φ340连轧机壁厚质量控制及缺陷研究

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1、Ø340连轧机壁厚质量控制与缺陷研究一.概述连轧管机作为生产无缝钢管的高效轧机，具有高产、优质、低耗、多品种、轧制的钢管长、便于机械化和自动化等一系列优点，自上世纪7O年代起得到大力发展。由于连轧过程中轧件的变形较复杂，理论尚有诸多不完善的地方，造成钢管的质量缺陷。缺陷的根本是轧制变形区金属流动规律，所以其研究一直是关注的热点。以钢管壁厚不均为核心对连轧管金属流动、缺陷形成机理及解决方案等的研究也亟待解决[1]。钢管的壁厚不均主要表现在两端厚，中间薄，长度方向有周期厚度变化和钢管截面内壁厚超差（>6%）。另外，头尾切损大，内褶以及控制系统不能达到设计能力等也是连轧管生产的典型

2、问题[2]。钢管的两端厚，中间薄，长度方向有周期厚度变化主要是由于钢管生产过程中连轧管机咬入和抛钢过程的不稳定，以及在张力减径过程中由于张力作用，而使钢管的头、尾在一定长度上存在壁厚增厚的问题。而且在轧制方向上由于速度不匹配，造成长度方向还有周期厚度变化[3]。钢管截面内壁厚超差主要是由于孔型设计的不合理以及轧辊压下机制的不完善造成[4]。头尾切损比较长，通过对连轧管机轧辊辊缝即压下缸位置和电机转速的精确快速控制，实现轧制出的钢管头尾壁厚减薄，从而抵消轧管变形和后续张力减径变形过程中的头尾壁厚增量。内褶主要是指在钢管的内表面呈片状、直线状或螺旋状的折叠。产生的主要原因[5-6

3、]是坯料心部疏松偏析、夹杂、疏松、开裂，坯料有害元素过高，硫含量超标；穿孔机顶头失效，缩节受损；连轧机芯棒焊疤翻出；加热制度不对，升温过急，高合金钢加热温度过高超出奥氏体温度，过热、过烧；穿孔机参数不正确。以上原因是引起内褶的物理因素，而这些因素共同作用的变现为钢管的塑性变化，塑性失稳是造成内褶的直接力学因素。对于塑性失稳的研究已经从实验到理论分析全面深入的开展，理论分析是最基本的途径。理论分析主要从分叉理论和能量法进行研究。Hutchison细化了Hill分叉理论，将其运用于薄壳的起皱失稳分析和预测，认为开始发生起皱的点是从基本平衡路径发生分叉的点[7]。针对能量法国内的余

4、同希采用简化的塑性铰线法研究了圆管弯曲试件的局部屈曲的能量解析解。Frode等[8-9]采用能量法和塑性形变理论分析了方形管弯曲过程中的局部屈曲失稳。文献[10]采用能量法对盒形件、锥形件在拉深过程中的法兰起皱和侧壁起皱进行预测，推导了两种塑性失稳形式的临界应力值。塑性失稳除了塑性理论分析外，还要靠对控制参数的调整来消除。原有设备控制系统难以发挥它们的设计功能，需要对测控系统统一的进行详细的解析，理清其设计意图及实现的具体方法，从而找出其不能达到设计目标的原因，进行改进。现代控制系统已经朝着智能化发展，在钢管尺寸偏差预测、减径精度预测和钢管内部组织预测方面[11-13]和轧制

5、工艺参数控制与检测方面得到了应用并收到了良好的效果。主要参考文献[1]单恩芝.自动化技术在宝钢钢管轧机改造中的应用[J].宝钢技术,2006,3.[2]李丽贤.包钢连轧管厂计算机控制系统的结构分析[2].内蒙古科技与经济，2004，18.[3]陈汝英，胡才望，陈伟军.优化微张力定(减)径机轧制工艺提高钢管壁厚精度[J].钢管学会五届三次年会·论文[4]赵志毅,谢建新,洪慧平.钢管热连轧过程横断面壁厚变化的三维有限元模拟[J].塑性工程学报，2009，16（2）.[5]刘玉斌，朱海珍，张臣.改善无缝钢管的壁厚偏差[J].黑龙江冶金，2002，2.[6]金如崧.采用工艺自动控制提

6、高无缝钢管壁厚精度[J].钢管，2008,37(4).[7]HutchisonJW，NealeKW．Wrinklingofcurvedthinsheelmetal[J]．P1asticstabiIity．Pressespontsetchaussees．Paris.1976[8]FrodeP．Torgeirw．etal．Adesignmethodforrectang1ehollowsectioninbending[J]．JournaIofMaterialsProcessingTechnology．2001，113：699—704[9]LiLY．RogerK．Nonlinearb

7、endingresponseandbucklingofring-stiffenedcylindricalshellsunderpurebending[J]InternationalJournalofSolidsandStructure．2002：765～78[10]WangX，JianC．0nthepredictionofside-wallwrinklinginsheetmetalformingprocesses[J]．InternatjonaJJournalofMechanicaIScience，20