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介紹了衡陽華菱鋼管（集團）有限公司108分廠錐形穿孔技術的開發應用情況，重點介紹了108分廠二輥錐形穿孔機、穿孔輥型、導板、頂頭及穿孔滾花的設計和加工操作要點。該技術的開發成功解決了三輥軋管機組生產鋼管的表面裂紋問題，使產量提高30%以上。

1前言

衡陽華菱鋼管（集團）有限公司原④108mm三輥軋管機組建于1989年，技術改造前產量為6.6萬tVa。由于該機組產品中厚壁管大部分為機加工用管，隨著用戶設計的鋼管加工余量越來越少，鋼管外表面及近表面的裂紋、發紋等缺陷可能會留在成品或半成品管表面，導致廢品增加。為此，2003年初，對④108mm機組進行了大規模的技術改造，將主要工藝流程“三輥穿孔→三輥軋管→三輥微張力減徑”改為“二輥錐形穿孔→三輥軋管→三輥微張力減徑”。技改后試生產當月即恢復了大部分品種、規格產品的生產，第3個月即打破了月產量的歷史記錄。在隨后1年多的時間里，108分廠利用技改后工藝、設備的優勢開發了大量的產品品種、規格。成品規格范圍擴展到45~133mm×6.45~28.00mm，產品實物質量大幅度提高，市場競爭力明顯增強，生產能力達到8萬tVa。錐形穿孔技術在中厚壁鋼管生產中的應用取得成功。

2二輥錐形穿孔機與三輥軋機管機配置

二輥錐形穿孔機是結合斯蒂芬爾穿孔機和狄舍爾穿孔機設計上的優點，于20世紀80年代初發展起來的一種新型錐形穿孔機。二輥錐形穿孔機的軋輥為錐形，其軋輥直徑由入口向出口方向逐漸增大，與穿孔時的金屬流動速度逐漸增至一致，因此減少了作用在管坯上的周向剪切力，有利于減少內外表面缺陷，可穿制高合金鋼及管壁較薄的毛管，為軋管機提供高質量的毛管。同時，在三輥軋管機前配置二輥錐形穿孔機，可靈活分配穿孔、軋管及微張力減徑三大工序的延伸系數。加大二輥錐形穿孔機延伸率，可以減少三輥軋管機的變形量，從而減輕三輥軋管機因變形量過大帶來的鋼管外表面裂紋；此外，控制適量的微張力減徑總減徑率，還可確保中厚壁管在微張力減徑時內孔規圓[1]。因此，在三輥軋管機前配置二輥錐形穿孔機，不但有利于提高穿孔毛管外表面質量，而且有利于后續工序工藝優化，內外表面質量及幾何尺寸都得到改善。

實踐證明，三輥斜軋穿孔機對坯料質量要求較高，這給坯料供應和生產組織帶來極大不便，而108分廠二輥錐形穿孔機通過采用大的送進角（15°）和輾軋角（15），即使使用具有中心疏松的連鑄坯，仍能穿制出合格鋼管。顯然，二輥錐形穿孔對坯料的適應性比三輥斜軋穿孔強。

3二輥錐形穿孔的主要變形工具

3.1軋輥

在輥型設計時采用了入口錐長小于出口錐長，入口錐角小于出口錐角的錐型輥型21。由于出口錐長度較大，而軋輥的輥長與輥徑之比較大，進而促使毛管在較長的出口錐變形區內得到充分輾軋，因而改善了毛管質量。

軋輥尺寸由以下經驗公式確定：

（1）軋輥高點直徑：Do=（5~6）Dommx

（2）軋輥總長：L=（0.7~1.0）Do

（3）入口錐長度：L1=（0.4~0.5）L（4）出口錐長度：L2=（0.5~0.6）L

（5）最小軋輥直徑：Dnmin=Do-2Litga-（DB-E）/cosa

（6）最大軋輥直徑Dmax=Do+2 L1tga-（DR-E）/cosa式中，a為輾軋角；E為軋輥間距；DR為毛管直徑；DB為管坯直徑。108分廠二輥錐形穿孔機軋輥形狀及部分尺寸見圖1。

