生产工艺对连铸圆坯轧管质量的影响

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1、生产工艺对连铸圆坯轧管质量的影响杨效勇摘要：在立式狄舍尔穿轧机上，选择不同的工艺参数进行试验，得 出用连铸圆坯生产高质量钢管时，应严格控制工艺参数，尤其是优化穿 孔前期的速度变化参数可防止管前端内析，适宜的总压缩比(B级管 5.2，石油套管10.2)可保证钢管的性能，压缩比不足时，可通过后 续热处理改善钢管性能。关键词：钢管；连铸圆坯，穿孔工艺，总压缩比 qThe influence of process on steel pipe quality of applicationcontinuous casting round billetYANG Xiao-yong(Tianjin Pipe

2、Corp.,Tianjin 300301,China)Abstract:Different process parameters were chosen and tested on piereer to produce high quality steel pipe by continuous casting round billet.The speed variable should be especially optimized before piercing,which can prevent pipe front breaking.The proper cumulative compr

3、ession ratio can insure the pipeproperty.If it is not enough,the pipe property also can be improved by succeeding heat treatment.Key words:steel pipe;continuous casting round billet;piercing process;cumulative compression ratio1 前言由连铸圆坯生产的钢管已涉及高强度、耐腐蚀、抗击毁的油井管； 高韧性、抗低温的管线管；临界压力，甚至是超临界压力锅炉管等品种。 在十分苛刻的

4、使用条件下，这些钢管都较好地满足了要求，但在钢管生 产过程中，使用连铸圆坯工艺同使用轧坯工艺有些区别。下面仅研究穿 孔工艺及总压下率对使用连铸圆坯所轧钢管的影响。2 穿孔工艺的影响自曼氏穿孔工艺发展的 100 多年来，穿孔技术水平有了很大的提高， 但斜轧穿孔的“孔腔”控制仍是保证钢管内表面质量的重要手段。由于 技术进步，穿孔机的调整参数已由原轧辊距离、导板距离和顶头位置 3 项，增加到现在的 9 项，即轧辊距离、导板距离、顶头位置、轧辊咬入 速度、轧制速度、导盘速度、顶杆预旋转速度、送进角和辗轧角。由于 此 9 项参数均属在线连续可调，其相互间又有一些必然联系，从而使穿 孔工艺及钢管内表面质量

5、控制变得复杂。为适应轧制连铸坯，对穿孔的 多项参数进行了试验分析。2.1 设备及工艺(1) 设备参数立式狄舍尔穿轧机的轧辊尺寸为0 950e 1200mmX950mm，导盘尺 寸为0 20000 2200mm,电机为直流式，功率3800kWX2。(2) 设计工艺参数，见表 1。表 1 立式狄舍尔穿孔机的设计工艺参数项目参数值项目参数值管坯规格/mme 210总压率/%11毛管规格/mmXmme 220X22顶头前压下率/%5.5钢级N80孔型椭圆度系数1.12穿孔温度/c1260咬入角/()11延伸系数2.51辗轧角/()0扩径率/%4.8穿?L速度/m.s-i1.02.2 试验及分析在上述设

6、计的工艺参数范围内，穿孔过程稳定，尺寸精度高，但轧 制连铸坯时，内折缺陷仍有发生，主要为管端内折。为彻底消除此类废 品，适当调整了穿孔机的设计工艺参数，以探讨产生前端内折的原因， 并寻求使内折缺陷降到最低水平的途径。设内折率 Y 为穿孔机主要工艺参数的函数，即Y=f(X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7)(1)式中，XI为辊距调整量/mm, “ + ”表示辊距增大;X2为导盘距调整量/mm, “ + ”表示导盘距增大；X3为顶头位置调整量/mm,“ + ”表示向入口方 向调整；X4为咬入角/()； X5为轧辊速度/r.min-l;X6为咬入后升速 /%; X7为顶杆预旋转速度/r. min

7、-lq试验结果见表 2。采用回归分析方法，检验每一因素对内折率的影 响，其结果见表 3。表2连铸坯穿孔试验记录序号X1/mmX2/mmX3/mmX4/()X5/r. min-1X6/%X7/r. min-1Y/%1-9.1-21.8+50.09.783303957.872-6.2-0.7+50.09.7833039517.083-6.2+0.3+54.09.7833039523.654-4.2-8.4+54.09.7833039523.605-4.2-8.4+54.09.783302779.256+1.1-11.7+57.49.7833027715.657+1.1-11.7+57.49.783

8、302773.558+1.1-11.7+57.49.783301588.639+1.1-11.7+57.49.778341585.0010+1.1-11.7+57.49.77834158011+1.1-11.7+57.49.778341580表 3 回归系数的 t 检验结果序号因素t值1辊距调整量(X1)0.8372导盘距调整量(X2)3.4913顶头位置调整量(X3)2.9544咬入角(X4)-1.7195轧辊速度(X5)-2.8496咬入后升速(X6)5.0427顶杆预转速度(X7)7.414查表得：t(0.95,4)=2.132,故在7项调整参数中，仅辊距调整量(XI) 和咬入角(X4)

