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穿孔毛管的质量对无缝钢管的质量影响很大。穿孔不良质量主要表现在毛管壁厚不均、内拆、外折等缺陷存在及其表现程度上。为改善穿孔质量,必须对这些缺陷加以控制。
1 毛管壁厚不均造成毛管不均的主要原因有管坯加热不均、顶杆弯曲、轧制线不正、定心辊调整不当、定心孔不正及导入套选择不当等。
2 内折
穿孔机穿孔所产生的内折原因较多,主要可分为钢质内折与操作内折两大类。
(1)钢质内折。
主要是由管坯质量不良引起的,如连铸坯低倍不合(残余缩孔、内裂纹,非金属夹杂等),铸坯内部严重疏松;柱状晶过发达及难变形的合金钢穿孔时也容易产生内折。
(2)操作内折。
造成的原因主要有调整不当(如顶头前压下率过大或过小;轧辊转速过高;送进角过小;椭圆度过大等)以及管坯加热温度不均等;顶头磨损过大或破裂、粘钢等。穿尾端的破尾被芯棒插入时也会造成内折。
3 外折
造成外折的主要原因有钢质外折和操作内折。
(1)钢质外折。如管坯裂纹、连铸坯严重划痕、耳子、钢锭结疤、翻皮及皮下气泡等。
(2)操作外折。工具(轧辊、导板或导盘)粘钢划痕,严重的螺旋道、轧辊刻槽或堆焊不当等。
穿孔机孔型调整主要参数有:轧辊距离、导盘(导板、导辊)距离、椭圆度、送进角、辗轧角,顶头直径,顶头前压下率、轧辊与导盘速度等。
(1)轧辊距离是指左右或上下两个轧辊辊喉处的短距离。轧辊距离通常由坯料直径和总压下量来决定,是主要的调整参数。
(2)导盘(导板、导辊)距离是指上下2个导盘(导板、导辊)根部处的短距离。导盘(导板、导辊)对穿孔变形起到横向限制和引导作用。导盘(导板、导辊)距离直接影响椭圆度的变化。
(3)椭圆度是导盘(导板、导辊)距离与轧辊距离之比。表示孔型调整后的椭圆程度。调整椭圆度使轧件截面保持一定的椭圆形状,可改变轧件的横向变形程度,控制截面周长,实现扩径、等径轧制。过大的椭圆度加大了横向变形,对产品质量不利。
(4)辗轧角是Φ轧辊轴线与轧制线在水平面上投影的夹角。桶形辊的辗轧角一般小于5°。Φ250 mm精密轧管机组的锥形辊穿孔机的辗轧角为10°~15°。
轧辊的“锥形”程度与辗轧角的大小有关。辗轧角越大,轧辊直径从小端(咬入端)到大端(抛出端)的变化就越大,辊面圆周速度和沿轧制线方向分速度的递增亦越大。一方面,沿轧制线方向分速度的递增,对提高变形速度和加强金属的延伸变形有利;另一方面,辊面圆周速度的递增,对轧件扭转的影响也增大。这两个方面的因素要在辊型设计时综合考虑。同时,过大的辗轧角,对设备设计也会增加困难。
(5)送进角是轧辊轴线与轧制线在垂直面上投影的夹角。Φ250 mm精密轧管机组的锥形辊穿孔机的送进角为5°~12°。送进角越大,轧辊速度在前进方向的分量也越大,即钢管前进越快,但斜轧延伸的螺距也越大,穿孔机负荷也越大。
(6)顶头直径与穿孔毛管的内径有关。一般来讲,顶头直径越大,穿孔毛管的内径也越大。
(7)导盘速度指导盘工作面的纵向线速度。主动旋转导盘,其工作面的纵向线速度应大于轧件纵向前进速度,因而对轧件作用有纵向曳入摩擦力,加强了金属的纵向流动。导盘速度一般控制在轧制速度的 1.5~3.0倍。
(8)顶前压下率
指坯料在顶头前端(鼻部)处的直径压下率,用百分率来表示。
顶前压下率=(坯料直径一顶头前端横截面的轧辊距离)/坯料直径
顶前压下率愈大,则金属变形的不均匀程度也愈大,导致管坯中心区在旋转过程中交变的切应力和拉应力增加,从而容易促使孔腔形成,造成内折缺陷。顶前压下率愈小,则管坯咬入愈困难(尤其是二次咬入)。因此工艺上调整的原则是,在保证咬入的条件下,顶前压下率愈小愈好,通常采用的顶前压下率为4%~7%。
