CN116809642A - 一种消除钢管穿孔尾端产生“铁耳子”的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种消除钢管穿孔尾端产生“铁耳子”的方法，所述方法适用于将管坯穿孔成毛管的过程，利用位于管坯外部的穿孔轧辊和在管坯内部穿孔的顶头配合实现穿孔，其中，所述顶头的长度为顶头外径的1.9‑2.2倍，穿孔轧辊的入口锥角为2.5°，穿孔轧辊的出口锥角为3.5°，所述管坯的直径为155‑230mm，所述毛管的外径为182‑257mm，所述毛管的外径大于所述管坯的外径25mm以上，且所述毛管的壁厚小于17mm，克服了现有扩径量大的钢管穿孔时顶头靠后且薄壁穿孔变形大，易产生“铁耳子”，并在穿孔后进行穿棒和顶管时，“铁耳子”易摁伤顶管芯棒加快芯棒报废和/或易被带入至钢管内进而摁伤钢管内表面的情况，同时实现顶头位置可控的状态。
Description
技术领域
本发明属于钢管穿孔技术领域，具体涉及一种消除钢管穿孔尾端产生“铁耳子”的方法。
背景技术
穿孔是钢管生产的第一道变形工序，处于钢管外面的穿孔辊主动旋转，处于钢管心部的顶头被动旋转，致使钢管外表金属流动快，钢管心部金属流动慢，到穿孔尾端会出现少量的或较少量而言相对多的部分的金属多出，这一多出的少量金属在穿孔辊的旋转作用下形成“扣子”，这一多出的部分金属在穿孔辊的旋转作用下形成镰刀状的“铁耳子”。穿孔毛管其后进行穿棒和顶管，“铁耳子”则容易摁伤顶管芯棒加快芯棒报废，同时“铁耳子”容易被带入至钢管内进而摁伤钢管内表面。
传统的消除“铁耳子”的方法是管坯尾部打定心孔，如罗德金等人发表的《消除穿孔毛管尾端"铁耳子"的新工艺》(《钢管》，2015年12月，第44卷第6期)。但是因尾部打定心孔，需上专门的设备，且受场地所限，实施不现实。另外，根据“铁耳子”出现的毛管品规为薄毛管且管坯较小毛管扩径量较大的情况，可以把管坯增大，从而控制毛管扩径量来解决，但限于连铸坯的固定坯型所限，实施也不现实。
申请号为201710480752.6的专利公开了一种生产薄壁无缝钢管的穿孔轧制方法及专用设备，对应穿孔变形的具体工艺参数设计为：增大锥形轧辊出口锥角λ2＝6°，可在已有轧辊出口锥长度范围内，满足毛管变形区长度要求；一次穿孔区L21范围内的顶头锥面角γ3值小于均壁辗轧区L23范围内的顶头锥面角γ1，γ3＝γ1-(2°～2.5°)，其目的是通过减少γ3，减少一次穿孔区L21的圆弧半径，进而减少LR与LC交接孔喉处的轧辊与顶头的间隙，进而尽快减少毛管的壁厚，使金属在扩径区L22、均壁辗轧区L23中变形平缓，并充分辗轧，提高毛管质量；穿孔扩径率30％＜δ≤45％，在毛管直径Dm和毛管壁厚Sm不变的情况下，按照公式δ＝(Dm-Dp)/Dp×100％计算，所采取的管坯直径Dp大幅度减小，减小了管坯的直径，进而减少了管坯的加热时间，提高钢管的生产节奏；同时穿孔延伸系数μ大幅度减小，避免穿孔过程中的超延伸现象，提高了钢管的尾部质量，避免了毛管尾部铁耳子的形成，提高钢管的质量水平。其虽然提高了产能但是角度设置超出了常规，适用范围有限。另外，因通过工艺调整对“铁耳子”作用有限并且不稳定，实际生产中控制难度大，所以很少考虑甚至没有考虑通过工艺调整的方法，以保证扩径量大特别是大于25mm的薄毛管(壁厚小于17mm)不出现“铁耳子”的苛刻要求，我们创造性的提出了一种消除扩径量大、壁厚薄的钢管穿孔所产生“铁耳子”的工艺调整方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动从而产生“铁耳子”的方法，以克服现有扩径量大的钢管穿孔时顶头靠后且薄壁穿孔变形大，易产生“铁耳子”，并在穿孔后进行穿棒和顶管时，“铁耳子”易摁伤顶管芯棒加快芯棒报废和/或易被带入至钢管内进而摁伤钢管内表面的情况，同时实现顶头位置可控的状态。该方法，适用于对顶头位置要尽可能提前的钢管穿孔工艺，主要适用于扩径量大于25mm并且壁厚小于17mm的薄壁钢管的穿孔。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种消除钢管穿孔尾端产生“铁耳子”的方法，所述方法适用于将管坯穿孔成毛管的过程，利用位于管坯外部的穿孔轧辊和在管坯内部穿孔的顶头配合实现穿孔，其中，所述顶头的长度为顶头外径的1.9-2.2倍，穿孔轧辊的入口锥角为2.5°，穿孔轧辊的出口锥角为3.5°，所述管坯的直径为155-230mm，所述毛管的外径为182-257mm，所述毛管的外径大于所述管坯的直径25mm以上，且所述毛管的壁厚小于17mm。其中，顶头外径为顶头上最大外圆的直径。
