CN110624958B - 一种无缝钢管射孔枪管控制内径的轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种无缝钢管射孔枪管控制内径的轧制方法，依次包括管坯的环形炉加热、穿孔、空心坯减径、连轧、再加热、张力减径、卡板通径、冷床冷却、分段入库等步骤，在轧制生产过程中和检验过程中，分别增加了特殊内径的控制方法、设计了专用的内径卡板，用于轧制过程后的检验要求，从而能解决射孔枪批量高精度、高内径要求的轧制问题和检验问题，以达到100％满足用户的内径要求。

Description

一种无缝钢管射孔枪管控制内径的轧制方法

技术领域

本发明涉及射孔枪管轧制技术，更具体地说，涉及一种无缝钢管射孔枪管控制内径的轧制方法。

背景技术

射孔枪管是某钢铁企业的高盈利产品，在国内外市场均有良好的口碑。2017年以来，随着美国本土市场加大了油气开采力度，对射孔枪管的需求逐步在放量。美方为了更低的制造成本，到国内来采购大量的射孔枪管。同时140无缝钢管逐步转型，加大了机械用管开发力度，进一步拓展射孔枪管市场。但美方对射孔枪管的技术要求要比国内严格很多，比如产品尺寸精度要求，特殊内径要求等(内径范围非常窄，仅为-2.3％～0.85％，常规钢管内径无要求，壁厚尺寸偏差为-10％～12.5％)，导致国内无缝钢管热轧机组不能满足其尺寸要求。因该产品盈利能力较高，某钢铁企业尝试接订了规格114.3*10。受其钢管140机组浮动芯棒特点的限制，原有的一些轧制工艺方法不能满足该类射孔枪管的尺寸精度及特殊内径的通径要求。

对于无缝钢管而言，常规射孔枪管产品均采用油井管工艺生产，此类产品没有专用的特殊工艺来控制。自某钢铁企业开始接订特殊内径要求的射孔枪管以来，一直存在两大顽症：一是内径满足不了通径要求；二是尺寸精度满足不了美方技术协议要求。导致合格率低下为0～50％，给140无缝钢管进一步开拓国外射孔枪管市场造成了很大障碍。

国内外无缝钢管制造企业配置轧制生产线，在生产普通射孔枪钢管一般采用的生产方式基本为常规生产工艺方法，不能满足特殊内径的用户要求。其典型的生产工艺流程如图1所示。

出口射孔枪管主要技术要求为外径：±1％，壁厚公差范围

-10％～12.5％，但是内径要求非常严格为-2.30％～0.85％，导致热轧管很难同时满足尺寸和内径的要求，在用户使用过程中发现尺寸满足要求，但是内径满足不了-2.30％～0.85％的非常规要求，即内径不能大也不能小。用户加工过程中产生大量内径黑皮螺纹扣，问题产生主要是由于140热轧机组控制内径尺寸是从壁厚和外径极差来满足内径的要求，而没有直接控制内径的方法。通过生产过程跟踪，发现目前射孔枪的壁厚极差大(1mm以上)、实际外径较平均外径大0.2～0.3mm，导致生产后的射孔枪管内径经常偏大或偏小，内径通过合格率为0～50％之间，合格率低下。进一步分析工艺方法问题，主要是因为现有射孔枪管轧制工艺方法存在以下几方面的不足：1)常规工艺穿孔、连轧、张减工艺参数范围宽，节奏快，导致壁厚精度和外径控制只能满足常规产品API要求，但不能满足出口射孔枪管的特殊内径要求。2)特殊内径要求缺乏检验手段，没有专用内径检测工具，人工使用内径尺测量节奏慢、测量不准确，无法满足特殊内径要求的射孔枪管的批量大生产需求。3)如使用现有的通径棒在管体打包生产时进行检验，只能检验内径通过率，而不能满足内径的最小值的通不过要求，最大的问题是严重影响生产节奏，无法正常生产。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种无缝钢管射孔枪管控制内径的轧制方法，能够满足出口射孔枪高端用户关于尺寸精度及内径的特殊要求。

一种无缝钢管射孔枪管控制内径的轧制方法，依次包括管坯的环形炉加热、穿孔、空心坯减径、连轧、再加热、张力减径、冷床冷却、分段入库步骤，其特征在于：在张力减径与冷床冷却之间还包括卡板通径的步骤，设计T字形卡规，包括由横向矩形板的大头端和纵向梯形板的小头端相连构成，大头端与小头端的连接处呈台阶状，且大头端宽度大于小头端连接处的宽度，小头端的宽度从连接处至另一端呈逐渐变小，且小头端上设有多级宽度刻线；将卡规从小头端开始塞入钢管内孔，当卡停后旋转一周则检测出钢管内径的最大值，若大头端也能塞入钢管内孔，则判断钢管内径超标。

