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1、热穿孔生產流程培训讲义,2,四、斜轧穿孔缺陷种类及预防措施,三、管坯斜轧穿孔介绍,二、管坯加热介绍,一、热穿孔主要流程,内容概要,五、荒管平头操作流程,3,一、热穿孔主要流程,收料,是否平头,是否剥皮,是否合格,锯切,管坯检验,修磨,管坯入库,定心,平头,管坯验收,管坯加热,管坯轧制,荒管检验,是否合格,剥皮,是否平头,平头,是否平头,平头,不合格品入库,荒管入库,不合格品退库,是,否,是,否,是,否,是,否,是,否,缺陷深度超标,4,1.管坯加热概述：,对于热加工来说，最重要的是掌握在加热过程中金属内部发生的各种变化，这首先决定于加热制度，加热制度的好坏直接影响荒管品质。,管坯加热的根本目的
2、在于为穿孔准备良好的加工组织和改善金 属性能。一方面加热可使管坯转变为有足够的塑性和低的变形抗力 的材料；另一方面在加热过程中可以改善钢的组织性能。 管坯的加热一般分为低温加热阶段和高温加热阶段。低温加热往往是加热一些特殊合金钢的关键时期，因为这些钢具有低的热传导性能，低的塑性，因此，在选择加热速度时必须考虑金属的导热性、热应力、组织应力、原始应力及钢的组织；高温加热时期是指金属加热到700800以上，这时金属的导热性和塑性显著增加，同时沿断面的温差减小了，从而热应力大为减少 ，故可采用快速加热。,2.管坯加热目的：,二、管坯加热介绍,6,实际生产中常用的加热曲线有3种，如右图。 曲线2是从装
3、炉到出炉温度始终不变地以最大的加热速度进行加热，称快速加热，对于小直径低碳钢和低合金钢管坯都可以对于小直径低碳钢和低合金钢管坯都可以采用这种加热方式。 曲线3是考虑到金属在组织转变中进行均热的加热制度，这种用得很少。 曲线4是采取低温带和高温带采用不同的加热速度，这种主要是用于低导热性的合金钢及高碳钢。,4. 管坯加热制度的选择：,7,5. 管坯加热时间的确定：,一方面较长的加热时间可使温度沿管坯横断面和长度分布更均匀，有利于熔解碳化物，另一方面，加热时间愈长，则晶粒长大愈严重，恶化穿孔性能。管坯的高温区加热时间可按下面经验式计算： T=Kt*Dp Kt管坯单位加热时间，min/cm Dp管坯
4、直徑，cm,管坯单位加热时间（轧坯）min/cm (Kt值）,8,6. 管坯加热温度的确定：,随着温度的升高，钢的塑性提高，变形抗力降低，一方面可降低电能和工具消耗，轧制力减少及设备磨损小，另一方面加热温度受到其它一些因素影响，确定合理的温度应考虑以下诸多因素,1）温度过高产生过热甚至过烧，当金属过热时晶粒长得很大，从而 降低了金属塑性，过烧时使晶界熔化，金属变脆 2）温度过高，钢的表层脱碳严重 3）考虑金属烧损钢管的表面质量，温度愈高，氧化铁皮愈厚，过厚的氧化铁皮不但增加金属消耗，也会给穿孔带来困难，氧化铁皮轧入金属中，降低 钢管表面质量,9,4）考虑穿孔过程中温升情况，由于热效应的结果 ，
5、穿孔时温度有所升高，对于某些高合金钢尤显重要，温升的大小以决定于穿孔速度和变量。,5）考虑轧制品的规格，轧制厚壁管加热温度稍低,6）管坯加热还与穿孔顶头材质有关，用钼基顶头穿孔，加热温度要低8090度,10,7. 穿孔管坯加热炉型介绍：,11,8.常熟华新二厂热穿车间轧加热炉型介绍：,12,斜底炉示意图,炉门,烧嘴,挡火墙,基础,端进,1.1m,1.1m,1.1m,1.1m,1.均热段1区2个烧嘴，东西单独控制,2.加热段2区2个烧嘴由同一个执行器控制,3.加热段3区4个烧嘴由同一个执行器控制,4.斜底炉共11对炉门,13,步进炉烧嘴示意图,入钢槽,侧进,步进方向,出钢槽,4,3,2,1,侧出
