CN104148392A - 低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于热轧钢管的技术领域，提出一种低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备。提出的低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备包括有加热装置和轧管机；轧管机包括有主轧辊（6）；主轧辊（6）包括有入口端轧辊段（13）、出口端轧辊段（18）以及至少一段中间轧辊段（22）；入口端轧辊段（13）、中间轧辊段（22）和出口端轧辊段（18）的外表面构成对钢管进行连续减径轧制的减径轧制面；入口端轧辊段（13）与三辊斜轧管机的轧辊轴键联；中间轧辊段（22）、出口端轧辊段（18）为由前一段轧辊段带动转动的从动轧辊段。本发明所得到的产品表面质量好、轧辊的使用寿命长，所获得的超细晶粒无缝钢管的综合性能优异。

Description

低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备及工艺

技术领域

本发明属于热轧钢管的技术领域，提出了一种低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备及工艺。

背景技术

无缝钢管的减径轧制方法主要有热轧和冷轧（或冷拔）。其中大规格无缝钢管由于直径大，壁厚变形阻力大，所以一般采用热轧，三辊斜轧管机是热轧钢管生产工艺过程中重要的轧机设备，如图1所示，传统的三辊斜轧管机所用的轧辊形状为多段台阶型，辊身为一整体，分为入口锥A、辊肩B、平整段C和出口锥D四段，其中辊肩B的高度等于钢管的减径量，三辊斜轧管机的工作原理即是在高温环境（1000℃～1150℃）下由辊肩B实现钢管11的管壁压下量；但由于辊肩B处的台阶结构会增加轧制时的应力集中，从而降低了轧辊的使用寿命，而且传统轧辊一次无法实现钢管大的减径量；另外高温环境下钢管11会产生氧化铁皮，从而降低表面质量；而且钢管11在高温环境下的内外金属层均容易发生塑性变形，外层金属在轧辊作用下的变形流动会带动内层金属，因此钢管沿径向方向各金属层之间容易产生相互影响，导致金属变形不规则；加上传统轧辊的台阶结构使轧辊沿轧制方向各个直径段的线速度不均匀变化，无法控制钢管变形时金属均匀地沿轴向流动变形，致使金属的晶粒细化程度较低，机械性能不高。若要提高金属的晶粒细化程度，则需降低钢管沿径向方向各金属层变化的相互影响，即减少钢管外层金属塑性变化对内层金属的影响；若要达到这种目的，需要通过降低钢管的加热温度来提高钢管沿径向方向的温度差，使内层金属的塑形变形能力低于外层金属；但低温环境下实现钢管的减径量所需的轧制力会相对增大，而传统轧辊的辊肩台阶结构会进一步缩短轧辊寿命，使其无法适应低温环境下大轧制力的工作环境。

小规格无缝钢管一般采用冷轧（或冷拔），但冷轧的轧制压力大，轧制道次多，要求轧机强度和精度高，不仅能耗大，且效率低；并且无论冷拔或是冷轧都需要进行酸洗、磷化、皂化等工序，这几道工序严重污染水源，国家已明令禁止。

由此可见，无论是热轧还是冷轧，都有一定的缺点，而低温减径轧制既不需要太高的轧制温度，也不需要像冷轧一般进行酸洗、磷化、皂化等工序，兼有上述两种轧制方法的优点，成为了无缝钢管生产的重要研究课题。

随着科技的不断进步，低温减径轧制技术已逐渐受到业内的研究重视，但在试用的过程中发现，钢管的低温轧制仍然受到热轧管机轧制力的限制，无法完成大减径量的轧制工艺，在低温环境下实现大轧制力大减径无缝钢管的生产设备方面，目前国内还是空白。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备及工艺。

