Φ244.48 mm×10.03 mm 定径孔型设计和优化

付乃民，王君国，张永胜

（天津钢管制造有限公司，天津300301）

0 引言

定径机是热轧无缝钢管机组中最后一道变形机组，直接决定着最终成品的外径尺寸精度。钢管的定径过程是从被脱管机脱出后的温度900～1050 ℃钢管，经过小冷床运到定径前入口辊道，经过20 MPa的高压水除鳞装置去除荒管表面的氧化铁皮，然后在定径机中轧制成符合要求外径的钢管，轧后最大管长达36 m。总共有10 架，最大出口速度为2 m/s,定径机配有SMS-Meer 的CARTA 控制系统，采用该系统可以用于定径机的速度计算及孔型设计等一些功能。荒管出定径机后在去冷床的辊道上进行温度、外径、长度的连续测量。测量的结果可用于轧制过程中的闭环控制。钢管出定径机后，输送到冷床入口辊道处，然后用回转臂翻到步进式冷床上冷却。天津钢管制造有限公司460 PQF 连轧管机组定径机可以生产 Φ244.48～Φ457.2 mm 外径的钢管[1-4]。对于Φ244.48 mm 外径的钢管，原定径机设计的标准孔型是Φ244.48 mm×11.99 mm 规格套管，但随着合同需求增加，要逐步生产Φ244.48 mm×10.03 mm 规格套管。按照SMS-MEER 原设计思路设计的定径机孔型参数，在生产Φ244.48 mm×10.03 mm 套管时，在钢管内表面沿圆周方向有间隔120°或一条纵向凸起，如图1 和图2 所示，在钢管内表面产生质量缺欠，人工检验不容易发现，只能通过漏磁探伤报出，并且需要内修磨机进行修磨，处理时间长，不但增加了修复成本，还影响了合同按时交货。

图1

图2

1 Φ244.48 mm×10.03 mm 定径孔型设计

1.1 已知条件

定径机的主要作用是在一定的总减径率和较小的单机架减径率条件下对连轧轧出来的荒管进行减径，以实现用一种规格荒管能够生产多种规格成品管的任务。

Φ460 mm PQF 连轧管机组定径机组的孔型分A、B、C、D、E 五个孔型系列，对应的荒管直径分别为Φ231 mm、Φ282 mm、Φ355.6 mm、Φ437 mm、Φ462.9 mm。Φ244.48 mm×10.03 mm 应该选择 B 系列。

1.2 机架数目的确定

根据轧制所给定的毛管和成品管的尺寸，求出总变形量（总减径、总延伸系数），选定单机架减径率，求出所需机架数目，一般从经济的观点出发[5-9]，尽可能采用比较大的单机架减径率来减少机架数目：

式中：n—机架数目

Dn、De—定径后，定径前钢管外径

εD—平均单机架减径率

q—减径率较小时机架的折合数

对于定径机，εD 一般不小于3.5% q 一般取2

1.3 减径率的分配

分配各机架减径率，求出各机架孔型的平均值Dt，通常第一架减径率约为平均减径率的50%左右，以适应来料尺寸波动，成品前二架为平均减径率的一半，成品前一架即成品机架一般没有减径率，以保证成品钢管的外经尺寸精度及其直圆度，其余机架的减径率平均[10-12]，由此，便可求出孔型的标准直径Di。

得到： εi=（Di-1 -Di）/D（i-1）

式中：D1=De（1-ε1）

D2=D1（1-ε2）

……

D9=D8（1-ε9）

1.4 椭圆度的分配

孔型椭圆度α=a/b，三辊微张力定径机椭圆度一般按照：开始时椭圆度逐渐增大，到最大值后逐渐减小，最后一架精轧机架椭圆度为1。

这样，根据孔型系列、孔型标准直径，便可确定孔型其他尺寸，相应的加工孔型的工具尺寸。按照上面的设计思路，Φ244.48 mm×10.03 mm 孔型设计参数如下表1：

表1 定径孔型参数（优化前）

使用该孔型参数对Φ244.48 mm×10.03 mm 规格套管进行轧制，所生产的钢管在漏磁探伤时，在钢管的内表面报出比较明显的质量缺陷。对报伤的钢管位置剖开确认钢管内表面缺陷，缺陷形式为图1 的缺欠。

2 Φ244.48 mm×10.03 mm 定径孔型的优化

通过对定径前变形机组参数确认和定径机组做轧卡实验，排除了定径前荒管产生的缺欠，确认是由于定径机单机架减径率过大造成。按照分析原因对定径机孔型参数进行优化设计，增加了机架数，减小各机架的椭圆度、减径量和减径率。优化后的各机架的椭圆度为：1.022，1.022，1.022，1.022，1.022，1.019，1.018，1.012，1.010，1.000。减径率（%）为：1.18，1.56，1.56，1.56，1.56，1.47，1.33，1.20，0.90，0.41.由此计算可得各机架型平均直径（mm）为：279.26，274.9，270.61，266.39，262.23，258.38，254.95，251.88，249.62，248.60。优化后的孔型参数如表 2。

3 优化设计效果

孔型优化后，对Φ244.48 mm×10.03 mm 套管进行试轧制。试轧结果显示：

（1）通过跟踪钢管内表面缺陷探伤结果，从探伤曲线图没有发现有明显的类似伤型。

（2）随机对轧制钢管对定点位置进行锯切，在锯切后的钢管内表面也未发现明显缺陷。

根据试轧结果初步判定优化后定径孔型对生产Φ244.48×10.03 套管内表面缺陷控制效果较好。

采用优化后的孔型参数进行规模轧制，半年生产 273 炉共计 18786 支 Φ244.48mm×10.03mm 套管。通过对探伤钢管进行内表面缺陷情况进行跟踪，发现钢管内表面质量正常，如图1、图2 所示的纵向凸起这种缺欠没有再产生，可以确认定径孔型参数优化设计思路正确。

表2 定径孔型参数（优化后）

4 结语

本文介绍了定径孔型设计过程，在使用初始参数生产Φ244.48 mm×10.03 mm 套管时内表面产生纵向凸起，通过分析产生原因，对定径机孔型进行优化参数，解决了Φ244.48 mm×10.03 mm 套管内表面凸起的缺欠，提高了钢管内表面质量，为Φ244.48 mm×10.03 mm 套管的批量稳定轧制提供了良好保证。