CN111468565B

CN111468565B - 一种超大口径无缝钢管矫直辊压扁量的设定方法

Info

Publication number: CN111468565B
Application number: CN202010289823.6A
Authority: CN
Inventors: 马立峰; 王清华; 马自勇; 马立东
Original assignee: Taiyuan University of Science and Technology
Current assignee: Taiyuan University of Science and Technology
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2040-04-14
Also published as: CN111468565A

Abstract

本发明属于无缝钢管多辊矫直技术领域，具体涉及一种超大口径无缝钢管矫直辊压扁量的设定方法，包括下列步骤：求出钢管最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t；根据钢管的壁厚与最大允许压扁量的对应关系，求出钢管的最大允许压扁量δ_a；将最大弹塑性压扁量δ_m与最大允许压扁量δ_a进行对比，两者较小值作为中间辊的压扁量δ₂，所述入口辊的压扁量δ₁＝k₁δ₂，所述出口辊的压扁量δ₃＝k₂δ₂；根据薄壁管与厚壁管实际压扁量满足原则，确定出每对矫直辊的实际压扁量，进而借助压下系统实现矫直辊压扁量差异化调整目的。本发明通过对矫直辊压扁量的设定，可以有效提高矫后钢管的椭圆度，提高产品矫直精度。本发明用于矫直辊压扁量的设定。

Description

一种超大口径无缝钢管矫直辊压扁量的设定方法

技术领域

本发明属于无缝钢管多辊矫直技术领域，具体涉及一种超大口径无缝钢管矫直辊压扁量的设定方法。

背景技术

大口径无缝钢管是日常生活中一种极为重要的流体输送通道，因此，在南水北调、油气运输等行业都有大量需求。此外，由于具有很好的承载性能，大口径无缝钢管在城市基础建设领域的应用也十分广泛，例如桥梁主体。无缝钢管在热处理后，受热应力和组织应力的影响，不可避免的会出现弯曲变形，影响产品质量，尤其是对质量要求较高的API标准石油套管、油气管以及机械设备专用管等。因直线度偏差直接关系到油套管与输送管的管端螺纹和管箍的加工、连接以及管道使用过程中的扭曲变形等，故对钢管的直线度有很高的要求。

矫直工序的目的便是消除轧制、运送、冷却和热处理过程中产生的钢管弯曲现象，减小钢管椭圆度。不同于棒材矫直，管材在矫直过程中存在压扁现象，因此，压扁量是管材矫直过程中一个十分重要的工艺参数。合理的压扁量不但有助于管材纵向弯曲的矫直，提高钢管的直线度，还有利于提高管材横截面精度。因此，在矫直无缝钢管时，为了达到矫直目的，需要控制矫直辊之间的距离，设置适当的辊缝，使压扁量符合生产要求。若压扁量过大，会使管材产生螺旋压痕，甚至将管材压溃；如果压扁量过小，会使管材矫直所需的椭圆度不达标，矫直圆整效果不佳。此外，多辊矫直机实际工作过程中，管材要受到几对辊子的联合作用来对其椭圆度进行改善。因此，在矫直过程中，要考虑辊子之间的相互关系：经前一对矫直辊压扁后的残余不圆度，就是下一对矫直辊的初始不圆度，即不同位置矫直辊所需的压扁量并不相同。然而，传统钢管多辊矫直机几对上下辊的辊缝是一致的，即各对矫直辊压扁量一致，这种压扁量统一的设定方式不能很好的发挥各矫直辊的矫直作用且搓圆效果也不理想。

发明内容

针对上述传统钢管多辊矫直机矫直作用且搓圆效果不理想的技术问题，本发明提供了一种精准度高、效率高、易实现的超大口径无缝钢管矫直辊压扁量的设定方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种超大口径无缝钢管矫直辊压扁量的设定方法，包括下列步骤：

S1、求出钢管最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t；

S2、根据钢管的壁厚与最大允许压扁量的对应关系，求出钢管的最大允许压扁量δ_a；

S3、将最大弹塑性压扁量δ_m与最大允许压扁量δ_a进行对比，两者较小值作为中间辊的压扁量δ₂，即δ₂＝min[δ_m,δ_a]；入口辊和出口辊的压扁量按比例分配，所述入口辊的压扁量δ₁＝k₁δ₂，所述出口辊的压扁量δ₃＝k₂δ₂；

S4、根据薄壁管与厚壁管实际压扁量满足原则，确定出每对矫直辊的实际压扁量，进而借助压下系统实现矫直辊压扁量差异化调整目的。

所述S1中求出钢管最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t的方法为：利用编程语言将根据矫直弯曲理论和压扁成形力计算方法推导的钢管最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t的公式程序化，将待矫钢管的参数输入程序求得钢管最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t。

