材料成形工藝學(xué)-鋼管軋制

1、什么叫最小可軋厚度？怎樣使軋機軋出更薄的產(chǎn)品什么叫最小可軋厚度？怎樣使軋機軋出更薄的產(chǎn)品?極薄帶生產(chǎn)極薄帶生產(chǎn) 在一定軋機上軋制某種產(chǎn)品時，隨著帶鋼的逐漸變薄，壓下愈來愈困難，當帶鋼厚度薄到某一限度后，不管如何旋緊壓下螺絲或加大液壓壓下的壓力，不管反復(fù)軋制多少道，也不可能再使產(chǎn)品軋薄。這時帶鋼的極限厚度稱為最這時帶鋼的極限厚度稱為最小可軋厚度。小可軋厚度。 在軋制中，軋件與軋輥相互作用,軋件在軋輥作用下產(chǎn)生塑性變形。當然，軋件也伴有微小的彈性變形，通過軋輥后有一極小的彈性變形量恢復(fù)，增加了軋件厚度。軋機、軋輥等受軋件的反力產(chǎn)生彈性變形。如圖所示，厚度為H的軋件經(jīng)過軋輥壓下h總，但軋輥彈性變形使

2、軋件減少壓下h1，同時軋件出軋輥后，彈性變形恢復(fù)又使軋件壓下減少h2，結(jié)果，軋件實際壓下量為：什么叫最小可軋厚度？怎樣使軋機軋出更薄的產(chǎn)品什么叫最小可軋厚度？怎樣使軋機軋出更薄的產(chǎn)品?極薄帶生產(chǎn)極薄帶生產(chǎn) 在一定軋機上軋制某種產(chǎn)品時，隨著帶鋼的逐漸變薄，壓下愈來愈困難，當帶鋼厚度薄到某一限度后，不管如何旋緊壓下螺絲或加大液壓壓下的壓力，不管反復(fù)軋制多少道，也不可能再使產(chǎn)品軋薄。這時帶鋼的極限厚度稱為最這時帶鋼的極限厚度稱為最小可軋厚度。小可軋厚度。 在軋制中，軋件與軋輥相互作用,軋件在軋輥作用下產(chǎn)生塑性變形。當然，軋件也伴有微小的彈性變形，通過軋輥后有一極小的彈性變形量恢復(fù)，增加了軋件厚度。軋

3、機、軋輥等受軋件的反力產(chǎn)生彈性變形。如圖所示，厚度為H的軋件經(jīng)過軋輥壓下h總，但軋輥彈性變形使軋件減少壓下h1，同時軋件出軋輥后，彈性變形恢復(fù)又使軋件壓下減少h2，結(jié)果，軋件實際壓下量為：由上式可知，當時，軋件通過軋輥將不產(chǎn)生壓下。這時的軋件的厚度就叫最小可軋厚度。 帶鋼最小可軋厚度不僅僅由軋機工作輥直徑這一因素所決定，還取決于金屬材料的性質(zhì)、張力、潤滑情況、軋輥材料等。帶鋼最小可軋厚度為：M.D.stone公式一般工作輥輥徑與成品帶材厚度的比例關(guān)系按下式來選取或確定： 要想軋制厚度更薄的帶鋼，采取的措施： (1)有效地減小金屬在軋制過程中的實際變形抗力，適當安排軟化熱處理。 （2）減小工作輥

4、直徑，多輥軋制。 （3）采用高效率的工藝潤滑劑， （4）適當采用張力軋制， (5)增加軋機的剛性，主要是要有效地減小軋輥的彈性壓扁。 例如，二十輥冷軋機采用直徑小達10mm的碳化鎢工作輥，其彈性模量E幾乎是一般合金鍛鋼輥的30倍，可軋制厚度小達 0001mm的極薄帶鋼。日本森吉米爾公司1969年 軋制1250mm寬的軟鋼帶時，普通四輥冷軋機的最小可軋厚度為0.25mm，而用森吉米爾軋機可軋到O.06mm。 16 熱軋無縫管材的主要加工形式和基本工藝過程16.1 管材生產(chǎn)概述一、鋼管的特性及分類天津鋼管天津鋼管250限動芯棒連軋管機組限動芯棒連軋管機組寶鋼寶鋼140連軋管機組連軋管機組熱軋穿孔方

