预防连轧管机产品质量缺陷

连轧管机轧制的产品质量缺陷包括：荒管的壁厚不均、表面缺陷、拉凹和轧折等。荒管缺陷形态见附录2无缝钢管典型质量缺陷示例。

6.1　壁厚不均

壁厚不均主要有：同一支荒管的横向和纵向壁厚不均、同一批荒管的壁厚不一致及“竹节”状壁厚不均。

在上述荒管壁厚不均中，以横向壁厚不均和纵向壁厚不均最为多见，产生的原因也最为复杂。它既与毛管的壁厚不均和毛管的温度不均有关；也与连轧管工序有关，包括孔型形状、孔型调整、轧制中心线调整，工具质量、润滑条件，芯棒操作方式和张力大小等。

同一批荒管中，某些荒管的壁厚与其他众多荒管的壁厚不一致，可能与同组使用的芯棒外径差值太大有关。

“竹节”状壁厚不均是全浮动芯棒连轧管机在轧制过程中，芯棒速度的变化造成的。

（1）毛管壁厚不均的影响

根据现场实测结果和有关资料介绍，存在壁厚不均的毛管，轧制成荒管之后，荒管的纵、横向壁厚不均，其形式基本保留了毛管壁厚不均的分布特征，表明毛管的壁厚不均有遗传性。这也说明，凡是影响毛管壁厚精度的因素，最终都会影响到荒管的壁厚精度。因此，要想得到壁厚精度高的荒管，就应尽可能提高毛管的壁厚精度。有关提高毛管壁厚精度的措施已在第三章第四节“斜轧穿孔机生产故障及产品质量缺陷与预防”中作过详细介绍，此处不再述及。

（2）孔型形状的影响

连轧管机的孔型形状是根据所轧荒管的最薄壁厚来设计的，同一外径、不同壁厚的荒管是通过更换芯棒生产出来的。辊缝的存在，决定了孔型不可能完全封闭，孔型偏心距和孔型侧壁凸缘的存在，又表明孔型不是圆形的。

由于芯棒是刚性圆形，而孔型的不封闭和存在椭圆度，导致了毛管轧制时，沿圆周各点的减壁量是不相同的。在孔型顶部，减壁量最大；在孔型侧壁凸缘处，减壁量较小，由此带来了荒管的对称性壁厚不均。并且，孔型的椭圆度越大，壁厚的不均匀程度越严重。所以，在进行孔型设计时，合理选择孔型侧壁开口角的大小，减少孔型侧壁的凸缘面积，对于减小荒管的壁厚不均有着十分重要的意义。

三辊式连轧管机比二辊式连轧管机的孔型侧壁凸缘面积减少了大约30%，这对变形金属的宽展有很好的限制作用，并且孔型顶部与轧辊边缘的线速度差较小，使得金属的变形更加均匀，有利于荒管壁厚精度的提高。因此，三辊式连轧管机轧制的荒管壁厚精度比二辊式连轧管机要高一些。

（3）孔型调整的影响

孔型调整主要包括：各机架孔型中心线的调整以及二辊式连轧管机轧辊轴线、辊缝值的调整和三辊式连轧管机孔型圆心角的调整等。

对二辊式连轧管机而言，上、下两支轧辊的轴线不平行和轧辊水平错位都会造成荒管的壁厚不均。其一，当上、下两支轧辊的轴线在垂直面上交叉时，辊缝一边大，一边小，由此会带来荒管的壁厚一边厚而另一边薄；其二，当上、下两支轧辊的轴线在水平面上交叉时，轧出的荒管会发生扭转，荒管壁厚精度降低；其三，当上、下两支轧辊发生水平错位后，在不规则的孔型中轧出的荒管会出现壁厚不均。

实际生产中，二辊式连轧管机常常采用调整各机架辊缝值的方式，用一种规格的芯棒来生产同一直径、几种壁厚的荒管（壁厚变化范围扩大到2mm）。然而，辊缝值调整后，孔型的形状发生了变化。此时，若位于孔型顶部的荒管壁厚符合要求，则在孔型侧壁凸缘处的荒管壁厚偏差会增大。具体来讲，辊缝值增加时，凸缘处的荒管壁厚增加量要小于孔型顶部的荒管壁厚增加量；辊缝值减小时，凸缘处的荒管壁厚减小量要小于孔型顶部的荒管壁厚减小量。也就是说，通过调整辊缝值改变荒管壁厚的方法，会降低荒管的壁厚精度。