本发明为实现上述目的采用如下技术方案：

一种低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备，所述的大轧制力大减径轧制设备包括有加热装置和轧管机；所述轧管机包括有轧管机主机和传动系统；所述传动系统由传动电机、减速机及万向联轴器组成，所述轧管机主机包括有轧辊及轧辊的调整结构；所述的轧辊包括有呈120°均布的三个主轧辊；所述的主轧辊包括有入口端轧辊段、出口端轧辊段以及位于入口端轧辊段与出口端轧辊段之间的中间轧辊段；所述的中间轧辊段至少为一段；所述的入口端轧辊段、中间轧辊段和出口端轧辊段的外表面均为沿轧制方向渐扩径的圆锥面；所述的入口端轧辊段、中间轧辊段和出口端轧辊段的外表面均构成用以对钢管进行一次减径轧制的减径轧制面；所述的入口端轧辊段、中间轧辊段和出口端轧辊段连接为一体构成由入口端到出口端渐扩径的锥形轧辊，且所述的入口端轧辊段、中间轧辊段和出口端轧辊段的外表面构成对钢管进行连续减径轧制的减径轧制面；三个所述主轧辊之间形成用于对钢管进行轧制的空腔，且所述的空腔为沿钢管的轧制方向减缩径的空腔；钢管轧制的减径量可随着中间轧辊段数的增加而扩大，实现一次完成大减径量的轧制过程；所述的入口端轧辊段、中间轧辊段和出口端轧辊段均套置在三辊斜轧管机的轧辊轴上；所述的入口端轧辊段与中间轧辊段之间、相邻两段所述的中间轧辊段之间、所述的中间轧辊段与出口端轧辊段之间均具有避免相邻两段轧辊段转动时相互干涉的间隙；所述的入口端轧辊段与三辊斜轧管机的轧辊轴键联，构成由轧辊轴带动转动的主动轧辊段；所述的中间轧辊段通过连接在套筒Ⅰ上的轴承与所述的轧辊轴连接，所述的中间轧辊段与入口端轧辊段之间、相邻的中间轧辊段之间均通过由齿轮与齿圈构成的传动机构连接，所述的中间轧辊段为由入口端轧辊段或与其相邻的中间轧辊段通过齿轮啮合传递扭矩、带动转动的从动轧辊段；所述的出口端轧辊段通过连接在套筒Ⅱ上的轴承与所述的轧辊轴连接，所述的出口端轧辊段通过由齿轮与齿圈构成的传动机构与中间轧辊段连接，所述的出口端轧辊段为由中间轧辊段通过齿轮啮合传递扭矩、带动转动的从动轧辊段；相邻两段轧辊段由齿轮与齿圈构成的传动机构传递扭矩，利用齿轮系的传动比，使从入口段轧辊段到出口段轧辊，每段轧辊段的转速逐级递增，在相邻两段轧辊段之间建立轧制张力，利用此张力在轧制过程中引导加热后的毛管温度高的外表面金属层沿轴向方向均匀变形，使产品的晶粒变得更加细小、均匀，提高钢管的机械性能及表面质量。

所述入口端轧辊段的大直径端、中间轧辊段的大直径端均具有内齿圈；所述中间轧辊段的小直径端、出口端轧辊段的小直径端均设置有用以与所对应的内齿圈啮合的齿轮；所述的齿轮为在所对应的轧辊段上呈120°均匀分布的三个。

对应三个所述的主轧辊分别设置有用以防止其在轧制过程中沿主轧辊的径向方向发生弯曲变形的副轧辊，三个所述的副轧辊呈120°均布；所述副轧辊的外表面为沿轧制方向渐缩径的圆锥面，且与所对应主轧辊的外表面相贴合；所述副轧辊为可随主轧辊的转动而绕自身轴线转动的从动辊；所述副轧辊的轴线Ⅰ与主轧辊的轴线Ⅱ平行；所述副轧辊在轧制过程中沿径向方向上顶住主轧辊，避免主轧辊在轧制过程中的弯曲变形。