6、,烧嘴排布示意图,预热段12.5米,加热段13米,均热段2米,烧嘴,挡火墙,2.1,2.1,2.1,2.1,1.均热段2个烧嘴东西单独控制,2.加热段分3个区，共12个烧嘴，每个区4个烧嘴群组控制,2.1,1.8,0.9,2.1,14,步进炉动/靜樑分布示意图,红色代表动粱，黑色代表靜粱,一：坯料在槽中,15,步进炉动樑送料示意圖,16,管坯加热能改善组织性能，但是也会产生一些缺陷，譬如金属表面层被氧化而形成氧化铁皮，金属表面脱碳和增碳，而使金属材料表面质量降低，增加了金属消耗。 常见管坯加热缺陷主要有：金属氧化、阴阳面、过热及过烧，特别是过烧是不可挽回的，产生过烧，既意味着材料报废。产生加热
7、缺陷主要因素是加热时间，加热温度，加热速度及炉内气氛。,10. 管坯加热过程常见缺陷：,9. 常熟华新热穿孔加热工艺：,常熟华新热穿孔现行加热工艺,過熱是加热温度过高，金属的晶粒将迅速长大 从而降低了金属及合金材料的力学性能，这种现象叫过热。 过烧是若变形温度进一步提高，接近金属材料的熔点时，金属晶界产生氧化甚至熔化，锻造时金属及合金沿着晶界产生裂纹，这种现象 是 过烧 过热可拯救 但是过烧则报废,17,18,三、管坯斜轧穿孔介绍,1.斜轧穿孔发展史,1884年发现用斜轧穿孔法生产无缝钢管，1892年发明冲孔方法生产无缝钢管，后来又发明现用挤压法生产无缝钢管，但至今斜轧穿孔法在无缝钢管生产中占
8、有最大的比重， 德国两名工人（曼尼施曼兄弟）在锻造圆断面钢料(旋转横锻）实践活动中，常发现在圆形钢料的中心破裂，形成不规则的内孔，即现在通称“孔腔”。到1886年正式试验用斜轧穿孔法来生产无缝钢管，当时由于他们对斜轧穿孔的本质尚未了解，开始试验是用实心圆坯料空轧来获得内孔（无顶头轧制），从而得到管子内径很小，内壁很粗糙，不能应用，而成为废料。后来在实践中不断摸索，提出加顶头的斜轧穿孔法，通过试验，加顶头后所得的管子内孔扩大了，内壁也较光滑了，正式生产出当时工业所需要的无缝钢管。但那时生产的钢管主要是厚壁毛管，不管在表面质量，几何精度上以及机械性能上都是很差，随着工业的发展，对钢管的质量要求也越
9、来越高，后来经过几十年的不断改进，才生产出现今各行业所使用的各种无缝钢管。,19,2. 管坯穿孔机组类型介绍：,穿孔机的结构和穿孔过程的变形特点，可将现有的穿孔机类型分类如下：,a.按轧辊形式分类,20,b. 按轧辊位置分类,立式穿孔机,卧式穿孔机,c. 按轧辊数量分类,二辊穿孔机,三辊穿孔机,21,d. 按变形特点,F,纵轧穿孔机,斜轧穿孔机,纵轧：由独立构件提供动力，轧辊反向旋转，坯料直行前进。,斜轧：由轧辊提供动力，轧辊同向旋转，坯料螺旋前进。,22,2.常熟华新热穿孔机组信息介绍：,（1）-轧辊；（2）-导板；（3）-顶头；（4）-顶杆；（5）-管坯；（6）-毛管,二辊卧式斜轧穿孔机,
10、二辊立式斜轧穿孔机,常熟华新机组信息,23,3、二辊斜轧穿孔机的工模具,a、轧辊,它是主传动外变形工具，其辊身形状（辊型）和主要尺寸参数如 图所示。通常辊身分为入口锥、出口锥和轧制带（又称压缩带）三段。各段的功用是： （1）入口锥（长度L1、入口锥角） 是曳入管坯并实现管坯穿孔； （2）出口锥（长度L2、出口锥角） 是实现毛管减壁、平整毛管表 面、均匀毛管壁厚和完成毛管 归圆； （3）轧制带（宽度L3）是起到從入 口锥到出口锥之间过渡的作用。,1）轧辊主要构成部位和作用,24,b、导板,它是固定不动的外变形工具，不仅起到管坯和毛管的导向作用，使轧制线稳定，而更重要的是封闭孔型外环、限制毛管横向
11、变形扩径，起到控制毛管的外径作用。按照金属塑性流动的最小阻力定律，如果没有导板限制作用，毛管（特别是薄壁毛管）的扩径量将是很大的，这种情况下，穿孔过程难于实现。导板的形状和主要尺寸如下图所示。通常导板的纵断面形状与轧辊辊型相类似，可分为入口斜面Lb1）、出口外面（ Lb2）和过渡带（ Lb3）三段。各段的功用是：（1）入口斜面导入管坯；（2）出口斜面导出毛管并限制毛管的扩径；（3）过渡带为两斜面间过渡用。,1）导板主要构成部位和作用,25,c、顶头,顶头的形状和主要尺寸如图所示。它是穿孔机内变形工具，相当于钢环轧机的内辊。工作时顶头靠顶杆的支撑在变形区内轴向位置固定不变。实践证明，管坯由实心变
