连轧不锈钢管的壁厚不均原因分析

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从管坯加热制度、工艺调整、轧制工具、冷却水等4个方面分析了导致连轧不锈钢管壁厚不均的原因，并针对上述影响因素提出了相应的预防措施。分析认为：管坯加热制度应在满足生产节奏的同时，合理控制加热温度及加热速度，降低晶粒不均匀长大倾向，从而控制壁厚不均；不锈钢管的螺旋状壁厚不均，在排除管坯加热温度缺陷后，应从穿孔机组工艺调整及轧制工具使用方面考虑；不锈钢管的直线状壁厚不均，应从连轧管机组工艺调整、轧制工具使用及冷却水影响等方面综合考虑。

不锈钢管壁厚不均是指在同一截面上或沿长度方向壁厚最薄点、最厚点与名义壁厚偏差较大的现象。不锈钢管壁厚不均导致的下线率直接反应出轧管机组的壁厚控制水平，并对不锈钢管成材率造成一定影响。天津不锈钢管集团股份有限公司Φ250mmMPM连轧管机组因为壁厚不均导致的下线率近几年虽一直呈下降趋势，但是仍占不锈钢管缺陷总检量的0.5%以上，造成较大的中废；因此，分析影响连轧管壁厚不均的原因，并从根本上控制壁厚不均，具有重要意义。成品管的壁厚状况作为一个最终的结果，主要是通过管坯加热，并由穿孔、连轧（包括脱管）、定径3道工序影响相互叠加所造成。综合来讲，影响连轧不锈钢管壁厚不均的因素主要有以下4个方面：管坯加热制度、工艺调整、轧制工具和冷却水。本文将对上述几个方面的影响因素逐一进行分析。

1管坯加热制度

管坯加热制度的选择，应综合考虑炉型、生产率、金属性质、管坯尺寸与形状、管坯在炉内的布料方式、工艺过程的要求等。影响不锈钢管壁厚均匀度的加热缺陷主要是加热温度不均。管坯温度不均（俗称“阴阳面”），在穿孔后形成螺旋状壁厚不均，螺距一般为1.5m以上。加热不均越严重螺距越长，偏差度也越大。加热温度不均匀的主要影响因素是以下5个方面：加热温度、加热速度、加热时间、环形加热炉炉底情况和炉压。（1）管坯的加热温度指其在炉内加热完毕出炉时的表面温度。对于不同的管坯，最合适的加热温度是应使其获得最好的塑性及最小的变形抗力［3］。实际生产中可以根据轧制工艺要求在考虑设备负荷的情况下对出炉温度作适当调整。（2）管坯的加热速度指管坯表面的升温速度。在加热初期，适当限制加热速度以控制其表面与中心的温度差，降低温度应力；在加热末期，需要保温均热，以减小坯料内外温差，限制加热末期的加热速度。合理的加热速度控制方案是以比较快的速度加热后，再降低加热速度或执行均热制度，以求得内外温度均匀，减小甚至消除晶粒不均匀长大倾向，从而减少壁厚不均。（3）管坯的加热时间指其在炉内加热至轧制工艺所要求的温度时所需的最少时间。管坯的加热时间直接影响加热炉的产量和质量，加热时间过长就会造成过热、过烧、脱碳、过度氧化等加热缺陷［4］；加热时间过短，则会使管坯加热不均匀，导致金属变形抗力增大、塑性降低、轧管机调整困难，直接影响不锈钢管的壁厚精度。（4）环形炉在使用过程中炉底会有氧化铁皮覆盖。氧化铁皮的热导率比金属低很多，影响钢坯加热，造成管坯加热温度不均匀，贴近炉底部位温度偏低［5］，因此需要及时清除炉底的氧化铁皮，确保环形炉炉底与坯料接触部位的加热温度，从而减少壁厚不均。（5）生产过程中要合理地控制炉压。较长的坯料炉压稍高一些，较短的坯料炉压稍低一些。同时既要防止炉压过高，造成高温烟气外溢及损伤设备；又要防止炉压过低，吸入大量冷空气，影响燃烧质量，降低管坯加热效果，在后续轧制过程中造成壁厚不均。

