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1、对穿孔工工艺的认认识一、概要要塑性变形形一般来来说就是是使坯料料在一定定温度环环境下通通过专门门的模具具，使金金属产生生连续顺顺畅的流流动使其其变形以以达到要要求的几几何形状状的过程程。穿孔孔就是把把圆断面面坯料穿穿制成毛毛管的变变形过程程。我厂使用用的穿孔孔机为狄狄舍尔二二辊斜轧轧穿孔机机，其封封闭孔型型由上下下两个相相对轧线线倾斜的的轧辊，左左右两个个主动导导盘以及及中间的的一个随随动顶头头构成。工艺流程程不考虑输输送及工工具更替替，有效效工艺环环节有 ：坯料加热热高压水水除鳞热定心心穿孔吹硼砂砂。坯料加热热：使坯坯料达到到最佳可可塑温度度，是整整个钢管管轧制的的基础。高压水除除鳞：除除去
2、热坯坯料的外外氧化铁铁皮，减减小穿制制的阻力力。热定心：提高低低塑性钢钢的可塑塑性，有有效减小小穿孔时时的轴向向阻力，减减轻顶头头耗损。吹硼砂：除去毛毛管的内内表面氧氧化物，为为连轧减减小阻力力穿孔中的的金属变变形1.基本本变形完完全是几几何尺寸寸的变化化，是直直观的变变形，与与材料的的性质无无关，而而且基本本变形取取决于变变形区的的几何形形状。2.附加加变形指指的是材材料内部部的变形形，是直直观看不不到的变变形，是是由于材材料中内内应力所所引起的的，是增增大材料料的变形形应力，引引起材料料中产生生的缺陷陷，主要要有扭转转变形、纵纵向剪切切变形等等，这种种变形会会降低产产品质量量并增加加能量消
3、消耗，所所以在实实际生产产中如何何来减小小附加变变形是很很重要的的。斜轧穿孔孔整个过过程可以以分为三三个阶段段，即不不稳定稳定不稳定定第一个不不稳定过过程管坯前前端金属属逐渐充充满变形形区阶段段，即管管坯同轧轧辊开始始接触（一一次咬入入）到前前端金属属出变形形区，这这个阶段段存在一一次咬入入和二次次咬入。稳定过程程这是穿穿孔过程程主要阶阶段，从从管坯前前端金属属充满变变形区到到管坯尾尾端金属属开始离离开变形形区为止止。第二个不不稳定过过程为管坯坯尾端金金属逐渐渐离开变变形区到到金属全全部离开开轧辊为为止稳定过程程和不稳稳定过程程有着明明显的差差别，这这在生产产中很容容易观察察到的。如如一只毛毛
4、管上头头尾尺寸寸和中间间尺寸就就有差别别，一般般是毛管管前端直直径大，尾尾端直径径小，而而中间部部分是一一致的。头头尾尺寸寸偏差大大是不稳稳定过程程特征之之一。造造成头部部直径大大的原因因是：前前端金属属在逐渐渐充满变变形区中中，金属属同轧辊辊接触面面上的摩摩擦力是是逐渐增增加的，到到完全充充满变形形区才达达到最大大值，特特别是当当管坯前前端与顶顶头相遇遇时，由由于受到到顶头的的轴向阻阻力，金金属向轴轴向延伸伸受到阻阻力，使使得轴向向延伸变变形减小小，而横横向变形形增加，加加上没有有外端限限制，从从而导致致前端直直径大。尾尾端直径径小，是是因为管管坯尾端端被顶头头开始穿穿透时，顶顶头阻力力明显
5、下下降，易易于延伸伸变形，同同时横向向展轧小小，所以以外径小小。虽然三个个过程有有所区别别，但他他们都在在同一个个变形区区内实现现的。变变形区是是由轧辊辊、顶头头、导盘盘构成。整整个变形形区为一一个较复复杂的几几何形状状，大致致可以认认为，横横断面是是椭圆形形，到中中间有顶顶头阶段段为一环环形变形形区。纵纵截面上上是小底底相接的的两个锥锥体，中中间插入入一个弧弧形顶头头。变形区形形状决定定着穿孔孔的变形形过程，改改变变形形区形状状（决定定于工具具设计和和轧机调调整）将将导致穿穿孔变形形过程的的变化。穿孔变形形区大致致可分为为四个区区段（摘摘文）区称之之为穿孔孔准备区区。区的主主要作用用是为穿穿
