斜轧扩径生产工艺刍议

斜轧扩径生产工艺刍议 李 东， 张志通， 焦如书， 杨 佳， 李 群 （ 天津钢管集团股份有限公司， 天津 300301 ） 摘 要： 简述了斜轧扩径工艺的发展过程和应用情况。 介绍了斜轧扩径机的结构、 轧辊布置及调整方式、 特 点， 以及斜轧扩径的生产工艺流程和变形特点。 初步分析了天津钢管集团股份有限公司 Φ720 mm 斜轧扩管扩径 机组试生产期间的产品质量及影响因素， 该试生产结果表明斜轧扩径机可轧制径壁比大于 50 的薄壁管； 生产的 部分产品填补了国内空白， 产品质量达到或接近国外同类产品的实物质量。 关键词： 无缝钢管； 斜轧扩径； 设备结构特点； 轧辊； 错位布置； 内表面质量 中图分类号： TG335.1 %%文献标识码： B %文章编号： 1001-2311（2009）01-0041-05 Discussion on Rotary-expanding Process Li Dong， Zhang Zhitong， Jiao Rushu， Yang Jia， Li Qun （ Tianjin Steel Pipe Group Corp.， Ltd.， Tianjin 300301， China ） Abstract： Briefly described in the article are the development and application of the rotary-expanding pro- cess. Detailed are such aspects of the rotary expander， covering structure， roll arrangement and roll-setting mode and features as well as the manufacture process flow and deformation characteristics. An initial investiga- tion is made into the quality and quality-affecting factors of the products as made from the trial production of the Φ720 mm rotary expander plant as located in Tianjin Steel Pipe Group Corp. Ltd. The said trial production demonstrates that the rotary expander is capable of producing light-wall tubes with D/S ratio over 50. Part of the products as rolled by the mill are the first of their kinds in the domestic circles， and the product quality is close to or even up to the physical quality of similar products as produced overseas. Key words： Seamless steel tube； Rotary expanding； Equipment structural characteristics； Roll； Dis- placement arrangement； Interior surface quality 0 引 言 斜轧扩径工艺历史悠久 ， 早在 1928 年捷克 Chomotov 钢管厂就投产了 1 套可将钢管外径由 330 mm 扩至 545 mm， 年产量为 10 万t 的斜轧扩 径机组； 美国 Lorain 厂的斜轧扩径机组于 1930 年 投产， 可将钢管外径由 355 mm 扩至 660 mm， 年 产量为 15 万 t； 德国 RAth 厂曾于 1933 年投产 1 套斜轧扩径机组， 扩径前的钢管外径为 600～620 mm， 扩径后达 1 500 mm， 据说已拆除。 斜轧扩径 工艺于 1993 年在意大利 Dalmine 钢管厂的斜轧扩 径机 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中得到了翻新， 最主要的特征是在这一古 老的工艺中成功地应用了计算机自动控制和顶头/ 顶杆采用液压小舱定位技术［1］。 