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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。
地质管是我国开发专用无缝钢管早的品种之一,1955年6月鞍钢无缝钢管厂,按照原苏联标准ГОСТ 6238-1952“用内接头连接的地质钻探岩芯管及其套管”,生产出了我国批Φ146mm×4.5mm和Φ146mm×7.5mm地质套管。1954年鞍钢参照ГОСТ 6238-1952标准,制定了鞍钢企业标准437-1954。接着原冶金部颁布了部颁标准“用内接头连接的地质钻探岩芯管及其套管”冶标19-1957,并于1963年修订为YB 236-1963。
1956年鞍钢无缝钢管厂按照原苏联标准ЧMTY 3343-1953“地质钻探杆管”生产出我国批地质钻杆管,1957年鞍钢参照ЧMTY 3343-1953,制定了企业标准鞍标438-1957;1960年上海钢管厂开始生产地质管(45钢),1957年原冶金部颁布了部颁标准“地质钻探杆管”冶标21-1957,1963年修订为YB 235-1963。1970年原冶金部将两个标准经过修改合并为1个标准“地质钻探用钢管”YB 235-1970。
标准公布后,鞍钢无缝钢管厂、成都无缝钢管厂、上海钢管厂、北京钢厂等无缝钢管生产厂普遍按此标准生产DZ40、DZ50和DZ55钢级的中小直径地质管,并开始研制生产供应DZ60、DZ65钢级的地质钻探管。大直径地质管主要由成都无缝钢管厂生产供应。
20世纪70年代中期,随着金刚石钻井技术的引进,原冶金部以瑞典CMS和日本JIS标准为蓝本,制订了YB 848-1975“小口径钻井用钢管”标准,并于1975年正式颁布实施。随着我国金刚石钻井技术的发展,YB 848-1975标准已不适应生产要求,为与国际标准相适应,借鉴美国DCDMA标准,制定了“金刚石岩芯钻采用无缝钢管”标准GB 3423-1982,取代YB 848-1975。
1982年无锡钢厂开始试制、生产供应DZ75钢级的地质钻探用冷拔钢管,生产规格为Φ55.5mm×4.75mm、Φ73mm×5mm和Φ88.5mm×5.5mm。
1987年成都无缝钢管厂根据国内对热轧大中直径地质钻探管的需要,制定了“地质钻探用无缝钢管”企业标准Q/CG 51-1987(1999年修改为“地质钻探用光管”Q/CG 51-1999),该标准中增加了部分大直径钢管规格(YB 235-1970中没有的),使地质钻探管的外径系列、壁厚和技术要求与API标准基本一致,填补了冶标YB 235-1970的不足,满足了我国地质钻探用管的需要。
1993年对标准的管理进行了调整,将标准“金刚石岩芯钻采用无缝钢管”GB/T 3423-1982调整为行业标准,原冶金部对其进行了修订并公布为部颁标准YB/T 5052-1993。
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