5、法熱軋穿孔方法一、斜軋穿孔 對稱性好，壁厚均勻，由實心坯成毛管。 一般用鍛、軋坯。 1. 13度二輥斜軋穿孔穿孔機軋輥輥型導(dǎo)板2. 狄塞爾穿孔機3. 18度二輥斜軋穿孔(菌式) 斯蒂菲爾盤式穿孔機4. 三輥斜軋穿孔 二輥斜軋穿孔與三輥斜軋穿孔的比較：二輥斜軋穿孔：在壓應(yīng)力和拉應(yīng)力交變作用下進行三輥斜軋穿孔：在壓應(yīng)力作用下進行二、壓力穿孔 內(nèi)、外表面無刮傷，有利于鋼錠中心粗大或疏松組織細化，偏心嚴重，生產(chǎn)率低，對坯料無限制。 1.壓力擠孔 2.推軋穿孔 壓力擠孔 推軋穿孔 推軋穿孔機 ppm 2.2 軋管軋管一、軋管設(shè)備 1.自動軋管機 生產(chǎn)400mm以下的管材： 兩個道次的軋制，第一道變形，第

6、二道消除壁厚偏差，總延伸系數(shù)為2.3。優(yōu)點：采用短芯頭，調(diào)整方便。缺點：延伸系數(shù)小，回送，第二道要翻90度，壁厚偏差大。 2. 連續(xù)軋管機 生產(chǎn)250-400mm以下的管材 7-9個機架，總延伸系數(shù)為6.0，采用連鑄管坯。 有兩種形式： 早期為：浮動芯棒，現(xiàn)為：限動芯棒. 1、浮動芯棒連軋管機（或全浮動芯棒連軋管機）簡稱MM（Mandrel Mill）。軋制過程中對芯棒速度不加以控制，芯棒由被輾軋金屬的摩擦力帶動自由跟隨管子通過軋機，芯棒的運行速度是不受控的;軋制過程中芯棒的運行速度隨著各機架的咬入、拋鋼有波動，從而引起管子壁厚的波動；軋制結(jié)束后，芯棒隨荒管軋出至連軋機后的輸出輥道，在軋制中、

7、薄壁管時芯棒的幾乎全長都在荒管內(nèi)；帶有芯棒的荒管橫移至脫棒線，由脫棒機將芯棒從荒管中抽出以便冷卻、潤滑后循環(huán)使用。其特點是軋制節(jié)奏快，每分鐘可軋4 支甚至更多的鋼管； 但荒管的壁厚精度稍低、設(shè)有脫棒機其工藝流程較長、芯棒的長度接近于管子的長度；適合生產(chǎn)較小規(guī)格（外徑小于177.8mm）的無縫鋼管。比較有代表性的浮動芯棒連軋管機有德國米爾海姆廠的RK2 機組和我國寶鋼的140 mm 機組。2 限動芯棒連軋管機，英文縮寫MPM（即Multi-Stand Pipe Mill的縮寫）。是無縫鋼管生產(chǎn)中的重要設(shè)備。中國第一套限動芯棒連軋管機組，引進自意大利，于1992年在天津鋼管集團股份有限公司投產(chǎn)。經(jīng)

8、技術(shù)改造，天津鋼管集團的250mm限動芯棒連軋管機組已經(jīng)由設(shè)計年產(chǎn)能力50萬噸，擴大到現(xiàn)在的年產(chǎn)能力100萬噸。 限動芯棒連軋管機優(yōu)點1)降低了工具消耗。由于限動芯棒連軋管機的芯棒較之浮動芯棒連軋管機的芯棒要短，鋼管與芯棒的接觸時間短，從而提高了芯棒的使用壽命，一般使芯棒消耗降至每噸鋼管1公斤左右。2)改善了鋼管的質(zhì)量。由于限動芯棒連軋管機具有搓軋（芯棒與鋼管內(nèi)表面相對運動）性質(zhì)，有利于金屬的延伸，加之帶有微張力軋制狀態(tài)，從而減小了橫向變形，根本不存在浮動芯棒連軋所產(chǎn)生的“竹節(jié)”現(xiàn)象，使鋼管內(nèi)外表面和尺寸精度有了很大提高。3)取消了脫棒機，縮短了工藝流程，提高了鋼管的終軋溫度。部分品種可省去定