(9)理论上穿孔速度通常指毛管出口处的轧辊辊面纵向分速度,但实际穿孔速度由于受金属滑移的影响,要比理论计算的辊面纵向分速度低。但锥形穿孔机的金属滑移比桶式穿孔机要小,故其实际穿孔速度相对较高,因而穿孔效率也较高。
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在钢管生产中,钢坯的加热过程实际上就是热源的传热过程,温度差是传热的基本条件,有温度差才会发生热的传播,根据传热过程中物体温度有无变化,传热可分为稳定态传热和不稳定态传热两种状态。
稳定态传热是指在传热过程中,物体各处的温度不随时间变化的传热现象。
不稳定态传热是指物体在加热过程中,温度在不断升高,热量不断地由物体表面传向内部,即温度随时间变化的传热现象。
热的传播有传导、对流、辐射3种方式。
1 传 导传导传热一般由同一物体的高温部分传至低温部分,也可由高温物体传至与其紧密接触的低温物体。传导传热具有以下特点。
(1)传导传热只有粒子的微观热运动,没有宏观的运动或位移。因此传导传热主要发生在金属、耐火材料等固体中。
(2)微粒之间必须碰撞接触,才能进行传导传热。因此,当固体内存在大量孔隙时,传导传热便大大削弱,加热炉常用的隔热材料就是根据这一原理制成的。
2 对 流对流热交换是由于流体(液体和气体)作宏观运动时,在接触过程中实现热能从高温到低温的转移。故这种传热方式的媒介只能是液体(包括流动的金属熔体)和气体。对流热交换可以发生在流体与固体表面之间,也可以发生在流体内部。
3 辐 射对流与传导两种传热方式必须是物体接触才能传递热能,而辐射则是物体间不必接触就可以将热能由一物体传导到另一物体的传热方式。
上述3种传热方式在工业炉内往往是同时存在的。
(一)质量要求①钢的化学成分:钢的化学成分是影响无缝钢管性能主要的因素之一,也是制定轧管工艺参数和钢管热处理工艺参数的主要依据。a. 合金元素:有意加入,根据用途b. 残余元素:炼钢带入,适当控制c. 有害元素:严格控制(As、Sn、Sb、Bi、Pb),气体(N、H、O)炉外精炼或电渣重熔:提高钢中化学成分的均匀性和钢的纯净度,减少管坯中的非金属夹杂物并改善其分布形态。②钢管几何尺寸精度和外形a. 钢管外径精度:取决于定(减)径方法、设备运转情况、工艺制度等。外径允许偏差 δ=(D-Di)/Di × D: 或小外径mmDi:名义外径mmb. 钢管壁厚精度:与管坯的加热质量,各变形工序的工艺设计参数和调整参数,工具质量及其润滑质量等有关壁厚允许偏差: ρ=(S-Si)/Si× S:横截面上或小壁厚Si:名义壁厚mmC.钢管椭圆度:表示钢管的不圆程度。d. 钢管长度:正常长度、定(倍)尺长度、长度允许偏差e. 钢管弯曲度:表示钢管的弯度:每米钢管长度的弯曲度、钢管全长的弯曲度f. 钢管端面切斜度:表示钢管端面与钢管横截面的倾斜程度g. 钢管端面坡口角度和钝边5.钢管表面质量:表面光洁要求a. 危险性缺陷:裂纹、内折、外折、轧破、离层、结疤、拉凹、凸包等。b. 一般性缺陷:麻坑、青线、划伤、碰伤、轻微的内、外直道、辊印等。产生原因:① 由于管坯的表面缺陷或内部缺陷所带来的。② 生产过程中产生的,如轧制工艺参数设计不正确,模具表面不光滑,润滑条件不好,孔型设计及调整不合理。③ 管坯(钢管)在加热轧制,热处理以及矫直过程中,如果因为加热温度控制不当,变形不均匀,加热冷却速度不合理或矫直变形量太大而产生过大的残余应力,那么也有可能导致钢管产生表面裂纹。6.钢管理化性能:常温力学性能、高温力学性能、低温性能、抗腐蚀性能。钢管的理化性能主要取决于钢的化学成分,组织结构和钢的纯净度以及钢管的热处理方式等。7.钢管工艺性能:压扁、扩口、卷边、弯曲、焊接等。8.钢管金相组织:低倍组织(宏观)、高倍组织(微观) M、B、P、F、A、S9.钢管特殊要求:合同附件、技术协议。(二)无缝钢管质量检验方法:1.