所述S1中钢管最大弹塑性压扁量δ_m的计算公式为：

所述λ为钢管的内外径之比，所述R为钢管的横截面平均半径，所述σ_t为钢管的屈服强度，所述E_p为平面应变弹性模量换算值，所述E_p＝E/(1-μ²)，所述μ为泊松比，所述E为弹性模量，所述h为钢管的壁厚。

所述S1中钢管最大弹性压扁量δ_t的计算公式为：

所述S2中钢管的壁厚与最大允许压扁量的对应关系为：所述壁厚为6mm-8mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.9％；所述壁厚为8mm-10mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.8％；所述壁厚为10mm-12mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.65％；所述壁厚为12mm-20mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.55％；所述壁厚为20mm-80mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.4％；所述钢管的直径均大于450mm。

所述S3中入口辊与出口辊压扁量的比例分配的范围为k₁∈(70％,80％)，k₂∈(80％,90％)。

所述S4中薄壁管与厚壁管实际压扁量满足原则为：所述薄壁管应满足：δ_t≤δ≤δ_m；所述厚壁管应满足：δ≤δ_m；所述δ为钢管的实际压扁量。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明通过对矫直辊压扁量的设定，可以有效提高矫后钢管的椭圆度，提高产品矫直精度；本发明可使钢管表面所受压力更合理均匀，减轻钢管表面的螺纹压痕，提高矫直后钢管表面质量。

附图说明

图1为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

步骤一、利用编程语言将根据矫直弯曲理论和压扁成形力计算方法推导的钢管最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t的公式程序化，将待矫钢管的参数输入程序求得钢管最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t。

步骤二、根据钢管的壁厚与最大允许压扁量的对应关系，求出钢管的最大允许压扁量δ_a。

步骤三、将最大弹塑性压扁量δ_m与最大允许压扁量δ_a进行对比，两者较小值作为中间辊的压扁量δ₂，即δ₂＝min[δ_m,δ_a]；入口辊和出口辊的压扁量按比例分配，入口辊的压扁量δ₁＝k₁δ₂，出口辊的压扁量δ₃＝k₂δ₂。

步骤四、根据薄壁管与厚壁管实际压扁量满足原则，确定出每对矫直辊的实际压扁量，进而借助压下系统实现矫直辊压扁量差异化调整目的。

进一步，步骤一中钢管最大弹塑性压扁量δ_m的计算公式为：

其中λ为钢管的内外径之比，R为钢管的横截面平均半径，σ_t为钢管的屈服强度，E_p为平面应变弹性模量换算值，E_p＝E/(1-μ²)，μ为泊松比，E为弹性模量，h为钢管的壁厚。

进一步，步骤一中钢管最大弹性压扁量δ_t的计算公式为：

进一步，步骤二中钢管的壁厚与最大允许压扁量的对应关系为：壁厚为6mm-8mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.9％；壁厚为8mm-10mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.8％；壁厚为10mm-12mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.65％；壁厚为12mm-20mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.55％；壁厚为20mm-80mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.4％；钢管的直径均大于450mm。

进一步，步骤三中入口辊与出口辊压扁量的比例分配的范围为k₁∈(70％,80％)，k₂∈(80％,90％)。

进一步，步骤四中薄壁管与厚壁管实际压扁量满足原则为：薄壁管应满足：δ_t≤δ≤δ_m；厚壁管应满足：δ≤δ_m；δ为钢管的实际压扁量。

现分别以直径φ530(壁厚16)的Q345B低合金钢和直径φ920(壁厚60)的40Cr合金调质钢大口径无缝钢管矫直过程中各对矫直辊的压扁量比例分配设定方法为例。

实施例一

大口径无缝钢管φ530*16矫直过程中各对矫直辊的压扁量及分配比例确定方法如下：

首先，将待矫钢管内外径比λ＝0.955，截面平均半径R＝265mm，屈服强度σ_t＝345MPa，弹性模量E＝206GPa，泊松比μ＝0.27等相关参数输入最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t求解程序，得到钢管的最大弹塑性压扁量δ_m＝7.85mm，最大弹性压扁量δ_t＝6.11mm；

然后，调用不同壁厚钢管多辊矫直生产实践数据库的最大允许压扁量估算表中相应公式，得到钢管最大允许压扁量δ_a＝D*1.55％＝8.22mm，因此，中间辊的压扁量δ₂＝min[7.85,8.22]＝7.85mm；