9、徑前的再加熱工序，從而節(jié)省了能源。4)擴大了產(chǎn)品規(guī)格。由于采用了限動芯棒軋制，可以減小芯棒的長度，減輕了芯棒的重量，允許加大芯棒的直徑，使鋼管的最大外徑由177.8mm 擴大到426mm 甚至更大.另外,限動芯棒連軋管機還可軋制徑壁比更大(D/S40)的鋼管。缺點：退芯棒延誤時間，降低生產(chǎn)率，3 半 浮 動 芯棒連軋管工藝是一種介于限動芯棒連軋管(MPM)和全浮動芯棒連軋管(MM)之間的連軋工藝。 與全浮動芯棒連軋管工藝不同的是，半浮動芯棒連軋管工藝采用了1套芯棒限動裝置，在軋制過程中，芯棒不是自由地隨荒管前進，而是受到限動機構(gòu)的控制，始終以恒定速度前進，當管子尾端脫離第4機架時，限動機構(gòu)加速

10、釋放芯棒，芯棒隨荒管軋出至連軋機后的輸出輥道，帶有芯棒的荒管橫移至脫棒線脫棒。 半浮動芯棒連軋管工藝與限動芯棒連軋管工藝最大的區(qū)別是前者在軋制過程快結(jié)束時芯棒有一個加速過程，軋完后需脫棒機將芯棒與荒管分離，而后者在軋制全過程中芯棒速度是恒定不變的，荒管與芯棒的分離是由脫管機來實現(xiàn)的，生產(chǎn)線上不再配有脫棒機4 MINI-MPM為少機架限動芯棒連軋機 原是意大利的因西公司上世紀90年代中期為完成對南非托薩（tosa）廠cps（兩步生產(chǎn)無縫鋼管法，即只有斜軋錐形輥穿孔和張力減徑兩個變形工序，而沒有軋管工序的生產(chǎn)方法，后因在生產(chǎn)壁厚8mm以下的鋼管時因螺旋印難以消除進行增加軋管機的改造）的改造，在錐形

11、輥穿孔機與張減機之間安裝的限動芯棒連軋管機而推出的機型。 由于錐形輥穿孔機的變形能力較大，就可將原由MPM承擔(dān)的部分變形前移至穿孔機來完成，連軋工序的延伸可適當減小，軋管機沒必要選用過多架數(shù)了，軋機的機架數(shù)由原來的78架減少至45架；與MPM相比它的最大特點是實現(xiàn)了用更短的芯棒軋制較長的鋼管，芯棒的工作段長度比MPM短了23米；芯棒總長度可縮短5米左右。后來隨著錐形輥穿孔機的廣泛應(yīng)用，連軋管機的架數(shù)大多為5架；或51架，1為在連軋管機前增設(shè)一架空減機。 5 三輥三輥限動芯棒連軋管機PQF(（Premium Quality Finishing） 也是限動芯棒連軋管機，只不過每個機架由三個軋輥組成

12、孔型；采用三輥設(shè)計的孔型比傳統(tǒng)的兩輥設(shè)計的孔型圓度好，且孔型的半徑差小，有利于軋件的均勻變形和軋輥的均勻磨損。軋槽底部和軋槽頂部之間的圓周速度差較小，從而能在穩(wěn)定的條件下使軋制時的金屬變形更加均勻。凸緣面積(不與軋輥或芯棒接觸的管子面積。也就是輥縫處壁厚/外經(jīng)的凸起面積 ) 有所減小，即流向凸緣的金屬量減少了。3.高精度軋管機 A.阿塞爾軋管機：長芯棒三輥斜軋 長：1214m ，最大管徑270mm，壁厚偏差 6% (其它8%)。 D：t=3.520 高精度軋管機阿塞爾軋管機 1937年，美國工程師W.J.Assel在俄亥俄洲Wooster市Wayne Co.鋼管廠對伍斯特爾軋機（Wooster