2连轧工艺调整影响

壁厚不均在成品管上的主要体现为螺旋状壁厚不均、直线状壁厚不均及头尾部壁厚偏厚、偏薄等现象。连轧工艺调整的影响是导致成品管壁厚不均的重要因素。

2.1螺旋状壁厚不均

2.1.1影响因素

除了管坯加热不均造成的螺旋状壁厚不均外，其他螺旋状壁厚不均由穿孔机组造成。由工艺调整导致的螺旋状壁厚不均主要有以下两种情况：（1）穿孔机轧制中心线不正、两轧辊的倾角不等或顶头前压下量太小等调整原因造成的壁厚不均，一般沿不锈钢管全长呈螺旋状分布。（2）在轧制过程中定心辊打开过早、定心辊调整不当以及顶杆抖动等造成的壁厚不均，一般沿不锈钢管全长呈螺旋状分布。毛管上的螺距一般为120～160mm。

2.1.2预防措施

（1）调整穿孔机轧制中心线，使两轧辊的倾角相等，按轧制表给定参数调整轧管机。（2）针对第二种情况，根据毛管出口速度调整定心辊打开时间，轧制过程中定心辊不要打开过早，以防止顶杆抖动，造成壁厚不均。定心辊开口度需要根据毛管直径的变化作适当调整，并考虑毛管跳动量的大小。毛管的跳动量一般为8～12mm，薄壁管可以取上限，厚壁管取下限。定心辊开口度的调整原则是：为便于毛管从机架内顺利脱出，开口度不能过小；为确保毛管壁厚均匀度和轧制的稳定，开口度又不能过大。一般调整时按比轧制表的设定值大3～4mm为宜。

2.2直线状壁厚不均

2.2.1影响因素

不锈钢管直线状壁厚不均主要由连轧管机组造成。由工艺调整导致的直线状壁厚不均主要有以下几个方面：（1）芯棒预穿鞍座高度调整不合适，芯棒预穿时接触到某一面的毛管，致使毛管在接触面上温降过快，造成壁厚不均甚至拉凹缺陷。（2）连轧轧辊间隙过小或过大。（3）轧管机中心线偏差。（4）单、双机架压下量不均，会造成不锈钢管单机架方向超薄（超厚）、双机架方向超厚（超薄）的直线型对称偏差。（5）安全臼断裂，内外辊缝差大，会造成不锈钢管直线型非对称偏差。（6）连轧调整不当，堆钢、拉钢轧制会造成直线型壁厚不均。堆钢轧制很容易引起连轧辊安全臼崩断，影响不锈钢管质量；拉钢轧制严重时还会造成严重的壁厚不均甚至孔洞（图1）。

2.2.2预防措施

（1）调整好芯棒预穿鞍座的高度，保证芯棒与毛管对中，观察芯棒插入毛管时，以毛管尾部冒出的一圈火苗均匀为宜。（2）更换孔型及轧制规格时应测量轧辊间隙，使实际轧辊间隙与轧制表保持一致。（3）用光学对中装置调整轧制中心线，每年年度大修时必须校正轧管机中心线。（4）根据铯137九通道壁厚监控系统显示的情况调整单、双机架压下量。（5）及时更换安全臼断裂的机架，实时测量连轧辊内、外辊缝，及时更换内、外辊缝差值大于规定值的机架。（6）连轧调整时，要避免拉钢、堆钢。2.3头、尾部壁厚不均2.3.1影响因素（1）管坯前端切斜度、弯曲度过大，管坯定心孔不正易造成不锈钢管头部壁厚不均。（2）穿孔时延伸系数太大、轧辊转速太高、轧制不稳定，均会造成不锈钢管后端壁厚不均。（3）穿孔机抛钢不稳定易造成毛管尾部壁厚不均（图2）。