在穿孔步骤中，穿孔轧制辊使用9～10°的小角度轧制，碾压道次增加15％，以提高穿孔毛管的壁厚均匀性。

在穿孔步骤中，穿孔辊寿命加严控制在10000支以内，使得穿孔毛管在穿孔过程中辊距≥151mm，导盘间距175～177mm，穿孔毛管轧制过程的椭圆度≤1.17。

在穿孔步骤中，开轧时使用矫直后的顶杆，顶杆长度控制在2mm以内。

在连轧步骤中：使用负张力值，使用范围为-30％～-50％，。

在连轧步骤中：连轧机寿命控制在2000支以内。

在张力减径步骤中，张减机孔型目标尺寸中值设计为114.3mm，以控制外径正太分布在114.3mm周围，与壁厚设计值10.1mm相匹配。

采用本发明的技术方案，在轧制生产过程中和检验过程中，分别增加了特殊内径的控制方法、设计了专用的内径卡板，用于轧制过程后的检验要求，从而能解决射孔枪批量高精度、高内径要求的轧制问题和检验问题，以达到100％满足用户的内径要求。

附图说明

在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为现有技术的射孔枪管的轧制方法的流程框图；

图2为本发明的射孔枪管的轧制方法的流程框图；

图3为本发明的卡规的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明的无缝钢管射孔枪管控制内径的轧制方法采用如图2所示，依次包括管坯的环形炉加热、穿孔、空心坯减径、连轧、再加热、张力减径、冷床冷却、分段入库步骤，具体如下：

首先，从用户的特殊内径要求(-2.30％～0.85％)出发，重新设计射孔枪管轧制壁厚和外径公差设计，满足内径要求。

因140无缝钢管没有单独的内径控制手段，目前是依靠外径和壁厚的设计来满足内径要求。故结合实际内径情况，通过计算优化轧制规格的外径和壁厚设计，满足特殊内径要求。

原用户要求规格及公差要求为：

本发明优化设计内控轧制规格及公差要求为：

该设计思路对轧制壁厚公差要求和外径公差内控要求进行了加严优化，通过计算，满足了特殊内径控制的要求，从设计上解决了出口射孔枪管的特殊内径要求。计算方法：原有内径中径值为114.3-10*2＝94.3mm，贴近内径上限要求Φ95mm，导致内径容易偏大。轧制壁厚增加0.1mm，内径能缩小0.2mm，即内径中径值减小为Φ94.1mm，加上壁厚和外径的内控加严，就能很好的解决内径偏大问题，且防止内径过小。轧制壁厚和轧制外径的算法是以特殊内径要求的公差范围为输出数据，外径和壁厚公差为输入数据，即最大外径-最小壁厚*2＝最小内径；最小外径-最大壁厚*2＝最大内径，以此推算出轧制壁厚公差范围和外径公差范围。

在轧制规格设计优化以后，为满足上述加严后的外径、壁厚要求，以及特殊内径的要求，采用的轧制方法优化如下：

一、制定穿孔壁厚横向极差的控制方法，满足轧制壁厚公差的加严要求。

穿孔工艺在轧制常规产品的方法为常规工艺参数，如寿命不加控制，倾角12-13度，辊距与导盘距无特殊要求，满足毛管长度即可，因此壁厚极差较大(但都能满足常规产品要求)。但出口射孔枪管轧制的工艺设计优化后对毛管壁厚精度要求很高，为此形成穿孔毛管的壁厚精度控制方法如下：

1)穿孔轧制辊使用小角度9～10度轧制，根据π*D*tana公式计算，增加碾压道次15％，即9～10圈的碾压道数，以提高穿孔毛管的壁厚均匀性。另外穿孔辊寿命加严控制在10000支以内，减少磨损确保调整参数可控，目的是让穿孔毛管在穿孔过程中辊距≥151mm，导盘间距175～177mm(目的是让穿孔毛管轧制过程的椭圆度≤1.17，椭圆度越小，壁厚越均匀)，使得毛管壁厚极差更小；