13、 Mill）重新進行了改造設(shè)計，他將這種改造設(shè)計后的斜軋管機以其名字命名為阿塞爾軋管機（ASSEL Mill）。 1-軋件 2-軋輥 3-芯棒 Assel軋管變形區(qū)橫截面出口入口變形區(qū) Assel軋管變形區(qū)橫截面出口入口變形區(qū)四種形式 1） 阿塞爾軋機2）特郎斯瓦爾軋機由法國人在ASSEL 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，本質(zhì)上還是阿塞爾軋機，所不同的是可在軋制過程中實現(xiàn)變喂入角、變軋制速度。3）快速抬輥法軋管法曼內(nèi)斯曼4）帶NEL(無尾切損裝置)預(yù)軋法B.狄塞爾軋管機 壁厚偏差 35% D：t=30以上，但較短，現(xiàn)在改進后也達16m。 accu-roll軋管機 4.頂管機 以擠孔料為毛坯，經(jīng)1017道

14、生產(chǎn)一般鋼管的特性指標為： 長：1214m 管徑21240mm，壁厚偏差 6% (其它8%)，t=2.511的薄壁鋼管。 優(yōu)點：單位產(chǎn)品的設(shè)備重量輕，可用方坯。 缺點：坯重輕，切頭大，管徑，長受限制。 特殊用途：生產(chǎn)大直徑管材：250-1500mm 5.周期式軋管機（皮爾格軋機） 周期運動，延伸系數(shù)可達：15。 大直徑厚壁管，異形管，長度可達40m。 效率低。 2.3 精軋精軋對毛管進一步加工，確定外徑。一般經(jīng)過減徑與定徑。一、減徑機 二輥或三輥式縱軋連軋機，只是連軋的是空心管體，機架數(shù)在15架以上。目前有2830機架的投產(chǎn)。 1.微張力減徑機 直徑減小，壁厚增加，壁厚不均勻性也增加。 2.張

15、力減徑機. 直徑減小，壁厚減小，壁厚不均勻性也減小。 二、定徑機 與減徑機構(gòu)造相同，一般511機架.總減徑率37%，提高外徑尺寸精度。 斜軋擴管拉拔擴管熱擴管機2.4 管材孔型軋制應(yīng)用管材孔型軋制應(yīng)用一、熱軋無縫鋼管流程介紹 坯料準備加熱熱定心高壓水除磷穿孔連軋脫棒再加熱高壓水除磷張力減徑。 二、有色金屬管材生產(chǎn)的流程介紹 擠壓管坯拉伸 擠壓管坯冷軋管拉伸 連鑄管坯拉伸 連鑄管坯冷軋管拉伸 軋管設(shè)備： A：周期式軋管機(皮爾格軋管機) B：自動軋管機 C：連續(xù)軋管機 一軋輥的運動 任一點： ng：軋輥轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)/分 Dx：x點軋輥直徑使管坯螺旋前進使管坯旋轉(zhuǎn)使管坯前進,cos60cos,sin6

16、0sinxgxxyxgxxxDnvvDnvv17.1 斜軋過程的運動學(xué)A A軋軋 制制 線線軋軋 制制 線線按按 A A- -A A按按 B B- -B Bc co os sx xu u c co os sc co os sR Rn ni is sR Rx xu un ni is sn ni is sx xu un ni is sR R c co os sn ni is sS Sx xu un ni is sR Rc co os sS SO Ox xx xu ux xu u c co os sR Rx xu u c co os sR R c co os sx xu u c co os sR R

17、 c co os sc co os sS Sx xu u c co os sR R c co os sO OO O n ni is sR Rx xu un ni is sn ni is sR Rx xu uc co os sn ni is sR Rx xu ux xu u c co os sR Rn ni is sR Rx xu uB B3 31 12 22 2O Ox xO Ox xO OO O2 2B BA AA A3 34 4O Ox x5 5x xy yz z4 4二軋件的運動由于軋輥和軋件之間存在滑動（縱軋有前、后滑）軋件軸向和切向速度為：vxx=vxxsxx sxx為x點的軸向滑動