上述大轧制力大减径轧制设备的生产工艺，将加热后的毛管经炉前输送辊道送入中频感应加热炉中加热，将毛管加热到650℃～850℃，由于加热温度与传统热轧钢管相比较低，故而经加热后的毛管内表面的塑性变形能力远小于外表面，有利于在之后的轧制过程中毛管沿径向方向各金属层的均匀流动；加热后的毛管经炉后输送辊道送入轧管机主机中进行减径轧制；轧机主轧辊的入口端轧辊段通过键连接与轧辊轴一起转动，为钢管轧制提供动力；主轧辊的中间轧辊段由入口端轧辊段通过齿轮与内齿圈的啮合传递扭矩、出口端轧辊由中间轧辊通过齿轮与内齿圈的啮合传递转动扭矩，使主轧辊自入口端到出口端各轧辊段的转速依次递增，从而在相邻两轧辊段之间建立轧制张力；毛管进入三个主轧辊形成的孔腔之后，由主轧辊外表面的渐扩径圆锥面逐渐实现毛管的减径量，并利用各轧辊段之间因转速不同而产生的轧制张力引导加热后的毛管外表面金属层沿轴向方向均匀变形，使产品的晶粒变得更加细小、均匀，从而提高产品的机械性能及表面质量；轧制过程中，与主轧辊对应设置的副轧辊于径向方向顶住主轧辊，避免主轧辊的弯曲变形。本发明提出的一种低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备及工艺，轧管机主机的轧辊采用采用从入口端到出口端渐扩径的圆锥面结构，逐渐增加了被扎钢管的减径量，实现了对钢管的连续轧制，随着中间轧辊段段数的增加，对钢管的减径量也会逐渐扩大；该轧辊取消了传统轧辊的辊肩台阶结构，避免了轧制过程中的应力集中，提高了轧辊的使用寿命，并克服了钢管低温大幅度减径中轧制力的技术限制，使钢管在轧制前的加热温度不必达到传统的1000℃以上，只需达到650℃～850℃范围内即可，适应了钢管的低温轧制环境；因为利用渐扩经圆锥面取代传统轧辊的辊肩结构来实现钢管的减径量，所以主轧辊的总长必然大于传统轧辊的长度，过长的轧辊在轧制毛管时很容易沿径向方向产生弯曲变形，因而对应每一个主轧辊均设置有一个副轧辊，副轧辊于径向方向顶住主轧辊，避免主轧辊在轧制过程中发生弯曲变形；相邻两段轧辊段之间通过齿轮啮合的方式传递转速，构成由入口端至出口端轧辊转速逐级递增的结构，利用各轧辊段之间因转速不同而产生的轧制张力引导加热后的毛管温度高的外表面金属层沿轴向方向均匀变形，使产品的晶粒变得更加细小、均匀，提高钢管的机械性能及表面质量；

和传统的轧制方法相比，本发明兼有热轧、冷轧两种方法的优点，不产生氧化皮，产品的表面质量好，轧辊的使用寿命长，所获得的超细晶粒无缝钢管的综合性能优异。

附图说明

图1传统轧管机轧辊的结构示意图。

图2本发明的平面布置示意图。

图3本发明中主轧辊的结构示意图。

图4本发明中主轧辊与副轧辊相对位置示意图。

图5为图4的E向视图。

图中：1、炉前输送辊道；2、中频感应加热炉；3、炉后输送辊道；4、轧管机主机；5、副轧辊；6、主轧辊； 7、轴线Ⅰ；8、轴线Ⅱ；9、轧制中心线；10芯棒；11、钢管；12、轧管机传动系统；13、入口端轧辊段；14、齿轮；15、套筒Ⅰ；16、双列圆锥滚子轴承；17、圆螺母；18、出口端轧辊段；19、键槽；20、内齿圈；21、套筒Ⅱ，22、中间轧辊段。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明加以说明，但是，本发明并不局限于这些实施例。