对三辊可调式连轧管机而言，由3个轧辊所构成的孔型中心，是通过专用标准机架来校准的，以防止因轧辊歪斜带来轧槽中心偏离孔型中心。生产中，当孔型发生磨损或需要通过孔型调整来生产不同壁厚的荒管时，需要调整轧辊的位置。轧辊位置调整后，轧辊的歪斜会改变孔型中心所对应的圆心角大小，使得辊缝处相邻两个轧辊的边缘不在同一圆周上。在这种孔型中轧制的荒管，自然会出现壁厚偏差。如果轧辊位置（辊缝）的调整量太大，荒管的横向壁厚不均会比较明显。

（4）轧制中心线的影响

长芯棒连轧管过程是将穿有芯棒的毛管同时在多个机架孔型中轧制的过程。要求轧管机各机架的孔型中心处在同一条直线上并与芯棒中心线重合。然而，无论是轧管机的机座安装还是轧辊装配和孔型加工，都不可避免地会使各机架的孔型中心彼此之间存在一定的偏差。加之机架和机座上的定位面在使用一段时间后，会因频繁更换机架和轧制过程中机架弹跳而导致轧管机机座定位面发生磨损，且这种磨损是很不均匀的。因此，生产现场要保证轧管机各机架孔型中心与轧制中心线完全不发生偏离基本上不可能。

轧管机各机架的孔型中心偏离轧制中心线，会造成荒管壁厚不均，严重时，荒管内表面可能会出现内凹槽或内凸筋。轧管机各机架的孔型中心偏移量越大，荒管壁厚不均和内表面产生的这种凹槽或内凸筋就越严重，若偏移量超过一定范围，甚至会发生轧卡。

定期校验轧制中心线，更换轧管机机座上的基准定位面和机架上的定位滑板，以及提高轧辊的装配精度，均能减小因孔型中心偏离轧制中心线而引起的荒管壁厚不均。

（5）张力的影响

带长芯棒的连轧管机不同于板材、棒材连轧机，也不同于钢管定（减）径机。由于毛管内孔穿有芯棒，它比其他连轧机所具有的自动调节金属秒体积流量相等的功能差很多。张力和推力的传递不仅通过荒管，而且还要通过芯棒来实现，由此会对轧制过程中金属的流动产生重大影响。

连轧管时，金属的变形是在多个机架的轧辊和芯棒所构成的一组环状孔型中同时进行的。当通过第i机架的金属增加时（轧辊速度增加、辊缝变大，工具的摩擦阻力减小等），会对第i-1机架出口侧的金属产生张力，而对第i+1机架入口侧的金属产生推力。张力有利于金属的延伸，但当其超过一定值时，会造成第i-1机架孔型中的金属欠充满，将第i-1机架和第i机架之间的管壁拉薄，严重时，管壁会被拉凹，甚至拉破。而推力容易造成第i+1机架孔型中的金属过充满，使管壁增厚。

金属秒体积流量不等是造成机架间产生张力的原因。改变金属秒体积流量可以通过改变轧辊的转速或调整辊缝值（压下量）来实现。目前，现代化的连轧管机均配置了连轧工艺监控系统（PSS）和辊缝自动控制系统（HCCS），使得上述调整变得容易。

（6）工具质量的影响

芯棒和轧辊的质量与连轧管时的金属变形过程以及荒管的壁厚精度有很大的关系。

芯棒的尺寸精度和表面光洁度直接影响到荒管的壁厚精度，要求同一支芯棒沿其长度方向上的外径波动量不超过0.1mm，同一组芯棒的外径差不超过0.2mm。对芯棒表面光洁度的要求是：车削后应达到R a0.4～0.8 μm；砂带磨削后应达到R a0.2～0.4μm。镀铬层厚度为0.045～0.055mm。在生产过程中，一组新上线的芯棒基本上都能满足上述要求。但随着芯棒使用时间的延长，由于芯棒沿长度上通过的轧管机机架数不一样，不同截面的磨损存在差异，以致整支芯棒不同截面上的外径会发生变化，造成荒管纵向壁厚不均。芯棒表面光洁度是通过影响金属的流动状态而最终影响荒管壁厚精度的，芯棒表面粗糙，会增加金属的横向变形，降低荒管壁厚精度。此外，一组新芯棒投入使用后，某些芯棒会由于多种原因提前退役，为了维持正常的生产节奏，需要补充新的芯棒。这样，可能会造成同组芯棒的外径差过大，导致生产的同一批荒管壁厚不一致。提高芯棒加工质量和避免新旧芯棒混用，能有效减少因芯棒质量不符合工艺要求而带来的荒管壁厚不均。

与芯棒类似，轧辊表面质量和孔型形状对荒管壁厚不均的影响，也是通过影响金属的流动状态而影响荒管壁厚精度的。轧管机某些机架中的轧槽严重磨损以后，孔型的横截面积增大，荒管壁厚不均增加；另外，粗糙的轧槽表面增加了金属的轴向流动阻力，增大了金属的横向变形而带来的荒管壁厚不均。实际生产中，对芯棒和轧辊都制定了相应的质量标准，一旦芯棒和轧辊不符合质量要求，就要及时更换。

