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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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超声波技术应用于冷拔钢管或其他金属塑性加工是20世纪70年代大功率超声波应用的新发展。1978年8月,上海市科委正式下达科研任务,由上海钢管厂负责,中国科学院声学研究所和上海超声波仪器厂协作,进行超声波冷拔钢管试验。
超声波振动拔管的原理是将高频电谐振通过换能器转换成机械振动,并将振动能量传播到变形区中,从而改变金属变形的性质和应力状态。
在超声波振动拔管中,换能器的设计是一个核心问题。只有正确设计换能器,才能能地将高频电谐振变为有效的机械振动。
我国20世纪80年代在自己试制的超声冷拔钢管装置上,对多种材料进行了拉拔试验。试验表明,超声冷拔钢管可以降低拉拔力15%~20%;可以提高延伸系数,减少拔制道次;可减少中间热处理,进行多道次连拔;提高了钢管内外表面的光洁度和加工精度;能够拉制常规方法不能拉制的特种金属
(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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