如图2所示，一种低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备，所述的大轧制力大减径轧制设备包括有加热装置和轧管机；所述的加热装置为中频感应加热炉2，中频感应加热炉2设置有炉前输送辊道1及炉后输送辊道3；中频感应加热炉2、炉前输送辊道1及炉后输送辊道3均为现有技术中成熟的设备，其具体结构在此不做详述；所述轧管机包括有轧管机主机4和传动系统；所述传动系统由传动电机、减速机及万向联轴器组成，所述轧管机主机4包括有轧辊及轧辊的调整结构；轧辊的调整机构即压下量调整机构及送进角调整机构，压下量调整机构及送进角调整机构均为现有设备阿塞尔三辊斜轧机上通用的压下量调整机构和送进角调整机构，在此不做详细描述。所述的轧辊包括有呈120°均布的三个主轧辊6；如图3所示，所述的主轧辊6包括有入口端轧辊段13、出口端轧辊段18和位于入口端轧辊段13与出口端轧辊段18之间的中间轧辊段22；所述的中间轧辊段22至少为一段，图3给出中间轧辊段为一段的结构示意；所述的入口端轧辊段13、中间轧辊段22和出口端轧辊段18的外表面均为沿轧制方向渐扩径的圆锥面；所述的入口端轧辊段13、中间轧辊段22和出口端轧辊段18的外表面均构成用以对钢管进行减径轧制的减径轧制面；所述的入口端轧辊段13、中间轧辊段22和出口端轧辊段18连接为一体构成由入口端到出口端渐扩径的锥形轧辊，且所述的入口端轧辊段13、中间轧辊段22和出口端轧辊段18的外表面构成对钢管进行连续减径轧制的减径轧制面；三个所述主轧辊6之间形成用于对钢管进行轧制的空腔，且所述的空腔为沿钢管的轧制方向减缩径的空腔；通过主轧辊的渐扩径圆锥面实现对钢管的连续轧制，避免了传统轧辊轧制过程中辊肩处应力集中的现象，提高了轧辊的使用寿命，突破了低温环境下钢管轧制力的限制，使低温轧制成为可能；轧辊段段数可在轧制之前根据需要的钢管减径量进行选择，钢管轧制的减径量可随着中间轧辊段数的增加而扩大，从而实现传统轧辊因为其辊肩结构处的应力集中而无法一次完成的大减径量的轧制过程。

如图3所示，所述的入口端轧辊段13、中间轧辊段22和出口端轧辊段18均套置在三辊斜轧管机的轧辊轴上；所述的入口端轧辊段13与中间轧辊段22之间、所述的中间轧辊段22与出口端轧辊段18之间均具有避免相邻两段轧辊段转动时相互干涉的间隙；所述的入口端轧辊段13与三辊斜轧管机的轧辊轴键联，构成由轧辊轴带动转动的主动轧辊段；所述的中间轧辊段22通过连接在套筒Ⅰ15上的轴承16与所述的轧辊轴连接，所述的中间轧辊段22通过由齿轮14与内齿圈20构成的传动机构与入口端轧辊段13连接，所述的中间轧辊段22为由入口端轧辊段13向其传递扭矩、带动转动的从动轧辊段；所述的出口端轧辊段18通过连接在套筒Ⅱ21上的轴承与所述的轧辊轴连接，所述的出口端轧辊段18通过由齿轮与内齿圈构成的传动机构与中间轧辊段22连接，所述的出口端轧辊段18为由中间轧辊段22向其传递扭矩、带动转动的从动轧辊段；相邻两段轧辊段由齿轮与内齿圈构成的传动机构向后传递扭矩，根据每一段轧辊段传动比的不同，使从入口段轧辊段到出口段轧辊，每段轧辊段的转速依次递增，在相邻两段轧辊段之间建立轧制张力，利用此张力在轧制过程中引导加热后的毛管温度高的外表面金属层沿轴向方向均匀变形，使产品的晶粒变得更加细小、均匀，提高钢管的机械性能及表面质量。 

所述的内齿圈20位于入口端轧辊段13的大直径端、中间轧辊段22的大直径端；与所对应的内齿圈啮合的齿轮14位于所述中间轧辊段22的小直径端、出口端轧辊段18的小直径端；所述的齿轮14为在所对应的轧辊段上呈120°均匀分布的三个，所述的齿轮14通过齿轮轴与所对应的轧辊段螺纹连接。

结合图4、图5，轧机的主轧辊6因取消了传统轧辊的辊肩台阶结构，改为利用主轧辊6外表面渐扩径的圆锥面完成钢管的减径轧制；为了实现足够的减径量，主轧辊6的总长度必然大于传统轧辊的长度，而过长的轧辊在轧制时很容易沿径向方向产生弯曲变形，因而需要对应每一个主轧辊6均设置一个副轧辊5，在轧制过程中副轧辊5于径向方向上顶住主轧辊6，避免主轧辊6轧制时发生弯曲变形，副轧辊5的外表面为与主轧辊6相匹配的渐扩径圆锥面；副轧辊轴线7与主轧辊轴线8平行且两者与轧制中心线9的公垂线为同一条直线；副轧辊轴线7与轧制中心线9分布于主轧辊轴线8的两侧；三个副轧辊5在轧机机架上呈120°均匀分布；副轧辊5为从动辊，不随电机转动，其外表面与主轧辊6外表面相贴合，可随主轧辊6的转动而绕自身轴线7转动。