6、孔作准准备和顺顺利实现现二次咬咬入。这这个区段段的变形形特点是是：由于于轧辊入入口锥表表面有锥锥度，沿沿穿孔方方向前进进的管坯坯逐渐在在直径上上受到压压缩，被被压缩的的部分金金属一部部分向横横向流动动，其坯坯料波面面有圆形形变成椭椭圆形，一一部分金金属轴向向延伸，主主要使表表层金属属发生形形变，因因此在坯坯料前端端形成一一个“喇叭口口”状的凹凹陷。此此凹陷和和定心孔孔保证了了顶头鼻鼻部对准准坯料的的中心，从从而可减减小毛管管前端的的壁厚不不均。区称为为穿孔区区，该区区的作用用是穿孔孔，即由由实心坯坯变成空空心的毛毛管，该该区的长长度为从从金属与与顶头相相遇开始始到顶头头圆锥带带为止。这这个区段
7、段变形特特点主要要是壁厚厚压下,由于轧轧辊表面面与顶头头表面之之间距离离是逐渐渐减小的的,因此毛毛管壁厚厚是一边边旋转,一边压压下，因因此是连连轧过程程,这个区区段的变变形参数数以直径径相对压压下量来来表示,直径上上被压下下的金属属,同样可可向横向向流动(扩径)和纵向向流动(延伸)但横向向变形受受到导盘盘的阻止止作用,纵向延延伸变形形是主要要的。导导盘的作作用不仅仅可以限限制横向向变形而而且还可可以拉动动金属向向轴向延延伸,由于横横向变形形的结果果,横截面面呈椭圆圆形。区称为为碾轧区区,该区的的作用是是碾轧均均整、改改善管壁壁尺寸精精度和内内外表面面质量，由由于顶头头母线与与轧辊母母线近似似平
8、行，所所以压下下量是很很小的，主主要起均均整作用用。轧件件横截面面在此区区段也是是椭圆形形，并逐逐渐减小小。区称为为归圆区区。该区区的作用用是把椭椭圆形的的毛管，靠靠旋转的的轧辊逐逐渐减小小直径上上的压下下量到零零，而把把毛管转转圆，该该区长度度很短，在在这个区区变形实实际上是是无顶头头空心毛毛管塑性性弯曲变变形，变变形力也也很小。变形过程程中四个个区段是是相互联联系的，而而且是同同时进行行的，金金属横截截面变形形过程是是由圆变变椭圆再再归圆的的过程二、重要要环节及及参数“孔腔”中心疏疏松穿孔工艺艺被广泛泛用于无无缝钢管管的生产产始于118844年，两两名锻工工（曼内内斯曼兄兄弟）在在生产中中
9、发现旋旋转横锻锻出现“孔腔”这一重重要现象象。由于于高速的的自转产产生离心心力，同同时由于于管坯旋旋转使其其同一部部位受到到轧辊的的压应力力和导盘盘的拉应应力不断断转换形形成的交交变应力力，管状状断面轧轧件在中中心会形形成一个个中心疏疏松区域域，形成成孔腔。区区域内金金属产生生一个向向外的运运动趋势势，但由由于内部部复杂的的应力作作用达到到平衡，并并没有产产生动作作或产生生局部较较小破裂裂现象。当当有外力力作用于于中心时时就打破破了内部部的复杂杂应力平平衡，使使内部金金属顺利利的向外外运动，这这就是穿穿孔的基基础。斜轧实心心管坯时时，在顶顶头接触触管坯前前常易出出现金属属中心破破裂现象象，当大
10、大量裂口口发展成成相互连连接，扩扩大成片片以后，金金属连续续性破坏坏，形成成中心空空洞即孔孔腔。在在顶头前前过早形形成孔腔腔，会造造成大量量的内折折，恶化化钢管内内表面质质量，甚甚至形成成废品，因因此在穿穿孔工艺艺中力求求避免过过早形成成孔腔。影响孔腔腔形成的的主要因因素有：1.变形形的不均均匀性（顶顶头前压压缩量）不均匀变变形程度度主要决决定于坯坯料每半半转的压压缩量（称称为单位位压缩量量），生生产中指指顶头前前压缩量量。顶头头前压缩缩量愈大大则变形形不均匀匀程度也也愈大，导导致管坯坯中心区区的切应应力和拉拉应力增增加，从从而容易易促进孔孔腔的形形成。一一般用临临界压缩缩量来表表示最大大压缩