进一步地，所述顶头的顶头长度为顶头外径的2.0-2.1倍。
更进一步地，所述顶头长度为440-445mm，优选地，顶头长度为440mm，所述顶头外径为210-225mm，优选地，顶头外径为212-222mm。
更进一步地，所述顶头长度为300-305mm，优选地，顶头长度为300mm，所述顶头外径为140-155mm，优选地，顶头外径为144-147mm。
进一步地，所述毛管的壁厚为12-16mm，优选地，壁厚为14mm。
更进一步地，所述毛管的外径为182mm，壁厚为14mm；
或：所述毛管的外径为257mm，壁厚为14mm。
进一步地，所述管坯选定顶头前压下率ε为6-8％，优选地，碳钢和一般合金钢的钢管管坯选定顶头前压下率ε为7％；高合金钢的钢管管坯选定顶头前压下率ε为6％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明已经应用于钢管生产的“铁耳子”控制，成功应用于两组芯棒薄壁管的在线生产，穿孔工序时实现前移顶头有效控制，从源头消除“铁耳子”，避免了之后顶管工序时“铁耳子”摁伤顶管芯棒及“铁耳子”被带进钢管摁伤钢管内表面，最终取得了显著的经济效益。根据数据统计，生产钢管(毛管为扩径量大于25mm并且壁厚小于17mm的薄壁管)实现“铁耳子”控制后，芯棒消耗降低0.5千克/吨，气瓶管成材率提升1.3％。钢管总年产量16.2万吨，芯棒与废芯棒差价24559.2元/吨，芯棒降耗创效198.9万元。气瓶管年产量13200吨，成品与废钢差价4450元/吨，气瓶管成材率提升创效76.4万元。两项合计年创效275.3万元。
附图说明
图1穿孔变形区示意图；
图中：1、顶头；2、穿孔轧辊；3、管坯；4、毛管；Dp、管坯直径；δm、毛管壁厚；β1、穿孔轧辊入口锥角；β2、穿孔轧辊出口锥角；Dt、顶头外径；Lt、顶头长度；B、辊距；C、顶头伸入量；Y、顶头位置；Dm、毛管外径；dm、毛管内径；L1、入口变形区长度；L2、出口变形区长度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。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。
本发明的实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的工艺参数，通常按照常规条件。
在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本发明中具体公开。
以下用于描述的位置术语，比如上、下、左、右均是为了方便理解本发明技术，其位置术语并不对本发明技术方案构成限制。
顶头位置控制是穿孔工艺细节控制的最重要手段之一，相对成熟的无缝钢管穿孔过程中，顶头位置控制水平的高低，决定钢管质量特别是尾部超延伸产生的实物“扣子”和“铁耳子”控制的水平。参见图1，钢管外面的穿孔轧辊2主动旋转，处于钢管心部的顶头1被动旋转，致使钢管外表金属流动快，钢管心部金属流动慢，到穿孔尾端(从图1来看即图的左侧)会出现少量的或较少量而言相对多的部分的金属多出，这一多出的少量金属在穿孔轧辊2旋转作用下形成“扣子”，这一多出的部分金属在穿孔轧辊2旋转作用下形成镰刀状的“铁耳子”。穿孔“铁耳子”可以通过上管坯尾部定心设备把穿孔尾端多出的金属直接去掉的方法解决，也可以通过增大管坯直径的方法解决。
本发明是在现场场地布局尾部定心设备不现实和/或增加管坯直径也不实际的情况下提出的，比如：现场空间有限无法布局尾部定心设备，或者连铸坯每35-40mm一种直径坯型，使用合适的大坯型也无适当组距，增大管坯直径也不现实。本发明针对直径坯型155mm管坯、195mm管坯、230mm管坯、270mm管坯，连铸坯组距为35-40mm的实际情况设计了本发明的消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的方法。如果要生产262mm的毛管，通常是需要使用250mm的管坯，而利用现有条件也就是现有管坯和设备进行生产的话，则可使用与之接近的230mm管坯和270mm管坯，事实上使用270mm管坯则需要减小外径至262mm，生产麻烦，且行业内也没有该种做法；而实际上直接使用230mm管坯生产262mm毛管则产生了“铁耳子”。因此依据现有条件生产262mm毛管直接使用现有的230mm管坯替代没有的250mm管坯进行生产则毛管质量没保证，或直接使用合适的250mm管坯生产则没有适当组距连铸，且专门增加250mm管坯也不现实。因此，只能在现有条件基础上全方位的调整工艺方法进行保质保量的生产。