3.2頂頭

在二輥穿孔時，頂頭前管坯中心部分承受著拉、壓應力的反復作用及剪切應力的共同作用。當這些應力超過金屬的強度極限時，管坯中心會被撕裂形成孔腔。在④108mm機組中厚壁管產品中，合金鋼及低變形性能材料所占比例較大，為了解決穿孔毛管的內表面質量問題，采用了較大的送進角和輾軋角，以抑制軋件二次咬入前的孔腔現象，由于錐形穿孔時，送進角及輾軋角越大，切向剪切力越小，當送進角與輾軋角選擇適宜后，切向剪切可完全避免。但是，當送進角或輾軋角分別增加時，頂頭所受阻力增加，頂頭磨損加劇。這正是頂頭形狀與尺寸設計時應當考慮的。

頂頭由半徑為R的圓弧段、圓錐段（輾軋段）和反錐段組成，見圖2，頂頭前端采用平頭設計，頂頭圓弧長度較大，可使穿孔減壁的過程緩和，以減小變形過程的頂頭阻力，降低頂頭磨損。頂頭輾軋錐長度設計為大于一個管坯螺距（約80mm），毛管任一截面都在變形區頂頭輾軋段軋制2次，保證了毛管的均壁和平整，輾軋段錐角較軋輥出口錐角稍大，這主要考慮由于送進角影響使軋輥實際工作錐角增大，輾軋段實際上只分配很小的減壁值。

反錐段長度根據經驗進行選取，并考慮到與頂桿的裝配方式，一般取10mm即可。

3.3導板

導板不僅對軋件的入口、出口進行導向，還直接參與變形，因此其外表形狀要與變形匹配，適應金屬的流動。導板的過渡帶位于軋輥的孔喉位置，與機器中心線重合，導板工作面長度約為變形區實際長度，而且導板工作面入口段及出口段的長度分別與變形區入口段及出口段長度大致相等。同時，在導板尺寸設計時要盡量使軋輥和導板邊緣間隙小，以達到封閉孔型的目的。如果間隙過大或導板邊緣缺損，穿孔時會出現鏈帶。

4穿孔軋輥滾花

軋輥入口錐部分采用滾花處理，增大了軋輥和軋件之間的摩擦，以利于管坯咬入。由于108分廠產品為厚壁管，延伸系數小，因此滾花的深度、長度、角度布置對穿孔生產、產品質量影響很大。如果滾花深度不夠，則軋件摩擦力不夠，易前卡；如果滾花過深，影響鋼管表面質量，尤其對高壓鍋爐管的壓扁性能影響極大；滾花區過短，易后卡；滾花區過長，影響鋼管表面質量。此外，滾花設置與送進角、輾軋角密切相關。

生產實踐證明，108分廠二輥錐形穿孔機在送進角為15°、輾軋角為15°及穿孔滾花深度Hmin≤0.2mm時，出現前卡；而滾花深度Hamx≥1.0mm時，穿孔毛管表面出現微裂。此外，滾花的影響與輥距等調整參數也有關。108分廠穿孔滾花間距為2.5mm，其方向由上到下與輥軸成30°，前段部分滾花深度為0.6mm，后段部分深度為0.4mm，滾花長度控制在軋輥前端到高點前80mm。

5結語

實踐證明，錐形穿孔技術在中厚壁鋼管生產中是可行的，二輥錐形穿孔機與三輥軋管機及三輥微張力減徑機的配置是成功的。二輥錐形穿孔技術在中厚壁鋼管生產中的開發應用，不但有利于提高穿孔毛管外表面質量，而且有利于后續工序的工藝優化，使內外表面質量及幾何尺寸都能得到改善。