无缝钢管定径机组末架孔型的设计_洪汛.pdf

技术交流无缝钢管定径机组末架孔型的设计洪汛，郭海明，李琳谷大伟，张尧（鞍钢股份有限公司无缝钢管厂，辽宁鞍山 ）摘要：介绍了一种 钢管定径机组末架孔型的设计方法。从实际孔型设计中的数据出发，利 用电子表格中的公式计算及函数关系，建立定径孔型设计方程，确定定径末架孔型设计值与钢管 实际尺寸的关系，推导出影响定径出口温度的不同因素与定径精轧末架孔型设计值之间 的关系，建立出适用的定径末架孔型设计回归方程。用该方法计算出的终轧温度与热膨胀系数与实测值几乎一致，说明该方法适用于现场生产。关键词：无缝钢管；定径；孔型设计；终轧温度；热膨胀系数：开放科学（资源服务）标识码（）：，（，）：，？，？，：；鞍钢股份有限公司无缝钢管厂的￥连轧管机组采用机架定径机架，常规产品范围为，由于钢 管外径及壁厚范围较宽，同一外径、不同壁厚的钢管温度差别较大，因此同一套定径孔型生产出的产品虽然能够满足相关标准要求，但是外径偏移较大，对定径孔型设计的精度带来较大影响笔者从实际孔型设计中积累 的数据出发，以 输送流体用无缝钢管中常规品种钢为例，结合电子表格（）中强大的公式计算及函数关系，建立定径孔型设计方程，确定洪汛（），男，工程硕士，高级工程师，从事无缝钢管生产技术管理工作。定径精轧末架孔型设计值与钢 管实际尺寸的关系，最终推导出影响定径出口温度的不同 因素与定径精乳末架孔型设计值之间的关系，以供其参考。定径后热膨胀系数的影响因素定径是一个空心体连轧的过程，是热轧的最后一道工序，其孔型大小决定了产品外径精度，孔型设计越精确，定径后产品 的尺寸就越接近于目标尺寸，反之尺寸就会发生偏离，甚至出现超出标准要求的情况。孔型设计的难点在于材料热膨胀系数的确定，本文中热膨胀系数计算方式为定径末架孔型设计直径与钢管实际测量平均直径的 比值，而热膨胀系数与出定径温度（丈）及钢管材质密切相关。，钢管年月第卷第期技术交流图不同终 轧温度 时的热膨胀系数分布（钢）通过图可以看出，终轧温度在？时，终轧温度 与热膨胀系数均分布在一条直线附近，它们之间的关系呈近似线性关系；终轧温度在？时，终轧温度与热膨胀系数之间 的关系 ，温度 “”点击“确定”弹出一个对话框，在第一数据区域选择框中输人“：”，在第二数据区域选择框中输人“：”点击“确定”，即可计算出 。在“”后的单元格中插入函数选“统计选“”点击“确定弹出一个对话框，在第一数据区域选择框中输入“：”，在 第二数据区域选择框中输入“：”点击“确定”，即可计算出。（）通过上述计算，可以得出热膨胀系数与终轧温度之间 的关系为：为 冗时，；为？时，文献详细介绍了不同材料热膨胀系数的计算方法，现不考虑材料影响，仅采用钢材料（该材料工艺要求终轧温度区间为？）来介绍影响钢管出定径温度的因素。在无缝钢管轧制过程中，影响定径后终轧温度的因素有多个，所有影响温度的因素原则上与金属横截面积、产品 的尺寸及接触环境有关，主要涉及钢管外径、壁厚、轧制速度、冷却水量及环境温度等，这些条件之间存在一定的联系，理论上，钢管外径越大、壁厚越厚、轧制速度越快、轧机冷却 水量越小，出定径后温度越髙，热膨胀系数就越大，同样的孔型设计值时实际产品的外径就越小。例如，在其他条件一致的条件下，钢管的壁厚越 厚，散热越 慢，定径后钢管温度越髙，热膨胀系数也就越大。定径孔型的设计有关金属材料热膨胀的规律性，国内外专家学者进行了研究。年，复旦大学利用高精度热膨胀曲线实测值，对改进的相变动力学方程进行优化，提出亚共析钢加热过程的相 变量计算模型及方法。从研究中可以看出，钢管出定径温度在 时，体积与温度呈近似线性关系，也就是说，热膨胀系数与温度呈线性关系；温度高于 后，体积与温度变化不大，即热膨胀系数是一常数。因此，确定钢管定径后终轧温度与热膨胀系数之间的关系，并确定影响定径后终轧温度的各种因素与终轧温度之间 的关系，即可寻找到影响定径后终轧温度的各种因素 与热膨胀系数之间的关系，最终建立定径末架孔型设计回归方程。终轧温度与热膨胀系数方程建立数据统计为推导出定径后终轧温度与热膨胀系数之间 的关系，在现场的生产中，统计了不同终轧温度下钢管的热膨胀系数，具体数据见表。表定径后钢管终轧温度与热膨胀系数关系（钢）终轧温度 热膨胀系数 终轧温度，热膨胀系数数据分析（）寻找终轧温度足与热膨胀系数之间 的关系，可利用电子表格中散点图来观察数据变化规律，具体选“插入”“图表”“灯散点图”，如图所示。？为 常数，终轧温度提高，但热膨胀系数在左右不变，与文献研究的结果相 似。（）因终轧温度在 时，终轧温度与热膨胀系数呈近似线性关系，可以设定其回归方程为：。