2)为确保工器具的精度，开轧时使用矫直后的顶杆，顶杆长度控制在2mm以内，目的是确保工器具长度精度，使得轧制长度均匀，避免毛管长度偏差太大影响壁厚均匀性。

二、制定连轧壁厚纵向极差控制方法，满足轧制壁厚公差的加严要求。

1)连轧轧制时使用负张力值，SF值使用范围-30％～-50％，严禁使用正张力，即在连轧轧制过程中让金属纵向充分延伸，提高连轧荒管头中尾的纵向壁厚均匀性。

2)连轧机寿命加严控制在2000支以内，目的是减少连轧轧辊的磨损，避免轧辊磨损导致工艺参数失准，同时控制机架寿命可以确保工艺参数的调整状态。

三、采用张减特殊孔型尺寸机架轧制，控制外径均值，重新设计轧制规格，满足内径设计要求

原张减孔型尺寸为Φ114.5mm，外径公差范围为Φ113.36～Φ115.6mm，平均外径为Φ114.5mm。因轧制外径公差设计加严后，目标外径范围要求为Φ113.78～Φ114.81mm，目标外径均值为Φ114.3mm。故重新设计张减机孔型目标尺寸中值为Φ114.3mm，本发明设计的孔型尺寸目的是控制外径正太分布在114.3mm周围，与壁厚设计值S＝10.1mm匹配，能较好的满足用户的内径控制要求。

四、为满足射孔枪管特殊内径要求(93-95mm)，设计了如图3所示专用的内径卡规，设计大头端和小头端尺寸，便于冷床取样和后工序批量生产时，便捷快速的检验内径的最大和最小值。该卡规包括由横向矩形板的大头端和纵向梯形板的小头端相连构成，大头端与小头端的连接处呈台阶状，且大头端宽度大于小头端连接处的宽度，小头端的宽度从连接处至另一端呈逐渐变小，且小头端上设有多级宽度刻线，具体尺寸如下：

规格	卡规直径尺寸	卡规厚度
			114.3*10	Φ93--95mm	4mm，边缘圆滑倒角

该卡规的设计从满足内径最大、最小值的目的出发，设计了中径值、最大、最小内径值，能很好的进行内径大小的检验，而且较常规的内径量规相比，非常便于操作工非常便捷、快速的进行内径数据的检测，在批量生产中能快速、准确的进行内径的通径检验。操作说明如下：

首先，手持卡规塞入钢管内径，如小头端顺利通过，且360度旋转一周顺畅，说明内径值大于要求的最小内径；继续塞入，直至卡住为止，目测停留位置哪个刻度值，360度旋转一周，即能检测出钢管内径的最大值。如大头端也塞入钢管内径，说明内径值超最大值，此时不用旋转360度，即可说明钢管内径超标。根据此设计方法，可以用于检验各种规格的射孔枪管内径值。

采用上述卡规检测方法，可有效控制钢管内径值，满足射孔枪管特殊的内径要求。

综上所述，采用本发明能有效解决困扰无缝钢管生产出口射孔枪的特殊内径要求时的内径不合格问题，满足了国外高端用户的射孔枪管的市场需求，提高了无缝钢管的市场竞争力。通过以上方法的使用，年轧制多次射孔枪管114.3*10规格，未发生一起内径超差事故，成材率达到90％以上，半年的销量达2500吨，同比增长455％，显著提升了经济效益。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。

Claims (2)

1.一种无缝钢管射孔枪管控制内径的轧制方法，依次包括管坯的环形炉加热、穿孔、空心坯减径、连轧、再加热、张力减径、冷床冷却、分段入库步骤，其特征在于：在张力减径与冷床冷却之间还包括卡板通径的步骤，设计T字形卡规，由横向矩形板的大头端和纵向梯形板的小头端相连构成，大头端与小头端的连接处呈台阶状，且大头端宽度大于小头端连接处的宽度，小头端的宽度从连接处至另一端呈逐渐变小，且小头端上设有多级宽度刻线；将卡规从小头端开始塞入钢管内孔，当卡停后旋转一周则检测出钢管内径的最大值，若大头端也能塞入钢管内孔，则判断钢管内径超标，

在穿孔步骤中，穿孔轧制辊使用9~10°的小角度轧制，碾压道次增加15%，即9~10圈的碾压道数，以提高穿孔毛管的壁厚均匀性；

在穿孔步骤中，穿孔轧制辊寿命加严控制在10000支以内，使得穿孔毛管在穿孔过程中辊距≥151mm，导盘间距175～177mm，穿孔毛管轧制过程的椭圆度≤1.17；

在穿孔步骤中，开轧时使用矫直后的顶杆，顶杆长度控制在2mm以内；

在连轧步骤中：使用负张力值；

在张力减径步骤中，张减机孔型目标尺寸中值设计为114.3mm，以控制外径正态分布在114.3mm周围，与壁厚设计值10.1mm相匹配。

2.如权利要求1中的无缝钢管射孔枪管控制内径的轧制方法，其特征在于：在连轧步骤中：连轧机寿命控制在2000支以内。

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