11、量量值的限限制，压压缩量小小于临界界压缩量量则不容容易或不不形成孔孔腔。2.椭圆圆度的影影响穿孔过程程中在管管坯横断断面上存存在着很很大的不不均匀变变形，椭椭圆度愈愈大，则则不均匀匀变形也也愈大。按按照体积积不变定定律可知知，横向向变形愈愈大则纵纵向变形形愈小，将将导致管管坯中心心的横向向拉应力力、切应应力以及及反复应应力增加加，加剧剧了孔腔腔的形成成趋势3.单位位压缩次次数的影影响在生产中中主要指指管坯从从一次咬咬入到二二次咬入入过程中中管坯的的旋转次次数，次次数的增增多就容容易形成成孔腔。4.钢种种本身塑塑性钢的自然然塑性由由钢的化化学成分分、金属属冶炼质质量以及及金属组组织状态态所决定定
12、，而组组织状态态又由管管坯加热热温度和和时间所所影响。一一般来说说塑性低低的金属属，穿孔孔性能差差，容易易产生孔孔腔封闭孔型型我厂使用用的是狄狄舍尔二二辊斜轧轧穿孔机机，穿孔孔轧制是是由上下下两个相相对轧线线倾斜的的轧辊和和左右两两个主动动旋转导导盘形成成外封闭闭圆，再再由中间间的一个个随动顶顶头形成成内封闭闭圆，这这样就形形成了一一个环状状封闭孔孔型。封闭孔型型的调整整椭圆度度（包括括轧辊上上压下和和下压上上和导盘盘）以及及顶头前前压下要使金属属在穿孔孔过程中中能连续续顺畅的的流动变变形，适适宜的椭椭圆度是是很重要要的，对对应不同同钢级的的钢种调调整不同同的椭圆圆度，也也就是我我们常说说的“
13、车型”。高钢钢级的钢钢种，其其塑性较较低不易易穿制，椭椭圆度小小点，顶顶头前压压下小点点；低钢钢级的椭椭圆度稍稍大，顶顶头前压压下大点点。其中需要要注意的的是轧辊辊和导盘盘速度的的匹配，不不仅要考考虑轴向向前进速速度，还还要顾及及两者对对坯料产生生的交变变应力的的匹配，这这主要是是在经验验数据的的基础上上多加考考虑轧辊辊和导盘盘的大小小，如果果使用的的轧辊和和导盘磨磨损过大大也就是是尺寸过过小了，要要在经验验数据的的基础上上另加调调整。例例如，使使用的轧轧辊直径径在10000以以下了，比比经常使使用的要要小不少少，这时时如果还还使用常常用参数数就可能能导致交交变应力力幅度过过大，容容易造成成孔
14、腔从从而使金金属变形形中的金金属流动动产生断断续、不不连续，造造成毛管管头部局局部出现现内折等等密集的的小缺陷陷。对此此情况，应应该在轧轧制节奏奏和实际际条件允允许范围围内，放放轧辊使接触触面积减减小，减减小阻力力，使交交变应力力幅度减减小，同同时可以以提高轧轧辊转速速或者适适当减小小导盘转转速。具具体情况况视实际际情况而而定。各参数的的调整在车型调调整完毕毕后，一一般会因因各种情情况对设设备进行行相应的的微调，使使轧制更更顺利进进行。坯料温度度：温度在在整个钢钢管轧制制过程中中是最关关键的参参数，因因为它是是钢管轧轧制的基基础。适适宜的温温度代表表的是良良好的塑塑性，更更能抵消消部分因因为工
15、具具的自身身缺陷或或是调整整不佳带带来的弊弊端。简简单说，良良好的温温度环境境是金属属连续顺顺畅流动动变形的的基础轧辊转速速：由于于轧辊是是倾斜放放置的，所所以在轧轧辊与坯坯料接触触点的速速度可以以分解为为轴向和和周向（垂垂直于轧轧线）。转转速增大大毛管前前进速度度增大，旋旋转速度度也增大大，一般般是在设设备负荷荷能力范范围内配配合出料料节奏进进行调整整。需要要注意与与导盘转转速配合合。轧辊角度度：一般般在815，角度度增大，毛毛管轴向向速度增增大，周周向（旋旋转方向向）速度度减小。一一般节奏奏快的角角度大，节节奏慢的的角度小小；高钢钢级角度度小，低低钢级角角度大。轧辊上下下：分为为上压下下和
16、下压压上，配配合导盘盘形成外外封闭圆圆，注意意椭圆度度。主要要影响壁壁厚，放放大则壁壁厚大，压压小则壁壁厚小，用用于壁厚厚微调。在在本工序序正常调调整范围围内可考考虑连轧轧负荷进进行调整整。导盘丝杠杠：配合合轧辊形形成外封封闭圆，主主要影响响外径，放放大则外外径大，缩缩小则外外径小，注注意椭圆圆度。同同样在本本工序正正常前提提下，配配合连轧轧进行微微调。导盘转速速：两个个主动导导盘在轴轴向起导导向作用用，在轴轴向上产产生拉力力，与轧轧辊同时时作用使使坯料产产生交变变应力从从而产生生中心疏疏松，需需要注意意与轧辊辊转速匹匹配，以以免使金金属流动动不顺畅畅产生缺缺陷。顶头前压压下：顶顶头伸过过轧制