具体地，钢管的穿孔变形区见图1穿孔变形区示意图。顶头位置Y是指顶头1尾端(即粗端)到穿孔轧辊2的轧制带中心的距离(轧制带中心即为上下轧辊上使上下轧辊之间垂直距离最近的点连线后形成的中心线)，顶头位置Y值越大表示顶头1位置越靠后(从图1来看即越靠近图的右侧)，穿孔变形越靠后。穿孔变形区被穿孔轧辊2的轧制带中心分为二部分，前部分是穿孔轧辊入口锥部分对应的入口变形区长度L1，入口变形区长度L1即始于管坯3与穿孔轧辊2的接触点、终止于轧制带中心线，后部分是穿孔轧辊出口锥部分对应的出口变形区长度L2，出口变形区长度L2即始于轧制带中心线、终止于毛管4与穿孔轧辊2的分离点，出口变形区长度L2值越大表示变形区越靠后(从图1来看即越靠近图的右侧)，穿孔变形越靠后。
根据穿孔变形机理：管坯3和毛管4外面的穿孔轧辊2主动旋转，处于管坯3和毛管4心部的顶头1被动旋转，致使管坯3和毛管4外表金属流动快，管坯3和毛管4心部金属流动慢。发明人发现：穿孔提前顶头1的位置使整个变形区前移，减小了穿孔轧辊出口锥管壁较薄强变形区的接触长度(也就是图1所示的出口变形区长度L2)，从而减弱了穿孔外部快心部慢的穿孔效应，改善穿孔尾端出现少量金属多出的情况也就是“扣子”，以及不会出现部分金属多出的情况，因此可消除心部部分金属向穿孔尾端移动而形成镰刀状的“铁耳子”。因此顶头1前移、变形区靠前可以实现消除“铁耳子”的目的。
顶头位置Y与顶头长度Lt、顶头大小(顶头外径Dt)、管坯直径Dp、毛管壁厚δm、穿孔轧辊入口锥角β1、穿孔轧辊出口锥角β2的关系满足如下计算公式(1-3)：
B＝(1-ε)*Dp*tanβ2/(tanβ1+tanβ2)+(Dt+2δm)*tanβ1/(tanβ1+tanβ2)-2Lt*tanβ1*tanβ2/(tanβ1+tanβ2) (公式1)
C＝Lt-(Dt+2δm-B)/2tanβ2 (公式2)
Y＝Lt-C (公式3)
且无论是公式中还是表格中或图中，Dp为管坯直径，是指穿孔时管坯3的最大外圆直径；Dt为顶头外径，是指顶头1上最大外圆的直径，也就是顶头1的尾端或粗端最大外圆的直径；Lt为顶头长度，是指从顶头1的一端到另一端的长度；B为辊距，是指上下穿孔轧辊2之间垂直距离最近的距离，也是上下轧辊轧制带之间的距离；C为顶头伸入量，是指顶头1的尖部(也称为头部或细端)到轧制带中心的距离；ε为顶头前压下率，是指管坯3接触顶头1时的外径减小量与管坯直径Dp的百分数。
从上述公式1-3可进一步发现：顶头长度Lt短的顶头1、顶头外径Dt小的顶头1、毛管壁厚δm薄的毛管4、小的轧辊入口锥角β1、大的轧辊出口锥角β2，可以减小顶头位置Y、实现顶头1前移。而顶头前压下率ε则需根据轧机特点、管坯尺寸、材质选定。本发明轧机(穿孔机)特点为：锥形穿孔辊，穿孔辊入口锥部分滚(布纹)花。碳钢和一般合金钢的钢管，∮155-270坯选定顶头前压下率ε为6-8％，通常选定7％。高合金钢的钢管，∮155-270坯选定顶头前压下率ε为5-7％，通常选定6％。
因此，在现场场地布局尾部定心设备不现实和/或增加管坯直径也不实际的情况下，针对钢管穿孔心部金属移动至穿孔尾端产生“铁耳子”的技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种消除钢管穿孔尾端产生“铁耳子”的方法，适用于将管坯3穿孔成毛管4的过程，利用位于管坯3外部的穿孔轧辊2和在管坯3内部穿孔的顶头1配合实现穿孔，其中，顶头1的顶头长度Lt为顶头外径Dt的1.9-2.2倍(例如1.95倍、2.0倍、2.05倍、2.1倍、2.15倍)，穿孔轧辊2的穿孔轧辊入口锥角β1为2.5°，穿孔轧辊2的穿孔轧辊出口锥角β2为3.5°，管坯3的管坯直径Dp为155-230mm(例如160mm、170mm、180mm、190mm、195mm、200mm、210mm、220mm、225mm)，毛管4的毛管外径Dm为182-257mm(例如185mm、190mm、195mm、200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、245mm、250mm、255mm)，毛管4的毛管外径Dm大于管坯3的管坯直径Dp 