（7）芯棒润滑质量的影响

芯棒润滑质量对荒管壁厚不均的影响，主要体现在它会影响金属的流动状态和改变轧制压力的大小两个方面。芯棒润滑状况良好时，金属流动平稳，轧制压力正常，连轧过程能稳定进行。当芯棒润滑状况不良时，金属轴向流动阻力加大，横向变形加剧，轧制压力增加，轧机弹跳增大，荒管壁厚精度降低。

此外，当芯棒润滑不良时，芯棒与毛管内壁之间的摩擦系数增大，会使芯棒磨损加剧而影响芯棒外径精度，降低荒管壁厚精度。(www.xing528.com)

根据某厂Φ140 mm全浮动芯棒连轧管机的生产经验，芯棒润滑状况对荒管“竹节”的产生影响极大。对该机组原设计的芯棒润滑系统改造以后，改善了芯棒的润滑条件，基本上消除了荒管的“竹节”，大大提高了荒管的壁厚精度。

使用性能良好的芯棒润滑剂，能有效减小轧制压力，提高芯棒的使用寿命和荒管的壁厚精度，并且还能改善荒管的内表面质量。

6.2　表面缺陷

连轧管机轧制的荒管表面质量缺陷包括：表面结疤、麻面、内直道、辊印、发纹、划伤和青线等。

（1）表面结疤

表面结疤主要是由芯棒或轧辊黏钢造成的。当黏钢后的芯棒或轧辊继续使用时（尤其在轧制低碳钢、不锈钢时），荒管的内、外表面容易产生斑疤。如果毛管的端部存在“铁耳子”，芯棒插入时将“铁耳子”带进毛管内孔，“铁耳子”被辗轧后会变成内结疤。

为了防止荒管表面产生结疤，应保证芯棒和轧辊表面光滑。对管坯实施前、后端两端定心，既有利于提高毛管的壁厚精度，又可以防止毛管尾端产生“铁耳子”。某厂曾作过管坯尾端定心试验，对预防“铁耳子”的产生有明显效果。

（2）麻面

麻面分外麻面和内麻面两种。外麻面发生在以下两种情况：一是毛管外表面严重的氧化铁皮没有得到很好的清理而被压入荒管外表面，产生外麻面；二是轧辊严重老化，黏钢，导致钢管外表面出现凸凹不平的麻点。钢管的内麻面是因为毛管内孔的氧化铁皮或除氧化剂与氧化铁皮的高温反应物残渣没有吹出毛管内孔而集中在某一区域，在后续轧制过程中被压入钢管内表面造成的。内麻面一般出现在荒管的后半段。如果除氧化剂颗粒不合格或潮湿，发生内麻面的几率较高，且容易成批量出现。

为了减少外麻面，可用压力为20MPa的高压水将毛管外表面的氧化铁皮去除干净，并保证轧辊表面光洁。为了减少内麻面，要保证除氧化剂的喷吹压力合理，用量适当，喷吹均匀并与氧化铁皮反应充分，使其完全脱落，并通过吹扫系统将毛管内孔的氧化铁皮和反应物残渣完全吹出。除氧化剂要保持干燥、不结块且粒度不得大于18目。石墨润滑剂不得含有硬质大颗粒异物。

（3）内直道

内直道是指在荒管内表面呈现的有一定宽度和深度沿纵向分布的划道。它是轧制完成后，芯棒与荒管内表面发生相对滑动时产生的，一般在下述两种情况下发生：一是表面黏钢、龟裂、“掉肉”的芯棒，与毛管内壁发生相对滑动时，划伤荒管内表面而产生内直道；二是除氧化剂与氧化铁皮反应生成的大颗粒未溶解残渣，黏在芯棒上或留在毛管内，芯棒与毛管内壁发生相对滑动时，带着颗粒运动划伤内表面形成内直道。

（4）辊痕（辊印）

辊痕（辊印）是指荒管外表面出现的呈规律性的疤痕或压印。它是荒管在碰伤的轧辊（连轧辊、脱管辊）或传送辊上轧制或输送时造成的。辊痕有很强的规律性，可以根据间隔距离和形状确定其产生的部位。加强工具检查，对擦伤的连轧辊、脱管辊和传送辊及时修磨或更换，可以防止辊痕的产生。