目前世界上仍在运行的斜轧扩径机组除上面提 到的 3 套外， 还有捷克 Chomotov 钢管厂的 Φ711 mm 机组（投产年代不详）和天津钢管集团股份有限 公司于 2008年 6月份投产的 Φ720 mm机组。 1 斜轧扩径工艺简述 所谓斜轧扩径技术， 就是轧件在由两个位于不 重合的水平面上并具有很大倾角的同向旋转的锥形 轧辊和一对上下布置的固定导板及位于轧制中心线 的顶头间组成的孔型中轧制， 在轧制过程中边减壁 李 东（1961-）， 男， 高级工程师， 从事无缝钢管生 产技术工作。 制管工艺与装备 STEEL PIPE Feb． 2009， Vol． 38， No． 1 钢 管 2009 年 2 月 第 38 卷第 1 期 41 边扩径。 图 1 是斜轧扩径轧卡试样纵剖面实物照 片； 图 2是变形区示意， 轧辊的直径从变形区入口 到出口逐渐增大。 钢管的延伸系数通常为 1.0～1.1； 一般一个道次的扩径率为 35%～65%， 最大可达 75%。 扩径后的荒管需要经过均整、 再加热和定径 工序方能得到成品管。 斜轧扩径机组也与其他类型的斜轧机组一样， 设计时须考虑顶头/芯棒的工作环境和使用寿命以 及轧件的温降等因素， 因此所轧制荒管的长度一般 不超过 13.5 m。 目前斜轧扩径被认为是通过热轧获得大直径、 中薄壁无缝钢管的最佳生产方法。 天津钢管集团股份有限公司 Φ720 mm 斜轧扩 径机组的生产工艺流程为： 步进炉加热空心管坯→ 外表面高压水除鳞→内表面除鳞、 润滑及斜轧扩 径→锥形辊均整→步进炉再加热→5 机架四辊式定 径→冷却→精整。 轧制钢管规格： 外径 508～711 mm； 壁厚 9.5～ 40.0 mm。 生产品种： 管线管、 高压锅炉管、 低中压锅炉 管、 车载气瓶管、 结构管、 流体管及表层套管等。 设计年产量： 8万t。 2 斜轧扩径机的设备特点 2.1 轧辊错位布置 以前所有的二辊斜轧机两个轧辊的布置方式不 是水平卧式安装就是垂直立式安装， 而斜轧扩径机 既不是卧式也不是立式， 其两个锥形轧辊的轴线位 于两个错开的、 不重合的水平面上并具有很大的轧 辊倾角［1-2］， 在这里暂将其称为“错位式”［3］， 如图 3 所示。 由于轧辊倾角比较大， 为避免锥形轧辊小直 径端轴承座的位置干涉， 让出入口侧的空间， 便于 轧件的顺利咬入， 每个轧辊都是悬臂式安装的（图 4）。 轧辊轴线与轧制线呈空间交叉， 其垂直偏移量 将产生喂入角和辗轧角使轧件做螺旋前进运动［4］。 2.2 轧辊的调整 传统的二辊斜轧机辊距的调整为轧辊的径向压 Ⅰ — 咬入段 Ⅱ — 扩径段 Ⅲ — 均壁段 1 — 轧辊 2 — 顶头 3 — 轧件 4 — 顶杆 5 — 润滑剂输送管 图 2 斜轧扩径变形区示意 图 1 斜轧扩径轧卡试样纵剖面照片 图 4 悬臂式安装的轧辊 图 3 扩径机生产现场 STEEL PIPE Feb． 2009， Vol． 38， No． 1 制管工艺与装备42 下， 轧辊在其轴线方向没有位移， 轧辊轧制带与顶 头的相对位置（顶头前伸量）并没有大的变化， 即借 助轧辊间的离合就可调整两个轧辊辊面的距离， 改 变孔型尺寸； 而斜轧扩径机辊距的调整是沿着轧辊 传动轴轴线方向进行的， 使得轧辊在辊面方向和其 轴线方向均产生位移， 随着辊距的变化， 轧辊轧制 带与顶头的相对位置也要发生变化， 调整轧辊轴向 位置可以改变轧件的咬入条件及扩径后荒管的外径 和壁厚尺寸。 2.3 顶头的调整 顶头/顶杆采用液压小舱定位， 与以前机械式 的定位方式相比， 控制精度高、 轧制过程中的稳定 性好， 并可实现带钢压下， 从而实现实时动态调 整， 补偿在轧制过程中因各种原因造成的顶头位 移， 确保荒管的壁厚精度。 2.4 主要性能参数 轧辊直径 2 100 mm 轧辊长度 800 mm 轧辊轴线与轧制线在水平面投影的交角 60° 最大轧制速度 0.6 m/s 主电机功率 2×4 000 kW 3 工艺特点 3.1 扭转变形少 与其他斜轧工艺相比， 斜轧扩径工艺的扭转变 形较少。 这是由于在进行轧辊辊型设计时就充分考 虑到轧制过程中轧辊和钢管间的速度传递从入口到 出口基本保持不变。 尽量减小扭转应力和剪切应 力， 以防止轧件的扭转变形， 改善钢管的表面质 量， 减小荒管的椭圆度， 还可降低能源和轧制工具 的消耗［5］。 