí)，存在一個(gè)臨界減徑量，一旦某一機(jī)架的減徑量超過臨界減徑量，鋼管就會(huì)在孔型中失穩(wěn)而產(chǎn)生內(nèi)凸。這種鋼管缺陷不常發(fā)生。鋼管內(nèi)凸主要是在軋制薄壁鋼管時(shí)，因機(jī)架組合出現(xiàn)失誤，或孔型調(diào)整出現(xiàn)嚴(yán)重差錯(cuò)，或機(jī)架發(fā)生機(jī)械故障所致的。提高張力系數(shù)，可以提高臨界減徑量，減小減徑量可以提高鋼管在孔型中變形的穩(wěn)定性，二者均能防止鋼管產(chǎn)生內(nèi)凸。在生產(chǎn)中，應(yīng)嚴(yán)格按軋制表配輥，并精心調(diào)整孔型，防止鋼管內(nèi)凸缺陷的發(fā)生。

5.4 擦傷和麻面

擦傷主要是由于機(jī)架間的“鐵耳子”和粗糙的出、入口輥道或滑板上的尖銳物劃傷鋼管表面造成的。減徑時(shí)，軋制速度可能高達(dá)5～7 m/s，鋼管在出口輥道和滑板上高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，很容易擦傷表面。一旦發(fā)現(xiàn)鋼管表面擦傷，應(yīng)及時(shí)檢查、修磨或更換磨損、黏鋼的工具，清除機(jī)架間的“鐵耳子”。

麻面是由于老化、粗糙的軋輥表面，或荒管表面過厚的氧化鐵皮沒能得到很好的清除而造成的。在荒管定（減）徑前，用高壓水（壓力為16～20 MPa）將其表面的氧化鐵皮清除干凈，可以提高鋼管的外表面質(zhì)量。

5.5 結(jié) 疤

結(jié)疤以不規(guī)則形式分布于鋼管表面，主要是因軋輥表面黏鋼結(jié)瘤或軋輥邊緣破損帶來的。其與軋輥的硬度和冷卻狀況、軋槽深度以及減徑量等因素有關(guān)。

改進(jìn)軋輥材質(zhì)，提高軋輥輥面硬度（280～320 HB），保證良好的軋輥冷卻條件，減小單機(jī)架減徑量以及減小軋輥表面與金屬表面的相對(duì)滑動(dòng)速度等都有利于減少軋輥黏鋼的機(jī)會(huì)。一旦發(fā)現(xiàn)鋼管有結(jié)疤，應(yīng)根據(jù)其缺陷的形狀及分布狀況，查找產(chǎn)生結(jié)疤的所在機(jī)架，對(duì)黏鋼或破損的軋輥進(jìn)行修復(fù)，不能修復(fù)的軋輥應(yīng)及時(shí)更換。

5.6 “內(nèi)方”

“內(nèi)方”是鋼管減徑時(shí)的一種特有缺陷，其形態(tài)如圖2 所示?！皟?nèi)方”除對(duì)鋼管壁厚精度有影響外，還會(huì)影響鋼管內(nèi)孔形狀，造成其內(nèi)孔不圓。“內(nèi)方”的程度可用P 值判定，并由公式（44）～（46）計(jì)算：

式中 Sa—— 對(duì)應(yīng)孔型頂部或輥縫處的鋼管N 個(gè)壁厚值，mm；

Sb—— 對(duì)應(yīng)孔型頂部到輥縫中點(diǎn)處的鋼管N個(gè)壁厚值，mm；

N —— 表示“內(nèi)方形”的邊數(shù)。“內(nèi)六方”時(shí)，N=6；“內(nèi)四方”時(shí)，N=4。

P 值的絕對(duì)值愈大，表示鋼管“內(nèi)方”的程度愈嚴(yán)重。當(dāng)P=0 時(shí)，鋼管無“內(nèi)方”；當(dāng)P ∧0 時(shí)，為負(fù)“內(nèi)方”；當(dāng) P ∨0 時(shí)，為正“內(nèi)方”。

“內(nèi)方”主要是定（減）徑時(shí)，管壁不均勻增厚帶來的，是金屬橫向不均勻變形的結(jié)果，也是鋼管壁厚不均的一種特殊表現(xiàn)形式。

影響鋼管“內(nèi)方”的因素包括：軋制溫度與速度，平均單機(jī)架減徑率和總減徑率、鋼管壁厚系數(shù)（S/D），以及在同樣壁厚系數(shù)時(shí)的鋼管外徑、軋輥直徑、張力系數(shù)和孔型等。一切有利于金屬縱向延伸，限制橫向?qū)捳?，促進(jìn)均勻變形的因素都能降低“內(nèi)方”發(fā)生的幾率，減輕“內(nèi)方”的程度。

防止鋼管產(chǎn)生“內(nèi)方”的措施與減小荒管壁厚不均的措施一樣。特別是設(shè)計(jì)合理的單機(jī)架減徑率、采用圓孔型或負(fù)寬展孔型，并施以較大的張力系數(shù)，可以強(qiáng)化金屬的縱向流動(dòng)，抑制橫向變形，有利于減小鋼管的橫向壁厚不均，甚至不產(chǎn)生“內(nèi)方”。

6 鋼管定（減）徑機(jī)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

鋼管定（減）徑機(jī)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表3，鋼管張力減徑機(jī)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表4。

表3 鋼管定（減）徑機(jī)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

表4 國(guó)內(nèi)典型鋼管張力減徑機(jī)主要技術(shù)參數(shù)