（5）发纹

发纹是指荒管外表面很细小的裂纹。轧管过程中，由于轧槽速差的原因（孔型顶部的线速度最小，轧辊辊缘处的线速度最大），在靠近辊缘处，轧辊的线速度大于毛管轧出的速度，轧辊与毛管之间形成了较大的相对滑动。随着轧制的毛管支数增多，辊缘处的轧辊表面会发生黏钢并逐渐形成锥状的金属物。在这种带有金属黏结物的轧辊上轧制的荒管表面会留下压印、划伤痕迹，经轧管机后续机架的轧制和脱管，压印或划痕变成了细长的发纹。发纹深度一般在0.1～0.3mm，用肉眼很难发现，用磁粉探伤才会清晰地显露出来。毛管直径越大、轧辊冷却水不足、轧辊辊面硬度较低等都会加速轧辊辊面黏钢，增加产生发纹的几率。

（6）划（擦）伤

划（擦）伤是指荒管在表面不光滑、存在尖锐金属物的轧辊上轧制或辊道上输送时所产生的机械划（擦）伤。

划（擦）伤有明显的规律性，且容易批量发生，在每支荒管上发生的部位相同。保证轧辊、导槽（管）、辊道等表面光滑可以有效防止荒管表面的划（擦）伤缺陷。

（7）青线

青线是指荒管沿轴线方向在其外表面形成的线状轧痕，并与辊缝相对应。严重的青线经过轧管机后续机架的轧制会变成线状轧折。青线可能是一条，也可能是多条。青线产生的主要原因是：连轧管机或脱管机的孔型错位（三辊可调式连轧管机的辊缝调整值超出了允许范围）；孔型设计不合理（长轴尺寸偏小）或出现堆钢轧制，造成孔型中的金属过充满；轧辊的辊边倒角过小或轧辊装配时辊缝超差等。

合理设计孔型，增加孔型侧壁的凸缘面积，使变形金属有一定的宽展空间，合理调整工艺参数和孔型参数，防止发生堆钢轧制，保证轧制过程稳定，提高轧辊装配质量，加大辊缝值和辊边倒角等都能有效防止荒管青线的产生。

6.3　轧折

轧折是指在轧制过程中，荒管的内、外表面形成的直线状折叠。轧折分内折和外折两种。

直线状内折是因为芯棒表面严重磨损并形成了凹槽或芯棒粘钢结瘤造成的。带有凹槽的芯棒会使毛管的内表面产生纵向凸棱。表面粘钢结瘤的芯棒会将荒管内表面划成沟槽，内表面带有凸棱或沟槽的毛管继续轧制时，凸棱和沟槽被辗轧成直线状折叠。

外折是因为毛管在轧制过程中，金属被挤进辊缝造成的。当辊缝太小或变形量太大或某两个机架之间产生了严重的堆钢轧制时，金属被挤进辊缝后形成“耳子”，该耳子经过下一机架轧制或脱管机脱管时被叠轧成直线状折叠。此种缺陷多发生在轧制薄壁钢管或新轧辊开轧，辊面摩擦系数比较大时，主要产生在连轧管机的后几个机架。

6.4　轧破或拉凹

轧破是指荒管被轧穿形成了孔洞；拉凹是指在荒管表面形成的凹坑。实际上，拉凹是轧破前的一种初期形式。这两种缺陷在形态上，都有金属被严重拉伸的痕迹。

无论是拉凹还是轧破，都是因为变形金属所承受的轴向拉应力太大，造成过度变形而产生的。轧制D/S较大，Cr、Mo含量较高的合金钢管时，荒管轧破或拉凹比较常见。由于辊缝及孔型侧壁凸缘的存在，孔型顶部区域的金属延伸变形程度要远远大于孔型侧壁凸缘处的金属延伸变形程度，使得辊缝处的金属受拉。当变形量太大时，管壁会被拉凹（产生拉凹的同时释放应力）。拉应力一旦超过了金属的断裂强度，毛管的管壁就会被拉裂而形成孔洞，即轧破。拉凹或轧破一般发生在轧制大直径薄壁合金管时的后面几个机架。

机架间的金属秒体积流量不等以及芯棒的表面状态不佳、润滑质量不良、芯棒限动速度过低等，都存在荒管拉凹、轧破的风险。毛管的加热温度不均会加大荒管的不均匀变形和降低金属的变形能力，也容易造成荒管拉凹、轧破。荒管的D/S值越大，在相同的轧制条件下，产生拉凹、轧破的可能性增大。变形金属的塑性越低，承受变形的能力就越低，更容易造成荒管管壁拉裂。

预防荒管拉凹、轧破的措施可概括为：加强轧制工艺参数和孔型的调整，保证金属秒体积流量相等；降低轧制速度；提高芯棒的表面质量和润滑质量，适当提高芯棒的限动速度，减小芯棒的摩擦力；采用三辊可调式轧管机，缩小孔型顶部和边部的速差；优化孔型设计，限制金属的宽展，减小金属的不均匀变形等。