25mm以上(例如25.5mm、26mm、27mm、28mm、29mm、30mm、35mm、40mm)，且毛管4的毛管壁厚δm小于17mm(例如10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、16.5mm)。
本发明在现有管坯(外径为155-230mm的管坯)和设备的基础上，进行扩径量大于25mm的毛管生产，为避免产生“铁耳子”，进行如下设计：一是顶头1优化设计，通过《顶头长度设计规则》设计顶头长度Lt为顶头外径Dt的1.9-2.2倍，并进一步进行顶头1偏短的偏向性优化选择。顶头外径Dt，取决于毛管4的毛管外径Dm和毛管壁厚δm，在计算理论的顶头外径Dt后，本发明根据实际顶头组距选用偏小的顶头1。二是穿孔辊锥角优化设计，行业内穿孔轧辊入口锥角β1和穿孔轧辊出口锥角β2常用2.5-4.5°，此范围内的锥角可使毛管4的质量得到保证。根据轧辊前端和后端接触长度(即入口变形区长度L1和出口变形区长度L2)的实际情况和理论分析，本发明优化选择穿孔轧辊2的穿孔轧辊入口锥角β1为2.5°以利于改进毛管4的质量并实现顶头1的前移，同时保证入口锥长度足够，并优化选择把穿孔轧辊2的穿孔轧辊出口锥角β2选择为3.5°以既利于顶头1前移，同时出口锥长度足够、又不影响毛管4质量和壁厚不均。保证入口锥长度(即图1中穿孔轧辊2的入口端面到轧制带中心的长度)大于轧辊前端接触长度(即图1中的L1)，同时出口锥长度(即图1中穿孔轧辊2的出口端面到轧制带中心的长度)大于轧辊接触长度(即图1中的L2)，避免管坯3会跑出穿孔轧辊2的入口端而毛管4会跑出穿孔轧辊2出口端。三是毛管4薄小优化设计，顶管芯棒一定，毛管内径dm一定，适当减小毛管壁厚δm和毛管外径Dm，顶头位置Y前移，利于穿孔时使得“铁耳子”消失。
一些实施例中，顶头1的顶头长度Lt为顶头外径Dt的2.0-2.1倍(例如2.01倍、2.02倍、2.03倍、2.04倍、2.05倍、2.06倍、2.07倍、2.08倍、2.09倍)。
一些实施例中，顶头1的顶头长度Lt为440-445mm(例如441mm、442mm、443mm、444mm)，优选地，顶头长度Lt为440mm；顶头外径Dt为210-225mm(例如212mm、214mm、216mm、218mm、220mm、222mm、224mm)，优选地，顶头外径Dt为212-222mm(例如212mm、214mm、216mm、218mm、220mm、222mm)。
例如穿孔∮262*16.5毛管，计算的理论顶头外径Dt为216mm，参考实际顶头组距214mm、218mm、222mm，现有技术中一般选用218mm外径的顶头1，而在本发明中则偏向性的优化选定214mm外径的顶头1，可在穿孔时减少“铁耳子”的产生。并且顶头外径Dt为220mm左右大小的顶头1，现有技术中顶头长度Lt一般设置为500mm，而在本发明中则被减小到440mm，来实现顶头1充分前移，使得“铁耳子”消失。
一些实施例中，顶头1的顶头长度Lt为300-305mm(例如301mm、302mm、303mm、304mm)，优选地，顶头长度Lt为300mm；顶头外径Dt为140-155mm(例如142mm、144mm、146mm、148mm、150mm、152mm、154mm)，优选地，顶头外径Dt为144-147mm(例如144mm、145mm、146mm、147mm)。
例如穿孔∮185*15.5毛管，计算的理论顶头外径Dt为145mm，参考实际顶头组距141mm、144mm、147mm，现有技术中一般选用147mm外径顶头，而在本发明中则根据理论计算偏向性的优化选定144mm外径顶头，不仅能够避免顶头外径过大，减小导距，导板磨损快(导板在穿孔轧辊2的两侧，穿孔轧辊2上下垂直布置，导板左右水平布置，图1中为显示清楚穿孔轧辊2，导板未示出)，还能够避免外径过小，偏离理论计算过多，导致穿孔时外径扩不起来，增加导距，且毛管的壁厚不均不好，同时能够在穿孔时减少“铁耳子”的产生。并且顶头外径Dt为150mm左右大小的顶头1，现有技术中顶头长度Lt一般设置为370mm，而在本发明中则减小到300mm，来实现顶头1充分前移，使得“铁耳子”消失。