接着，取k₁＝78.5％，k₂＝88％，得到入口辊与出口辊的压扁量初定值分别为δ₁＝6.15mm，δ₃＝6.9mm；

最后，判断压扁量δ₁＝6.15mm，δ₃＝6.9mm是否满足薄壁管与厚壁管实际压扁量满足原则：因6.11＜6.15＜7.85，6.11＜6.9＜7.85均成立，故入口辊、中间辊以及出口辊最终压扁量设定值分别为δ₁＝6.15mm，δ₂＝7.85mm，δ₃＝6.9mm。

实施例二

大口径无缝钢管φ920*60矫直过程中各对矫直辊的压扁量及分配比例如下：

同样地，首先将待矫钢管内外径比λ＝0.87，截面平均半径R＝430mm，屈服强度σ_t＝785MPa，弹性模量E＝211GPa，泊松比μ＝0.27等相关参数输入最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t求解程序，得到钢管最大弹塑性压扁量δ_m＝14.69mm，以及最大弹性压扁量δ_t＝9.82mm；

然后，调用不同壁厚钢管多辊矫直生产实践数据库的最大允许压扁量估算表中相应公式，得到钢管最大允许压扁量δ_a＝D*1.40％＝13.44mm，因此，中间辊200的压扁量δ₂＝min[14.69,13.44]＝13.44mm；

接着，取k₁＝75％，k₂＝85％，得到入口辊与出口辊的压扁量初定值分别为δ₁＝10.08mm，δ₃＝11.42mm；

最后，判断压扁量δ₁＝10.08mm，δ₃＝11.42mm是否满足薄壁管与厚壁管实际压扁量满足原则：因10.08＜14.69，11.42＜14.69均成立，故入口辊、中间辊以及出口辊最终压扁量设定值分别为δ₁＝10.08mm，δ₂＝13.44mm，δ₃＝11.42mm。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超大口径无缝钢管矫直辊压扁量的设定方法，其特征在于：包括下列步骤：

S1、求出钢管最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t；

所述钢管最大弹塑性压扁量δ_m的计算公式为：

所述钢管最大弹性压扁量δ_t的计算公式为：

所述λ为钢管的内外径之比，所述R为钢管的横截面平均半径，所述σ_t为钢管的屈服强度，所述E_p为平面应变弹性模量换算值，所述E_p＝E/(1-μ²)，所述μ为泊松比，所述E为弹性模量，所述h为钢管的壁厚；

S2、根据钢管的壁厚与最大允许压扁量的对应关系，求出钢管的最大允许压扁量δ_a；所述钢管的壁厚与最大允许压扁量的对应关系为：所述壁厚h满足6mm≤h＜8mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.9％；所述壁厚h满足8mm≤h＜10mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.8％；所述壁厚h满足10mm≤h＜12mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.65％；所述壁厚h满足12mm≤h＜20mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.55％；所述壁厚h满足20mm≤h＜80mm时最大允许压扁量为钢管直径的1.4％；所述钢管的直径均大于450mm；

S3、将最大弹塑性压扁量δ_m与最大允许压扁量δ_a进行对比，两者较小值作为中间辊的压扁量δ₂，即δ₂＝min[δ_m,δ_a]；入口辊和出口辊的压扁量按比例分配，所述入口辊的压扁量δ₁＝k₁δ₂，所述出口辊的压扁量δ₃＝k₂δ₂，所述k₁为入口辊压扁量的比例分配，所述k₂为出口辊压扁量的比例分配；

S4、根据薄壁管与厚壁管实际压扁量满足原则，确定出每对矫直辊的实际压扁量，进而借助压下系统实现矫直辊压扁量差异化调整目的；所述薄壁管与厚壁管实际压扁量满足原则为：所述薄壁管应满足：δ_t≤δ≤δ_m；所述厚壁管应满足：δ≤δ_m；所述δ为钢管的实际压扁量。

2.根据权利要求1所述的一种超大口径无缝钢管矫直辊压扁量的设定方法，其特征在于：所述S1中求出钢管最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t的方法为：利用编程语言将根据矫直弯曲理论和压扁成形力计算方法推导的钢管最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t的公式程序化，将待矫钢管的参数输入程序求得钢管最大弹塑性压扁量δ_m与最大弹性压扁量δ_t。

3.根据权利要求1所述的一种超大口径无缝钢管矫直辊压扁量的设定方法，其特征在于：所述S3中入口辊与出口辊压扁量的比例分配的范围为k₁∈(70％,80％)，k₂∈(80％,90％)。