Φ530 mm 斜轧扩径机组的工艺与设备

冯国营，畅兴刚

（1.山东聊城中钢联金属制造有限公司，山东 聊城 252000；2.太原重工股份有限公司，山西 太原 030009）

斜轧扩径技术，就是轧件在两个位于不重合的水平面上并具有很大倾角的同向旋转的锥形轧辊和一对上下布置的固定导板及位于轧制中心线的顶头间组成的孔型中轧制，在轧制过程中边减径边扩径，具有扭转变形少、延伸系数小、轧制速度慢等工艺特点［1］。传统斜轧扩径机组生产流程为：实心坯料→环形炉→穿孔→加热炉→轧制→定径→冷却→坯管→步进炉→斜轧扩径→均整→加热炉→定径→冷却→成品管。传统斜轧扩径机组采用热轧后的成品管作为原料，由3 道加热工艺、6 种轧制加工设备完成该钢管的轧制，生产工序复杂、设备占地面积大、工具消耗多、能耗和轧制成本高。2017年初山东聊城中钢联金属制造有限公司（简称中钢联）与太原重工股份有限公司共同研发制造了短流程Φ530 mm 斜轧扩径机组，该机组于2018 年11月热负荷试车且投入生产［1-15］。短流程Φ530 mm 斜轧扩径机组只采用1 道加热工序和4 种轧制加工设备即能完成轧制过程，节约了设备的一次投资，运行成本减少到传统斜轧扩径机组的一半，大大提高了产品的竞争力。

1 短流程斜轧扩径机工艺流程

Φ530 mm 斜轧扩径机组在中钢联公司原Φ325 mm Assel 轧管机组基础上新建，与Assel 轧管机组共用环形炉、穿孔机和冷床。Assel 轧管机组的工艺流程为：环形炉→穿孔机→Assel 轧管机→定径机→冷床。斜轧扩径机组的工艺流程为：环形炉→穿孔机→斜轧扩径机→均整机→定径机→冷床。新建斜轧扩管机组后，中钢联公司的钢管产品成品规格、径壁比、产品用途范围进一步扩大。Assel 轧管机组、斜轧扩径机组流程如图1 所示，产品大纲见表1。

图1 某公司Assel 轧管机组、斜轧扩径机组流程

表1 某公司新建斜轧扩径机前后产品对照

2 设备分析

2.1 设备简介

短流程斜轧扩径机组主要由环形加热炉、穿孔机、斜轧扩径机、均整机、定径机、冷床等组成。机组布置如图2 所示。

图2 短流程斜轧扩径机布置组布置示意

环形加热炉布置在设备的最左侧，用来将实心坯料加热到1 150～1 200 ℃；穿孔机位于环形炉后，通过过渡辊道与环形炉相连，负责将实心坯料穿制成空心毛管；斜轧扩径机组位于穿孔机侧后方，将空心毛管轧成大直径薄壁钢管；均整机位于斜轧扩径机组的后侧，对大直径薄壁钢管进行均壁；定径机位于均整机后，用于轧制出指定规格的热成品管，冷床位于定径机后，用于将热成品管冷却成合格的成品管。

2.2 设备分析

采用短流程斜轧扩径机组存在以下问题：

（1）毛管壁厚偏差大会影响扩径后钢管的内螺纹深度的形成，如果内螺纹过深，均整机无法纠正钢管偏差，则钢管质量无法得到保证；

（2）毛管的斜尾过大会造成斜轧扩径机管子脱出困难，造成设备后卡；

（3）穿孔后毛管温降过大，温度不足会造成扩径轧制时力能急剧攀升，发生轧卡。

（4）扩径后，管子进入均整机时整体温度低，可能造成均整机轧卡，或轧后成品管质量降低。

针对上述4 个问题，首先对毛管质量进行研究，在现有穿孔机上进行了大量的试验，通过控制坯料的垂直度，调整穿孔机轧制工艺参数，测量现场实际温度，测量斜尾长度、壁厚偏差和温降等，根据顶头的长度设计了3 种轧制工艺，第一种顶头最短，第二种顶头适中，第三种顶头最长。不同穿孔轧制工艺穿轧时毛管的测量值见表2。

表2 不同穿孔轧制工艺穿轧时毛管的测量值

通过表2 可以看出，坯料的垂直度对毛管斜尾有着较大的影响，同样轧制参数条件下，在保证顶前压缩率的前提下，选用较长顶头能缩短钢管的斜尾长度，减小钢管壁厚偏差；通过穿孔机参数的修定，可以大大减少斜尾长度，保证斜轧扩径机不至于产生后卡，另一方面，也可以看到，毛管的壁厚偏差通过该穿孔机后能够满足±8%的精度，满足斜轧扩径机的使用要求。此外，通过测量毛管的温度发现，在穿孔机轧制后，毛管的温度在1 000 ℃以上，能够满足热斜轧扩径机的轧制要求。

通过上述改进，对4 种典型钢管斜轧扩径工艺轧制后的参数进行了测量，具体见表3。

从表3 可以看出，钢管扩径轧制后，外径公差及壁厚公差均能满足轧制要求，但由于扩径轧制时减壁量较大，故钢管内表面螺纹深度较深，最深可达1 mm，故需要通过均整机对内表面进行均整。

表3 斜轧扩径工艺轧制后4 种典型钢管规格 mm

进入均整机前，钢管由于壁厚较薄而造成温降较大，故在设计时预留了再加热炉，保证均整机前钢管温度能够达到900 ℃以上。

设备制造完毕后，对设备进行验证，在使用第二种、第三种穿孔机工艺轧制时，斜轧扩径机未发生过轧卡，且轧制后的壁厚偏差及螺旋道深度均在使用允许范围，而采用第一种顶头轧制时偶尔会发生包尾现象，轧制不够稳定。目前可轧制钢管最薄壁厚12 mm，轧制此厚度时均整机前的温度降得比较低，只有850 ℃左右，均整机后温度更是只有700 ℃左右，定径机可以轧制该规格，如果小于14 mm 后，出均整机后钢管温度甚至会低于600 ℃，对轧制质量就会有较大的影响，故小于14 mm 后需增加补温措施。

3 结语

Φ530 mm 斜轧扩径机组顺利轧制标志着其设计制造成功完成。通过测试和连续生产，生产出的钢管的精度能够达到国家和API 标准，生产成本低，超出了预期。经过生产实践，认为设备还有待进一步优化。

（1）提升轧制节奏，目前轧制节奏约3 min/支，主要受限于轧制辅助时间，对设备进行优化后可以降低轧制辅助时间。

（2）提高智能化程度，配齐检测元器件及配套装置。

（3）加强斜轧扩径工艺研究，现有工艺在轧制时存在不稳定状况，同样参数在第一次轧制没有问题，但在第二次轧制时就会出现故障，需进一步提高工艺理论研究水平。