2.3.2预防措施

（1）检查管坯质量，防止管坯前端切斜度、压下量过大，每次更换孔型或检修均应校正定心孔，并在生产过程中按要求检查定心孔，发现定心孔偏差立即处理。（2）在轧制速度允许及毛管温度合适、不加大连轧负荷的情况下，尽量采取低的穿孔速度。穿孔机轧辊的转速应以轧制节奏略比连轧快为原则，在能满足连轧节奏时，穿孔机轧辊尽量采取较低转速，以确保轧制的稳定性和毛管壁厚的均匀度。当轧辊转速调整后，导盘转速也应作相应的调整，以达到二者的匹配。（3）在能满足连轧节奏、采取低速穿孔的同时，关注导盘使用状态并加大对导盘螺栓的检查力度，降低导盘在轧钢时的窜动幅度，保证抛钢稳定。

3轧制工具影响

3.1影响因素

轧制工具对不锈钢管壁厚不均的影响是多方面的，并且壁厚不均状态也多种多样，但主要有以下几个方面：（1）顶杆弯曲造成管体壁厚不均，该壁厚不均在毛管上的螺距一般为1m左右。（2）顶头椭圆度过大，顶头、导盘（导板）过分磨损等造成的壁厚不均，一般沿不锈钢管全长呈螺旋状分布。（3）连轧辊磨损严重，磨损不均，造成不锈钢管沿长度方向上呈条状分布壁厚不均。（4）轧辊孔型错位，造成不锈钢管沿长度方向上呈条状分布壁厚不均。（5）芯棒严重磨损、同心度不好，芯棒局部磨损，在连续轧制过程中都会造成不锈钢管局部壁厚不均现象。（6）芯棒选用不当、偏差系数大，会造成不锈钢管呈直线型梅花状对称偏差，其经铯137九通道壁厚监控系统测得的结果如图3所示。

3.2预防措施

（1）弯曲顶杆需及时下线矫直。（2）检查顶头质量，不使用椭圆度过大等质量不好的顶头，随时检查、更换顶头，检查导盘（导板）的磨损情况。（3）连轧管机轧辊磨损严重、磨损不均、轧辊槽底有沟时，应立即更换轧辊。（4）连轧管机轧辊孔型错位，应加强孔型车削，加强调整。（5）按规定检查芯棒，剔出质量不合格的芯棒，及时进行修磨或车削。（6）选用合适的芯棒。

4冷却水影响

4.1影响因素

（1）穿孔机后台定心辊及辊道冷却水喷洒在毛管上，毛管局部温降过快，易造成局部壁厚不均甚至拉凹缺陷。（2）连轧高压除鳞水调整不当，易造成壁厚不均甚至拉凹缺陷。（3）连轧辊冷却水调整不当，造成不锈钢管前后端及沿长度方向上呈条状分布壁厚不均。（4）荒管进入定径机轧制，在外径减少时发生壁厚增厚变形，由于进入定径时不锈钢管冷却不均匀，造成局部增厚较小，导致不锈钢管壁厚不均。

4.2预防措施

（1）穿孔机后台定心辊及辊道更换时，调整好冷却水的大小及喷嘴位置，并在生产过程中加强冷却水的巡视，发现冷却水浇到毛管上需立即处理。（2）根据轧制力曲线合理调节使用连轧高压除鳞水。（3）连轧冷却水量调整适当，既要使轧辊充分冷却，又要防止不锈钢管过分温降。（4）定径机架在上线前及使用过程中检查冷却水喷嘴情况，发现问题立即处理。

5结论

（1）管坯加热制度的选择在满足生产节奏的同时要合理控制加热温度及加热速度，降低晶粒不均匀长大倾向，从而控制壁厚不均。（2）当不锈钢管出现螺旋状壁厚不均时，排除管坯加热温度缺陷后，应从穿孔机组工艺调整及轧制工具使用方面考虑；当出现直线状壁厚不均时应从连轧管机组工艺调整、轧制工具使用及冷却水影响等方面综合考虑。