12、成空心毛管过程中，轧件的外径变化不大，而内径由零扩大到要求值的变形主要靠顶头的穿孔锥来完成。由于顶头担负着很重要的变形任务，又处于受热金属包围的恶劣的工作条件，因而顶头是对毛管质量和穿孔机生产率都有重大影响的关键性的工具。,顶头的形状由顶尖L1 （鼻部）、穿孔锥L2、平整段L3和反锥L4等四段构成。各段的功用是：1）鼻部用来在穿孔时对准管坯定心孔，便于穿正；同时对管中心施加轴向力，在一定程度上有利防止预先形成孔腔；2）穿孔锥担负管坯穿孔和毛管减壁的任务；,3）平整段的锥角等于轧辊出口锥锥角，它起到毛管均整壁厚和平整毛管的内外表面作用；4）反锥的作用是防止毛管脱离顶头时产生内划伤。,1）顶头主要
13、构成部位和作用,26,4.斜轧穿孔的变形过程,1.轧辊 2.导板 3.顶头,a.斜轧穿孔变形孔型的构成,二辊立式斜轧穿孔机由上下轧辊，左右导板及钼顶头构成横截面圆环孔型，纵截面上为小底相接的两个锥体，并保证轧辊中心线，导板中心线及顶头中心线在同一位置。当导板与轧辊之间的间隙过大时，将导致荒管链带的产生。,27,b. 穿孔变形区域组成,按在穿孔过程中的作用变形区可划分成四部分：穿孔准备区、穿孔区、平整区（辗轧区）和归圆区（转圆区）等。,-穿孔准备区;-穿孔区;-平整区（辗轧区）; -归圆区（转圆区）,斜轧穿孔变形区,28,1)穿孔准备区：是指从管坯开始与轧辊接触起，管坯在轧辊给予的摩擦力带动下作
14、螺旋运动进入变形区，至管坯前端与顶头鼻部相遇之间的区域（图I）。它的作用是：（1）实现管坯的一次咬入；（2）为管坯继续进入变形区积累足够大的剩余摩擦力，即克服顶头阻力，实现二次咬入；（3）使管坯中心处于特殊的应力状态，造成有利于顶头切入管坯的组织状态；（4）附带的作用是使管坯的前端形成一个漏斗状的凹穴，便于顶头对中定心。 2)穿孔区：是指对应於顶头鼻部和穿孔锥部分的区域（图II）。它的主要任务是进行管坯穿扎和毛管减壁。穿孔变形主要在此区域内完成。故顶头的鼻部和穿孔锥的工作条件最恶劣。 3)平整区：是指顶头平整段所对应的变形区部分（图III）。在此区内由于轧辊出口锥母线与顶头平整段母线接近平行，
15、因此毛管管壁通过此区域起到平整毛管内外表面和均匀毛管壁厚的作用。 4)归圆区：是指毛管脱离顶头后仅与轧辊接触的部分（图IV）。它的作用是靠轧辊将椭圆形断面毛管螺旋加工成圆形。,29,C.斜轧穿孔过程,轧制过程是一个独特的连轧过程，管坯毛管咬入后，由轧辊带动获得螺旋运动，一边旋转、一面前进，并在1/n（ n 为轧辊数目）受轧辊加工一次。如此，依次通过穿孔变形区的各部分，经受穿孔准备、二次咬入和穿孔、毛管减壁、平整内外表面和均匀壁厚以及归圆等轧制变形，而获要求尺寸的毛管。,整个斜轧穿孔过程可分为第一个不稳定过程、稳定过程和第二个不稳定过程三个阶段。第一个不稳定过程从管坯同轧辊接触开始，到前端金属穿
16、出变形区；稳定过程是穿孔过程的主要阶段，从管坯前端充满变形区到管坯尾端开始离开变形区；第二个不稳定过程为管坯尾端开始离开变形区到完全离开轧辊。,实际生产过程中，前后轧卡比中卡多，也是不稳定过程特征之一。轧卡是指穿孔时轧件突然停止前进卡在穿孔机中，不前进不旋转或只旋转不前进的现象。轧卡分为前卡、中卡和后卡，发生在第一个不稳定过程中的轧卡叫前卡，发生在第二个不稳定过程中的轧卡叫后卡；发生在稳定穿孔过程中的轧卡叫中卡。影响轧卡的因素很多，凡是促进穿孔阻力增大，拽入摩擦力降低的因素都将促进轧卡。,30,斜轧穿孔动态变形过程（图示）,1.管坯第一次咬入,2.管坯第二次咬入,为了使穿孔时能顺利咬入管坯和顺利抛出毛管，在进行工具设计和轧机调