如图3所示，利用本发明的设备实现钢管轧制的具体过程为：将加热后的毛管经炉前输送辊道1送入中频感应加热炉2中加热，将毛管加热到650℃～850℃，由于加热温度与传统热轧钢管相比较低，故而经加热后的毛管内表面的塑性变形能力远小于外表面，有利于在之后的轧制过程中毛管沿径向方向各金属层的均匀流动；加热之后，毛管经炉后输送辊道3送入轧管机主机4中进行减径轧制；轧机主轧辊6的入口端轧辊段13通过键连接与轧辊轴一起转动，为钢管轧制提供动力； 主轧辊6的中间轧辊段22由入口端轧辊段13通过齿轮与内齿圈的啮合传递扭矩、出口端轧辊18由中间轧辊22通过齿轮与内齿圈的啮合传递转动扭矩，使主轧辊6自入口端到出口端各轧辊段的转速依次递增，从而在相邻两轧辊段之间建立轧制张力；毛管进入三个主轧辊形成的孔腔之后，由主轧辊外表面的渐扩径圆锥面逐渐实现毛管的减径量，并利用各轧辊段之间因转速不同而产生的轧制张力引导加热后的毛管外表面金属层沿轴向方向均匀变形，使产品的晶粒变得更加细小、均匀，从而提高产品的机械性能及表面质量；轧制过程中，与主轧辊6对应设置的副轧辊5于径向方向顶住主轧辊6，避免主轧辊6的弯曲变形。

Claims (4)

1.一种低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备，所述的大轧制力大减径轧制设备包括有加热装置和轧管机；所述轧管机包括有轧管机主机（4）和传动系统；所述传动系统由传动电机、减速机及万向联轴器组成，所述轧管机主机（4）包括有轧辊及轧辊的调整结构；所述的轧辊包括有呈120°均布的三个主轧辊（6）；其特征在于：所述的主轧辊（6）包括有入口端轧辊段（13）、出口端轧辊段（18）以及位于入口端轧辊段（13）与出口端轧辊段（18）之间的中间轧辊段（22）；所述的中间轧辊段（22）至少为一段；所述的入口端轧辊段（13）、中间轧辊段（22）和出口端轧辊段（18）的外表面均为沿轧制方向渐扩径的圆锥面；所述的入口端轧辊段（13）、中间轧辊段（22）和出口端轧辊段（18）的外表面均构成用以对钢管进行一次减径轧制的减径轧制面；所述的入口端轧辊段（13）、中间轧辊段（22）和出口端轧辊段（18）连接为一体构成构成由入口端到出口端渐扩径的锥形轧辊，且所述的入口端轧辊段（13）、中间轧辊段（22）和出口端轧辊段（18）的外表面构成对钢管进行连续减径轧制的减径轧制面；三个所述主轧辊（6）之间形成用于对钢管进行轧制的空腔，且所述的空腔为沿钢管的轧制方向减缩径的空腔；钢管轧制的减径量可随着中间轧辊段数的增加而扩大，从而实现一次完成的大减径量的轧制过程；所述的入口端轧辊段（13）、中间轧辊段（22）和出口端轧辊段（18）均套置在三辊斜轧管机的轧辊轴上；所述的入口端轧辊段（13）与中间轧辊段（22）之间、相邻两段所述的中间轧辊段（22）之间、所述的中间轧辊段（22）与出口端轧辊段（18）之间均具有避免相邻两段轧辊段转动时相互干涉的间隙；所述的入口端轧辊段（13）与三辊斜轧管机的轧辊轴键联，构成由轧辊轴带动转动的主动轧辊段；所述的中间轧辊段（22）通过连接在套筒Ⅰ（15）上的轴承与所述的轧辊轴连接，所述的中间轧辊段（22）通过由齿轮与齿圈构成的传动机构与入口端轧辊段（13）或与相邻的中间轧辊段（22）连接，所述的中间轧辊段（22）为由入口端轧辊段或与其相邻的中间轧辊段（22）通过齿轮啮合传递扭矩、带动转动的从动轧辊段；所述的出口端轧辊段（18）通过连接在套筒Ⅱ(21)上的轴承与所述的轧辊轴连接，所述的出口端轧辊段（18）通过由齿轮与齿圈构成的传动机构与中间轧辊段（22）连接，所述的出口端轧辊段（18）为由中间轧辊段通过齿轮啮合传递扭矩、带动转动的从动轧辊段；相邻两段轧辊段由齿轮与齿圈构成的传动机构传递扭矩，利用齿轮系的传动比使从入口段轧辊（13）段到出口段轧辊（18），每段轧辊段的转速逐级递增，在相邻两段轧辊段之间建立轧制张力，利用此张力在轧制过程中引导加热后的毛管温度高的外表面金属层沿轴向方向均匀变形，使产品的晶粒变得更加细小、均匀，提高钢管的机械性能及表面质量。