9、非显著，不是主要因素，或过分依赖其它因素变化，其 调整变化对内折率没有明显改善，而其它5项参数均显著，是影响内折 率的主要因素，对内折率的影响程度依次为：顶杆预旋转速度、咬入后 升速量、导盘距调整量、顶头位置调整量和轧辊速度。在传统的工艺思想指导下，往往通过减少顶头前压下量，控制“孔 腔”形成的办法来解决内折问题。但连铸坯的穿孔试验表明：调整压下 量并不是解决内折的最好办法，正确的方法是，应首先选择好顶杆预旋 转的速度和咬入后的轧辊升速量，这与几年来生产连铸坯的实际情况相 吻合。在穿孔过程中，顶杆随轧件转动。但在咬入前，为减少顶杆自重的 影响，设定了顶杆预旋转；咬入后，液压马达自动脱开。所以，

10、顶杆预 旋转对穿孔过程的影响仅在咬钢之初。同样，咬入后升速这一参数也是 在穿孔的前期起作用，这是为了便于咬钢，选择了一个较低的轧辊咬入 速度，一旦咬入，轧辊速度立即恢复到正常的穿孔速度。所以，轧制前 期的这些速度变化，会导致轧件的不均匀变形，产生钢管前端内折。由此得出，轧制连铸坯产生的前端内折，其主要原因不是由管坯内 在质量引起，而是由一些穿孔参数的变化引起的，这些穿孔参数可以通 过人为优化控制。因此，为保证钢管内表面质量，除应注意钢坯内部质 量指标外，更应注意穿孔前期的速度变化参数。3 总压缩比的影响钢管的性能取决于钢材内部的组织结构，组织结构又取决于钢的化 学成分和加工处理过程。对于连铸圆

11、坯，尽管采用了先进的炉外精炼技 术，但在钢种成分确定后，轧制钢管的总压缩比在很大程度上仍影响着 成品钢管的性能。图1为按API-5L标准生产时，用连铸圆坯轧制B级管 线管的力学性能同总压缩比的回归曲线。可见，随总压缩比的变化，伸 长率基本不变，但抗拉强度和屈服强度随总压缩比增加而增加，而且， 屈服强度增加幅度更大1。图 1 总压缩比与钢管力学性能的关系API-5L标准规定，B级管线管抗拉强度的最小值为413MPa；屈服强 度的最小值为241MPa；伸长率的最小值随规格变化，但最高要求为 29.5%,低于轧制连铸坯的实际值。所以，实际生产中，抗拉强度和伸长 率总能满足标准要求，但当总压缩比小于5

12、.15时，屈服强度可能达不到 标准要求。早期对水平连铸管坯的穿孔试验也表明，当总压缩比达到 5.12时， 20钢的一些性能指标仍低于标准要求2。同样，对按API-5CT标准生产的石油套管也存在类似情况。图2为 轧制J55钢级套管的一次合格率情况。可见，当总压缩比小于10.2时， 就不能保证一次合格率达到 100%。图 2J55 的屈服强度一次合格率用连铸坯经正常工艺轧制后的钢管，无论总压缩比大小，都能消除 铸态组织，但压缩比过小时，钢管内部晶粒粗大。实际生产表明：晶粒 度同屈服强度、冲击功都有一定的内在联系，当晶粒粗大时，往往伴随 着屈服强度低、冲击功低；否则，相反。一般标准要求晶粒度56级即

13、 可，但石油套管的晶粒度最好应控制在7级以上。因压缩比不足，造成屈服强度、冲击功和晶粒度低于要求时，坚决 不能交用户直接使用，原则上可通过后续热处理工艺，采用调质或正火 工艺来改善钢管内部的性能。表4为 K55 钢级套管正火前后的各项性能。 可见，通过热处理，可全面改善套管的各项性能，确保标准的要求和用 户的使用。表 4K55 钢级套管正火前后的性能比较名称抗拉强度 /MPa屈服强度 /MPa伸长率 %/冲击功/J晶粒度 /级API-5CT51737921.016.05标准正火前:最小值65839330.07.05最大值73742433.519.07平均值70440931.612.65.5正火

14、后：最小值67444031.533.08最大值71246635.056.09平均值68645133.038.08.54 结束语用连铸圆坯可以生产出任何高质量要求的无缝钢管，但轧制生产中 应注意以下几个问题：（1）为确保钢管的内表面质量，必须严格控制穿孔调整参数，特别 应首先选择好影响毛管前端变形的速度参数，防止内折产生。（2）连铸坯轧管的总压缩比仍是影响钢管性能及晶粒度的主要参数； 当总压缩比不足，性能低于标准或用户要求时，可通过后续热处理来改 善钢管最终性能，确保用户使用要求。（3）用连铸坯轧制 B 级管线管、20 钢的普通无缝管等一次成材的产品时，其总压缩比不应小于 5.2；而对石油套管其总压缩比不应小于 10.2,晶粒度最好控制在 7 级以上。作者简介:杨效勇（1959）男（汉族）江苏人，高级工程师，总经理。作者单位: 天津钢管有限责任公司，300301