17、带带的长度度，配合合轧辊导导盘形成成封闭孔孔型，即即能影响响壁厚也也能影响响外径。前前伸量大大，扩径径小，壁壁厚减小小；前伸伸量小，扩扩径大，壁壁厚增大大。三辊定心心：由于于顶杆过过长而且且其刚度度不够，在在旋转过过程中会会出现抖抖动，如如果抖动动过大则则可影响响壁厚，因因此需要要三辊的的限制。配合节奏调好三辊延时，使顶杆抖动限制在最小。托辊延时时：根据据毛管的的长度，调调好托辊辊延时，使使其过VV05检检测，以以免带不不出，最最好调到到毛管能能过脱棒棒前辊，放放置带不不走或者者跳顶杆杆。硼砂参数数：硼砂砂量，压压力，时时间三个个参数根根据毛管管内表面面积确定定（通过过毛管长长度和壁壁厚大概概
18、估算，不不必严格格计算）。可可观察尾尾焰和前前焰以及及连轧预预穿时是是否顶金金属液来来确定：尾焰吹吹出半米米后向上上，且尾尾焰旺盛盛，前焰焰有即可可，连轧轧预穿顶顶出金属属液为佳佳。调整的基基本原则则是毛管管几何尺尺寸满足足轧管机机组的要要求，壁壁厚均匀匀且内外外表面良良好。调整的方方法可以以参考下下表（表表中没有有涉及到到前进角角的调整整）原因辊距导距顶前量壁厚稍微微厚减小壁厚稍微微薄增加壁厚太厚厚减小增加壁厚太薄薄增加减小外径太大大增加（减小小）增加外径太小小减小（增加加）减小外径稍微微大减小外径稍微微小增加外径、壁壁厚都太太大（增加加或减小小）多增加外径、壁壁厚都太太小（增加加或减小小）
19、多减小外径太大大、壁厚厚太小多增加（增加）外径太小小、壁厚厚太大多减小（减小）三、顶头头消耗及及质量缺缺陷顶头是穿穿孔工艺艺中关键键工具也也是消耗耗最多的的工具，同同时也是是能引发发各种质质量缺陷陷的工具具。顶头头使用的的好不仅仅能减少少成本消消耗更能能避免质质量事故故的发生生。影响顶头头寿命的的因素：1、顶头头在穿孔孔过程中中，顶头头承受着着交变热热应力、摩摩擦力及及机械力力的作用用，力的的大小影影响顶头头的寿命命。2、顶头头自身化化学成分分和热处处理工艺艺，热处处理工艺艺决定顶顶头寿命命。3、管坯坯材质，合合金含量量越高，变变形抗力力越大，顶顶头寿命命越低；4、穿孔孔时间和和管坯长长度，穿
20、穿孔时间间越长，顶顶头温度度越高，顶顶头越容容易变形形和损坏坏。质量缺陷陷简要内折：在在钢管的的内表面面上呈现现直线或或螺旋、半半螺旋形形的锯齿齿状缺陷陷。产生原因因：1) 管坯加加热不均均、温度度过高或或过低、加加热时间间过长或或过短。管坯：。2) 中心疏疏松、偏偏析；缩缩孔残余余严重；非金属属夹杂物物超标3) 穿孔区区域：顶顶头磨损损严重；穿孔机机参数调调整不当当；穿孔孔辊老化化等。内结疤：钢管内内表面呈呈现斑疤疤，一般般不生根根易剥落落。产生原因因：1) 石墨润润滑剂中中带有杂杂质。2) 管后端端铁耳，被被压入钢钢管内壁壁。3） 硼硼砂过积积成块外折：在在钢管外外表面呈呈现螺旋旋状的层层状折叠叠。产生原因因：1) 管管坯表面面有折叠叠或裂缝缝。2) 管管坯的皮皮下气孔孔，皮下下夹杂较较严重。3) 管管坯表面面清理不不良或有有耳子、错错面等。4) 轧轧制过程程中，钢钢管表面面被掀起起划伤，通通过轧制制又被压压合到钢钢管的基基体上，形形成外折折等。拉凹：钢钢管内表表面呈现现有规律律或无规规律地凹凹坑且外外表面无无损伤。产生原因因：1）连轧轧调整不不当，各各架辊轧轧速不匹匹配。2）管坯坯加热不不均匀或或温度过过低。3）轧制制中心线线偏离，钢钢管与连连轧后辊辊道碰撞撞产生等等 孙健健 轧管管热轧穿穿孔 20010.03.13