一些实施例中，毛管4的毛管壁厚δm为12-16mm(例如12.5mm、13mm、14mm、15mm、15.5mm)，优选为14mm。
一些实施例中，毛管4的毛管外径Dm为257mm，毛管壁厚δm为14mm。
一些实施例中，毛管4的毛管外径Dm为182mm，毛管壁厚δm为14mm。
本发明，顶管220芯棒的毛管为∮262*16.5可以减薄和减小到∮257*14，顶管145芯棒的毛管为∮185*15.5可以减薄和减小到∮182*14。
一些实施例中，管坯3选定顶头前压下率ε为6-8％(例如6％、6.5％、7％、7.5％)。
本发明方法，是针对现有方法在穿孔下述二种毛管规格时出现“铁耳子”而提出的措施，一是230mm管坯穿孔∮262*16.5毛管规格，二是155mm管坯穿孔∮185*15.5毛管规格。本发明调整了穿孔后毛管的尺寸规格，同时优化选择穿孔轧辊入口锥角β1为2.5°，穿孔轧辊出口锥角β2为3.5°，也不影响其它直径及壁厚的毛管规格的生产，同样适用其它直径及壁厚的毛管规格的生产。本发明所采取的措施，同样适用于一切穿孔有“铁耳子”的毛管规格的生产。
以下通过具体实施例和对比例对本发明进行详细说明，但本发明并不限于此。
实施例1
顶管220芯棒上生产薄壁管，使用230mm管坯，穿孔获得∮257*14规格的毛管，毛管尾端未出现“铁耳子”。具体工艺方法如下：
一种消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的方法，适用于将管坯3穿孔成毛管4的过程，利用位于管坯3外部的穿孔轧辊2和在管坯3内部穿孔的顶头1配合实现穿孔，其中，顶头1的顶头长度Lt为顶头外径Dt的2.06倍，具体地，顶头外径Dt为214mm，同时顶头长度Lt为440mm；
穿孔轧辊2的轧辊入口锥角β1为2.5°，穿孔轧辊2的轧辊出口锥角β2为3.5°；
毛管4的毛管外径Dm为257mm，毛管4的毛管壁厚δm为14mm。
具体参数设定可见表2。
表2实施例1与对比例1-7的具体参数控制及结果表
注：以上表格中实施例1、对比例2-7的“顶头前移量”是相应实施例或对比例的顶头位置相对于对比例1的顶头位置的前移量。
本实施例通过对对比例1工艺(即现有工艺)的全方位调整，顶头1短小优化，顶头外径Dt原∮218mm改到∮214mm，同时顶头长度Lt原500mm改到440mm；穿孔的轧辊锥角优化，穿孔轧辊2的轧辊入口锥角β1和轧辊出口锥角β2原均为3°，穿孔轧辊2的轧辊入口锥角β1缩小为2.5°，穿孔轧辊2的轧辊出口锥角β2增大为3.5°；毛管4薄小优化，毛管外径Dm减小至原尺寸的98.09％，即由原262mm减至257mm，毛管壁厚δm减小至原尺寸的84.85％，即由原16.5mm减小至14mm。使得顶头位置Y(顶头尾端到轧辊轧制带中心的距离)原427mm减小到319mm，顶头1前移108mm，达到了完全消除“铁耳子”的效果。采用本方法(短小顶头+薄小毛管+穿孔辊锥角优化)共生产了2000吨上述规格的钢管，经成品质检后无“铁耳子”被带进钢管摁伤钢管内表面的情况，“铁耳子”摁伤一检合格率达到100％，顶管芯棒下线检查也无“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况。
实施例2
顶管145芯棒上生产薄壁管，使用155mm管坯，穿孔获得∮182*14规格毛管，具体工艺方法如下：
一种消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的方法，适用于将管坯3穿孔成毛管4的过程，利用位于管坯3外部的穿孔轧辊2和在管坯3内部穿孔的顶头1配合实现穿孔，其中，顶头1的顶头长度Lt为顶头外径Dt的2.08倍，具体地，顶头外径Dt为144mm，同时顶头长度Lt为300mm；
穿孔轧辊2的轧辊入口锥角β1为2.5°，穿孔轧辊2的轧辊出口锥角β2为3.5°；
毛管4的毛管外径Dm为182mm，毛管4的毛管壁厚δm为14mm。
具体参数设定可见表3。
表3实施例2与对比例8-14的具体参数控制及结果表