将统计数据汇总到电子表格中，利用电子表格中 函数功能得出、值。在“”后的单元格中插人函数选“统计选隸喊当簦琼技术交流在实际生产中，钢 管壁厚越薄，冷却速度越快。钢 管壁厚图不同壁厚时的终乳温度分布（外径）对于二项式关系，采用电子表格中另外一种方式进行计算，在散点图中添加趋势线，在类型中选择多项式，阶数选择二阶，得到拟合曲线与回归方程，如图所示，可得出壁厚与的关系为：。其中，定径后钢管规格与终轧温度关系通过上述计算可以看出，在仅考虑一个因素洪汛等：无缝钢管定径机组末架孔型的设计时，终轧温度与定径后外径及 壁厚均存在函数关系，因此可设定终轧温度与定径后外径及壁厚关系式为：（）（）（）由此可见，计算出、与的数值，即可得出终轧温度与定径后的钢管外径）及壁厚的关系。同样，在生产时进行数据统计，得到定径后的钢管外径、壁厚与终轧温度的对应关系，具体见表钢管年月第卷第期：钢管壁 厚图钢管壁厚与终轧温度拟合曲线（外径，线性关系，也与实际生产中外径越大，定径孔型使用越少，温降越慢，终轧温度越髙相符。同样按照方法，可以得出定径后外径？与终轧温度的关系为：）。其中，。钢管壁厚与定径终轧温度的关系在生产相同外 径（）钢管时，对不同壁厚下的终轧温度进行测量，具体数据见表。钢管 外 径图不同外径时的终轧温度 分布（壁厚）表定径后 壁厚与终轧温度比照（中钢）钢管壁厚终轧温度丈 按照中方法，制作散点图，如图所示。可以看出，钢管壁厚与终轧温度近似呈多项式关系，终轧温度影响因素与终轧温度方程建立如前所述，影响定径后终 轧温度的因素有多个，主要有钢管外径、壁厚、轧制速度、冷却水量及环境温度 等，因轧制速度及冷却水量通常采用及不变化，而环境温度对钢管终轧温度影响很小，因此对轧制速度、冷却水量和环境温度不进行细致研究，主要研究钢管的外径及壁厚对终轧温度的影响。钢管外径与定径终轧温度的关系在生产相同壁厚（）钢管时，对不同外径下的终轧温度进行测量，具体数据见表。表定径后 钢 管 外径与终轧温度关系（壁厚 钢）钢管外径终乳温度 按照中方法，制作散点图，具体如图所示。可以看出，定径后钢管外径与终乳温度近似呈（技术交流表定径后钢 管外径、壁厚与终轧温度 关系钢 管外径钢管壁厚终轧温度 将表中的数据代人公式（），可得出，。因此，终轧温度与定径后外径）及壁厚的关系为：（）（）。其中，）为，为。小结通过上述计算得出定径后终轧温度与定径后钢管外径及壁厚的关系，并得到定径后终轧温度与热膨胀系数之间 的关系，在孔型设计中，可以通过所设计的外径、壁厚来确定终轧温度，最终确定热膨胀系数。孔型设计校验为验证通过上述方法确定的热膨胀系数的准确性，米用￥规格 钢 管进行了校验。运用公式（）可计算出该规格钢管的终轧温度为丈，进而计算出热膨胀系数 。按该热膨胀系数设计出定径末架孔型直径为，检测出定径末架 孔型的钢管的外径，计算其热膨胀系数（表），并与设计值进行比较。表孔型设计及实际钢管外径钢管规格定径精轧孔型设计值定径后外径 热膨胀系数中，平均值 从表可以看出，在实 际生产中测量的钢管平均外径为，与设计目标外径几乎一致；测量的实 际热膨胀系数平均值为。与计算值几乎一致。由此说明该公式适用于现场生产。结论所建立的定径末架孔型设计方式在现场测试多次，发现理论计算数据与实际生产中测量的终轧温度及热膨胀系数结果几乎一致，能够满足生产工艺设计要求，可以有效指导孔型设计人员操作，减少孔型设计失误状况，可以提高产品精度，提升市场竞争力。参考文献郭海明，李琳琳，张尧，等三辊微张力定（减）径工艺设计探讨钢管，（）：郭海明，李琳琳，秦桂伟，等微张力定（减）径机厚壁孔型优化钢管，（）：郭海明，陈勇，张卫东，等增加中间孔型系列提高芯棒利用率钢管，（）：郭海明，滕家刚，李 越连轧管机组产品质量缺陷分析鞍钢技术，（）：郭海明，张壳，李琳琳，等优化 脱管机孔型第十二届中 国钢铁年会论文集：王增海，林震，高峰，等￥三辊连轧管机组的工艺与设备钢管，（）：张旦天，高瑞全，孙世忠，等我国连轧管机组的发展历程及分布状况钢管，（）：冯志坚我国连轧管机组的建设与思考钢管，（）：王芳波，刘启增，李飞，等￥连轧 管机组 孔型的设计与开发钢管，（）：成海 涛，李 赤 波，李晓钢管 定（减）径工艺技术（）热轧无缝钢管 实用技术钢 管，（）：卓钊，昝启飞，王芳波，等连轧管机组孔型的设计与开发钢管，（）：郑国桢，林苗华，林德明金属材料热膨胀系数经验公式的探讨广东工业大学学报，（）：温元凯，李济民金属热膨胀的规律 性金属材料研究，（）：孙晓光，王巍，碳钢在加热过程中相 变量精确计算模型中 国材料研究学会 年材料科学与工程新进展（下）年中 国材料研讨会论文集北京：冶金工业出版社，：（收稿日期：；修定日期：），