18、系數(shù)vyx=vyxsyx syx為x點的切向滑動系數(shù)所以有 60cos60pxpxyxxgxynDSDnvyxgpxxpxSnDDncosDpx：x點截面軋件的直徑 Npx：軋件的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分所以在變形區(qū)任一截面x上軋件的轉(zhuǎn)速：(a)軋件的出口速度：xchgchxxxxgxxSDnvSDnvsin60sin60,故有切向出口速度： ychgchySDnvcos60,軋件出口速度： ygmchchpSnDDncos,三螺旋與單位壓下量1螺旋 yxgpxxpxpxxxxSnDDnnttvmcos,60, yxxxpxxxyxxxpxxpxxxxgxSStgDnnmZnSStgDmnSDnm螺距（單

19、位螺距）：軋件轉(zhuǎn)一圈前進的距離1,60sin602單位壓下量 入口錐：穿孔準備區(qū) Yx=Zxtg1 入口錐：穿孔區(qū) 出口錐： )(1xxxtgtgZ)(2tgtgZxxx四滑動系數(shù)：對sx ,sy只能估算 實測法確定：切向滑動系數(shù)近似等于1。Sy1軸向滑動系數(shù)，測出軋件長度Lm和實測穿孔時間tck（實測），然后計算不考慮滑動的理論穿孔時間: sin60chgmlDnlLt1 cklxttStcktl 說明實測的穿孔時間長 經(jīng)驗式： nfddSRx)05. 0(ln68. 0 ：送進角 dR：毛管外徑及頂頭直徑 mm ：頂頭前管坯外徑的壓縮率 10%則代入10 f：摩擦系數(shù) n：軋輥數(shù)目 鋼錠穿

20、孔： 300008. 001. 075. 0dxdS坯料穿孔： )000135. 0025. 0(005. 02 . 3pxdS ：最大相對壓縮率% ：軋輥圓周速度 dp,dd坯、錠直徑 ：送進角二輥斜軋穿孔機變形區(qū)內(nèi)金屬滑動的特點是軸向全后滑 Sxx1（有時在接近出口時出現(xiàn)前滑）而其他部位也為后滑。軸向全后滑是由于頂頭的阻力大，切向前滑是由于在入口處軋軸直徑較小，線速度較低所致。切向滑動系數(shù)Syx1，可用于工程計算， 出口軸向滑動系數(shù)，二輥斜軋（曼乃斯曼） 9 . 05 . 0chxS 菌式二輥斜軋chxSchxSchxSchxS=0.80.95=0.50.95比二輥斜軋穿孔機高1520%浮

21、動芯棒三輥斜軋管機=0.701.30三輥斜軋穿孔機 二輥斜軋均整 軸向出口滑動系數(shù)波動范圍較大，與如下因素有關(guān)：數(shù)有利于提高軸向滑動系采用主動導(dǎo)盤代替倒板減低延伸系數(shù)減小軋輥入口錐角軋輥輥徑加大軋輥轉(zhuǎn)速降低加大送進角19.2斜軋過程中軋件的變形 19.2.1二輥斜軋穿孔的孔型與變形區(qū)一 孔型：由軋輥、導(dǎo)板和中間頂頭構(gòu)成“孔型”。19.2（1）軋輥：分為入口錐、出口錐和軋制帶 入口錐：咬入管坯，并實現(xiàn)穿孔 出口錐：實現(xiàn)毛管減壁、平整表面、均勻壁厚、毛管規(guī)圓軋制帶：起過度作用(2)導(dǎo)板：固定不動，限制毛管橫變形入口斜面：導(dǎo)入毛管出口斜面：導(dǎo)出毛管過渡帶：兩斜面的過渡，光滑過度（3) 頂頭：內(nèi)變形工

22、具外更換式一個）更換式頂頭（穿一根換非水冷頂頭）水可通過頭部小空外冷內(nèi)外水冷式頂頭（冷空有頂桿返回）內(nèi)水冷式頂頭（冷卻水水冷頂頭頂頭分為 頂頭結(jié)構(gòu)：（1）頂尖（鼻尖）：改變金屬的流向，減緩尖部磨損提高使用壽命。對準管坯定心孔，穿正，防止形成空腔。（2）穿孔錐：穿孔，減壁（3）均壁椎：毛管均整，平整毛管的內(nèi)外表面，一般取為直線段。錐角等于軋輥出口錐輥面錐角。（4）反錐：防止刮傷毛管內(nèi)表面，頂頭平放起平衡作用。二變形區(qū)：變形區(qū)分為四個部分：（1）穿孔準備區(qū)由管坯開始咬入到頂尖。 其作用：實現(xiàn)管坯的一次咬入 為二次咬入儲存足夠的剩余摩擦 管坯中心疏松。一次咬入：軋件與軋輥接觸，靠產(chǎn)生的摩擦力將軋件拉