2.如权利要求1所述的低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备，其特征在于：所述入口端轧辊段（13）的大直径端、中间轧辊段（22）的大直径端均具有内齿圈（20）；所述中间轧辊段（22）的小直径端、出口端轧辊段（18）的小直径端均设置有用以与所对应的内齿圈啮合的齿轮（14）；所述的齿轮（14）为在所对应的轧辊段上呈120°均匀分布的三个。

3.根据权利要求1所述的低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备，其特征在于：对应三个所述的主轧辊（6）分别设置有用以防止其在轧制过程中沿主轧辊的径向方向发生弯曲变形的副轧辊（5），三个所述的副轧辊（5）呈120°均布；所述副轧辊（5）的外表面为沿轧制方向渐缩径的圆锥面，且与所对应主轧辊（6）的外表面相贴合；所述副轧辊（5）为可随主轧辊的转动而绕自身轴线转动的从动辊；所述副轧辊（5）的轴线Ⅰ（7）与主轧辊的轴线Ⅱ（8）平行，且轴线Ⅰ与轧制中心线的公垂线、轴线Ⅱ与轧制中心线的公垂线为同一条直线；所述副轧辊在轧制过程中沿径向方向上顶住主轧辊，避免主轧辊在轧制过程中的弯曲变形。

4.权利要求1或2或3所述低温下轧制钢管的大轧制力大减径轧制设备的生产工艺，其特征在于：将加热后的毛管经炉前输送辊道（1）送入中频感应加热炉（2）中加热，将毛管加热到650℃～850℃，由于加热温度与传统热轧钢管相比较低，故而经加热后的毛管内表面的塑性变形能力远小于外表面，有利于在之后的轧制过程中毛管沿径向方向各金属层的均匀流动；加热之后，毛管经炉后输送辊道（3）送入轧管机主机（4）中进行减径轧制；轧机主轧辊（6）的入口端轧辊段（13）通过键连接与轧辊轴一起转动，为钢管轧制提供动力； 主轧辊（6）的中间轧辊段（22）由入口端轧辊段（13）通过齿轮与内齿圈的啮合传递扭矩、出口端轧辊（18）由中间轧辊（22）通过齿轮与内齿圈的啮合传递转动扭矩，使主轧辊（6）自入口端到出口端各轧辊段的转速依次递增，从而在相邻两轧辊段之间建立轧制张力；毛管进入三个主轧辊形成的孔腔之后，由主轧辊外表面的渐扩径圆锥面逐渐实现毛管的减径量，并利用各轧辊段之间因转速不同而产生的轧制张力引导加热后的毛管外表面金属层沿轴向方向均匀变形，使产品的晶粒变得更加细小、均匀，从而提高产品的机械性能及表面质量；轧制过程中，与主轧辊（6）对应设置的副轧辊（5）于径向方向顶住主轧辊（6），避免主轧辊（6）的弯曲变形。