化学成分分析:化学分析法、仪器分析法(红外C—S仪、直读光谱仪、zcP等)。①红外C—S仪:分析铁合金,炼钢原材料,钢铁中的C、S元素。②直读光谱仪:块状试样中的C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni、Cn、A1、W、V、Ti、B、Nb、As、Sn、Sb、Pb、Bi③N—0仪:气体含量分析N、O2.钢管几何尺寸及外形检查:①钢管壁厚检查:千分尺、超声测厚仪,两端不少于8点并记录。②钢管外径、椭圆度检查:卡规、游标卡尺、环规,测出点、小点。③钢管长度检查:钢卷尺、人工、自动测长。④钢管弯曲度检查:直尺、水平尺(1m)、塞尺、细线测每米弯曲度、全长弯曲度。⑤钢管端面坡口角度和钝边检查:角尺、卡板。3.钢管表面质量检查:①人工肉眼检查:照明条件、标准、经验、标识、钢管转动。②无损探伤检查:a. 超声波探伤UT:对于各种材质均匀的材料表面及内部裂纹缺陷比较敏感。标准:GB/T 5777-1996 级别:C5级b. 涡流探伤ET:(电磁感应)主要对点状(孔洞形)缺陷敏感。 标准:GB/T 7735-2004级别:B级c. 磁粉MT和漏磁探伤:磁力探伤,适用于铁磁性材料的表面和近表面缺陷的检测。标准:GB/T 12606-1999 级别: C4级d. 电磁超声波探伤:不需要耦合介质,可以应用于高温高速,粗燥的钢管表面探伤。e. 渗透探伤:荧光、着色、检测钢管表面缺陷。4.钢管理化性能检验:①拉伸试验:测应力和变形,判定材料的强度(YS、TS)和塑性指标(A、Z)纵向,横向试样 管段、弧型、圆形试样(¢10、¢12.5)小口径、薄壁 大口径、厚壁 定标距。备注:试样断后伸长率与试样尺寸有关 GB/T 1760②冲击试验:CVN、缺口C型、V型、功J 值J/cm2标准试样10×10×55(mm) 非标试样5×10×55(mm)③硬度试验:布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV等④液压试验:试验压力、稳压时间、 p=2Sδ/D5.钢管工艺性能检验过程:①压扁试验:圆形试样 C形试样(S/D>0.15) H=(1+2)S/(∝+S/D)L=40~100mm 单位长度变形系数=0.07~0.08②环拉试验:L=15mm 无裂纹为合格③扩口和卷边试验:顶心锥度为30°、40°、60°④弯曲试验:可代替压扁试验(对大口径管而言)6.钢管金相分析:①高倍检验(微观分析):非金属夹杂物100x GB/T 10561 晶粒度:级别、级差组织:M、B、S、T、P、F、A-S脱碳层:内、外。A法评级:A类-硫化物 B类-氧化物 C类-硅酸盐 D-球状氧化 DS类。②低倍试验(宏观分析):肉眼、放大镜10x以下。a. 酸蚀检验法。b. 硫印检验法(管坯检验,显示低培组织及缺陷,如疏松、偏析、皮下气泡、翻皮、白点、夹杂物等。c. 塔形发纹检验法:检验发纹数量、长度及分布。(三)中国现行无缝钢管标准:1.现行无缝钢管标准:共有47项 其中:GB 25 项 HB 3 项 特殊用途19项;基础 2项 产品 45项2.常用标准:① GB/T 2102-2006 钢管的验收、包装、标志和质量证明书。② GB/T 17395-2008 无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差。③ GB 5310-2008 高压锅炉用无缝钢管。④ GB 9948-2013 石油裂化用无缝钢管。⑤ GB 6479-2013 高压化肥设备用无缝钢管。⑥GB 18248-2008 气瓶用无缝钢管。
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