23、入變形。二次咬入：軋件與頂頭接觸，軋輥與軋件間的剩余摩擦克服頂頭的阻力，將金屬繼續(xù)拉入變形區(qū)。（2） 穿孔區(qū)：由頂尖到頂頭穿孔錐結(jié)束。 其作用：實現(xiàn)穿孔、減壁、直接承受穿孔變形。 （3） 均整區(qū)：頂頭均壁錐相對應(yīng)的部分。 其作用：平整毛管內(nèi)外表面和均勻毛管壁厚。（4） 規(guī)圓區(qū)，均整區(qū)后到毛管與軋輥接觸的部位。 其作用：靠軋輥將橢圓形毛管旋轉(zhuǎn)加工成圓形。注意問題： 1.管坯在拽入?yún)^(qū)不與導(dǎo)板接觸（或者管坯與軋輥接觸一定的長度（3070mm）再與導(dǎo)板接觸，否則前卡或只轉(zhuǎn)不走。 2.毛管在出變形區(qū)前，要先脫離頂頭和導(dǎo)板，再離開軋輥保證毛管規(guī)圓。介紹斜軋機穿孔變形區(qū)的幾何參數(shù)。 1.軋制線：頂桿的中心線

24、。 2.軋機中心線：指穿孔機的中心線，有的軋制線比中心線低36mm，使軋制穩(wěn)定。 .3.送進角：軋輥軸線與軋制線兩條異條直線的交角。應(yīng)該是軋輥軸線在包括軋制線的垂直平面上投影的夾角。 4.輥距：兩軋輥軋制帶之間（即孔喉處）的距離。 5. 管坯總壓下量：dp=dp-d 管坯直徑減去輥距。總壓下率：=dp/dp100% 6.導(dǎo)板鋸兩導(dǎo)板過渡帶工作面之間鋸。 7.孔型橢圓系數(shù)：=a/d 8.頂頭前壓下量：ddq=dp-Bdq 管坯直徑減去頂頭前輥距 頂頭前壓下率：dq=ddq/dp100% 頂頭前輥距： Bdq=d+2(N-0.5L3)tan 9.頂頭伸前量（N）：表示頂頭位置，頂尖到軋制帶中心線的

25、距離。頂桿位置：（y）：頂頭后端到軋輥后端的距離。 10.毛管外擴徑量：Dk=dd-dp 毛管內(nèi)擴徑量：dk=dm-Dt19.2.2軋件的變形可分為基本變形和附加變形。 一基本變形。指由實心坯穿成毛管時軋件幾何形狀和尺寸的變化，其變化與變形區(qū)幾何形狀有關(guān)，而與軋件材質(zhì)無關(guān)?；咀冃伟ǎ杭僭O(shè)由直徑為Dm的管坯扎制成外徑為Dm，壁厚為m的毛管。1.伸長量（由管坯穿成毛管的長度增加量） L=Lm-Lp 2.平均擴徑量 2)(pmmkDDD3.減壁量 mpD2即為由實心管坯變成壁厚為m的毛管產(chǎn)生基本變形是由于軋輥對軋件有壓下量，由軋輥每接觸軋件一次，則軋件承受一次變形，則每接觸一次軋輥的加工量為“單位壓下量”。 圖19-8 臨界徑縮率、坯端凹度、平均單位壓下率與送進角的關(guān)系（試驗鋼種Ci18Ni10Ti）送進角對坯端深度太小的影響曲線送進角對平均單位壓下量的影響曲線送進角對臨界徑縮率的影響曲線41016222834612182430024681023181420263238送送進進角角拽入?yún)^(qū)（穿孔準備區(qū)） 12tgZrxxZx-1/n 螺距 穿孔區(qū)孔喉前 ) (12