3.2 延伸系数小 通常的轧管工序（不论纵轧还是斜轧）都是为了 确定荒管的壁厚， 轧制过程中毛管横截面（主要是 壁厚）被压缩的金属绝大部分向其轴线方向流动， 致使轧后荒管的长度增加， 壁厚变薄， 延伸系数比 较大， 一般都大于 1.5； 而斜轧扩径工序是为了扩 径而减壁， 轧制前后轧件的横截面积基本保持不 变， 变形几乎都是通过金属的横向宽展进行， 从而 使钢管的外径变大， 壁厚减小， 长度基本保持不 变， 延伸系数一般控制在 1.1以下。 3.3 轧制速度慢 与其他斜轧机相比， 由于斜轧扩径机的辗轧角 和辊面角较大， 喂入角较小， 轧制过程使轧件具有 强烈的扩径倾向， 金属在圆周方向的横向流动较 快， 致使轧件的出口速度比较慢， 轧制速度一般不 大于 0.6 m/s； 设计时考虑到荒管外径较大， 为保 证轧制过程中轧件的稳定性和良好的壁厚精度， 有 意降低了轧辊转速以限制荒管的出口速度； 同时较 低的变形速度也有利于轧件的深入变形和宽展。 4 试生产产品的质量分析 在试生产期间对轧制的 20G 荒管进行了测试， 此时设备和工艺尚处于调试阶段。 以顺利通过斜轧 扩径机为标准， 取 5 支荒管进行测量， 分别测量每 支荒管的头、 尾距端面 500 mm 处和管体中部的 3 个截面， 每个截面测量 8个点的壁厚值及 4 个外径 值， 以验证斜轧扩径机的加工精度。 4.1 轧制规格及实测数据 原料管尺寸 Φ377 mm×23 mm 外径偏差 ±0.5% 壁厚偏差 -5%～＋8% 荒管理论尺寸 Φ510 mm×16.2 mm 实际尺寸 Φ506～511 mm×15.21～17.32 mm 外径偏差 -0.78%～+0.20% 壁厚偏差 －6.11%～＋6.91% 4.2 尺寸精度分析 斜轧扩径机组生产的钢管的外径、 壁厚精度以 及外表面质量较高， 一方面说明了工艺设计的合 理； 另一方面是因为所用原料管由 Φ460 mm PQF 轧管机组生产， 几何尺寸精度高， 外表面质量好。 4.3 表面质量状况 斜轧扩径机组生产的钢管的内、 外表面存在 0.5～1.5 mm 深度不一的螺旋线， 在随后的均整、 定径工序可消除或改善； 在钢管的两端， 特别是钢 管的尾端内表面存在深浅不一的麻面缺陷。 4.4 影响钢管内表面质量的因素 影响钢管内表面质量的原因主要是加热时原料 管内表面氧化严重， 在斜轧扩径前没有完全清除掉 的氧化铁皮残留在钢管内部， 在随后的扩径、 均整 工序中， 容易被顶头压入轧件的内表面， 形成深浅 不一的凹坑， 即在钢管的内表面产生麻面缺陷。 原料管内表面氧化严重的原因： 一是试生产初 期加热炉的炉膛气氛控制得不好、 残氧量较高； 二 是由于在设备、 生产调试阶段， 生产不连续， 造成 原料管加热和在炉内停留的时间过长。 上述原因导 制管工艺与装备 李 东等： 斜轧扩径生产工艺刍议 钢 管 2009 年 2 月 第 38 卷第 1 期 43 致原料管的内表面形成较厚且坚硬的氧化层。 随着试生产的顺利进行， 通过调节加热炉烧嘴 控制炉膛气氛， 缩短原料管的加热和在炉内的停留 时间等， 减少了原料管内表面的氧化铁皮。 在采取 了一系列的清除和软化荒管内表面氧化铁皮的措施 后， 部分改善了荒管的内表面质量。 处理前后荒管 内表面质量状况如图 5所示。 国外某钢管厂产品内表面质量状况如图 6 所 示。 图 6（a）为荒管修磨前形貌， 图 6（b）所示为荒 管修磨了 1.0～1.5 mm 深度后的形貌。 修磨的主要 目的是消除比较明显的螺旋线、 清除氧化铁皮和麻 面等缺陷。 （a） 处理前 （b） 处理后 图 5 处理前后荒管内表面状况 （a） 修磨前 （b） 修磨后 图 6 国外某钢管厂产品内表面质量状况 5 结 论 （1） 通过试生产进一步验证了《无缝钢管百年 史话》中关于“钢管斜轧热扩径是一种既古老又成熟 的工艺”［1］的论点： 近 80 年的历史足以说明其古 老； 在试生产期间， 轧件的咬入、 轧制都非常顺 利， 没有因工艺原因发生过轧卡事故又说明其成 熟。 只有在原料管的加热质量不好， 影响到轧件的 抛出时， 曾出现过荒管尾部包在顶头尾部的情况。 （2） 斜轧扩径机可轧制 D/S∧50 的薄壁管， 这 一数值应该是目前通过热轧方法生产无缝钢管所能 达到的极限指标， 但是在轧制 Φ508 mm×9.5 mm 的钢管时钢管尾部也曾出现过轧折缺陷（比例不到 6%， 轧制 36 支， 有 2 支出现轧折）， 说明尽管在 工具设计时已充分考虑了防止轧件发生扭转变形的 因素， 但在轧制钢管的径壁比较大、 壁厚接近轧机 的最小可轧厚度时， 缺少外端约束的轧件尾部仍会 有失稳（管壁发生较严重的弯曲变形）现象发生， 导 致在钢管的外表面产生折叠缺陷（图 7）。 （3） 斜轧扩径机生产的部分产品填补了国内品 种的空白。 在产品质量方面， 不论是钢管外表面质 量、 外径和壁厚精度还是钢管内表面质量的重要指 标之一 ——— 螺旋线的深浅都能满足标准或用户的 要求， 达到或接近国外先进钢管厂同类产品质量水 准。 STEEL PIPE Feb． 2009， Vol． 38， No． 1 制管工艺与装备44 44444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444 ●信 息 山东省四方技术开发有限公司“钢管及冷弯型钢用 新型轧辊的研制与应用”项目通过鉴定 2008 年 11 月 17 日山东省四方技术开发有限公司完成的“钢管及冷弯型钢用新型轧辊的研制与应用”项目通过了专家鉴 定。 鉴定认为： 该新型轧辊属国内外首创， 处于国际先进水平， 其中钢管定径辊、 矫直辊和冷弯型钢挤压辊的使用性能达到 国际领先水平； 经济和社会效益显著， 具有推广价值。 鉴定委员会由山东省科学技术厅委托山东省冶金工业总公司组织相关 领域的工程院院士， 高等院校及科研院（所）的研究员、 博士生导师、 教授、 高级工程师等 13 位专家组成。 该项目研发的多元素复合变质的高铬铸造材料， 从本质上改变了材料的淬透性， 解决了传统高铬铸造轧辊抗热裂性差的 问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ； 探索出控制熔液凝固顺序的新工艺， 实现了复杂形状轧辊的高质量成型 ； 生产的新型轧辊 ， 满足高频直缝焊管 （ERW）、 无缝钢管和冷弯型钢生产线的工况需求。 （山东四方技术开发有限公司 任万俊） 俄罗斯工业和贸易部宣布对进口原产于中国的轴承管进行反倾销调查 2008 年 12 月 25 日俄罗斯工业和贸易部宣布， 根据 2003 年 12 月 8 日发布的俄罗斯联邦法律（No.165）“对进口货物的 反倾销和反补贴的特殊保护措施”的有关规定将对进口原产于中国的轴承管进行反倾销调查。 此次要求俄罗斯联邦政府对进 口原产于中国的轴承管进行反倾销调查的申请是由俄罗斯钢管冶金公司伏尔加钢管厂、 辛那尔钢管厂和俄罗斯车里雅宾斯克 钢管公司第一乌拉尔新钢管厂共同提出的， 其理由如下： ①2007 年原产于中国的轴承管出口到俄罗斯市场的倾销幅度为 21.3％； ②有对俄罗斯经济领域造成物质损失的事实； ③倾销产品与俄罗斯经济部门的物质损失存在因果关系等。 俄罗斯联邦工业和贸易部根据申请企业的请求已决定对进口原产于中国的轴承钢管进行反倾销调查， 调查日期从俄罗斯 联邦工业和贸易部在《俄罗斯报》上发布公告之日开始。 2008年 1～11月俄罗斯联合冶金公司维克松钢厂钢管产量同比大幅下降 俄罗斯联合冶金公司维克松钢厂近年来一直是钢管年产量最高的俄罗斯钢管生产企业， 2008 年 1～11 月该厂的钢管产量 为 130.05 万t， 其中大口径钢管的产量为 66.76 万t， 与 2007年同期的钢管产量 158.06 万t 相比大幅下降。 （攀钢集团成都钢铁有限责任公司 杜厚益） 6 参考文献 ［1］ 金如崧. 斜轧扩径工艺的最新应用（A1）———《无缝钢管 百年史话》（续释 9）［J］. 钢管， 2003， 32（6）： 53-59. ［2］ 耿志升. 意大利达尔明钢管厂的斜轧扩径车间［J］. 钢管， 1995， 24（2）： 49-50. ［3］ 李群， 张惠萍， 齐国明， 等. “错位”式二辊斜轧管机喂 入角的讨论［J］. 钢管， 2008， 37（5）： 59-62. ［4］ 成海涛. 斜轧扩管工艺分析［J］. 钢管，1999，28（6）：5-10. ［5］ 曾幼宗， 颜幼贤编译. 辊式热扩管机的生产工艺及设备 特点［J］. 钢管， 1997， 26（6）： 54-58. （收稿日期： 2008-09-08）图 7 钢管尾部轧折 制管工艺与装备 李 东等： 斜轧扩径生产工艺刍议 钢 管 2009 年 2 月 第 38 卷第 1 期 45