注：以上表格中实施例2、对比例8-14的“顶头前移量”是相应实施例或对比例的顶头位置相对于对比例8的顶头位置的前移量。
本实施例通过对对比例2工艺(即现有工艺)的全方位调整，顶头1短小优化，顶头外径Dt原∮147mm改到∮144mm，同时顶头长度Lt原370mm改到300mm；穿孔的轧辊锥角优化，穿孔轧辊2的轧辊入口锥角β1和轧辊出口锥角β2原均为3°，穿孔轧辊2的轧辊入口锥角β1缩小为2.5°，穿孔轧辊2的轧辊出口锥角β2增大为3.5°；毛管4薄小优化，毛管外径Dm减小至原尺寸的98.38％，由原185mm减小至182mm，毛管壁厚δm减小至原尺寸的90.32％，即由原15.5mm减小至14mm。使得顶头位置Y(顶头尾端到轧辊轧制带中心的距离)原346mm减小到241mm，顶头1前移105mm，达到了完全消除“铁耳子”的效果。采用本方法(短小顶头+薄小毛管+穿孔辊锥角优化)共生产了1000吨上述规格的钢管，经成品质检后无“铁耳子”被带进钢管摁伤钢管内表面的情况，“铁耳子”摁伤一检合格率达到100％，顶管芯棒下线检查也无“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况。
对比例1
以现有正常生产方式作为对比，即顶管220芯棒上生产薄壁管，使用230mm管坯，穿孔∮262*16.5规格的毛管，具体的工艺方法如下：
利用位于管坯3外部的穿孔轧辊2和在管坯3内部穿孔的顶头1配合实现穿孔，其中，顶头1的顶头长度Lt为顶头外径Dt的2.29倍，具体地，顶头外径Dt为218mm，同时顶头长度Lt为500mm；
穿孔轧辊2的轧辊入口锥角β1和轧辊出口锥角β2均为3°；
毛管4的毛管外径Dm为262mm，毛管壁厚δm为16.5mm。
顶头位置Y为427mm。
具体参数设定可见表2。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，共生产了100支(30吨左右)上述规格钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率84％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况较为严重。
对比例2
顶管220芯棒上生产薄壁管，使用230mm管坯，穿孔∮262*16.5规格毛管。具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
单单采用小外径的顶头1：顶头外径Dt原∮218mm改到∮214mm，顶头位置Y原427mm减到408mm，顶头1前移19mm。
其余设置与对比例1相同，具体参数设定可见表2。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例1生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率86％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
对比例3
顶管220芯棒上生产薄壁管，使用230mm管坯，穿孔∮262*16.5规格毛管。具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
单单采用短的顶头1：顶头长度Lt原500mm改到440mm，顶头位置Y原427mm减到397mm，顶头1前移30mm。
其余设置与对比例1相同，具体参数设定可见表2。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例1生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率87％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
对比例4
顶管220芯棒上生产薄壁管，使用230mm管坯，穿孔∮262*16.5规格毛管。具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
采用短和小的顶头1：顶头外径Dt原∮218mm改到∮214mm，同时顶头长度Lt原500mm改到440mm，顶头位置Y原427mm减到378mm，顶头1前移49mm。
其余设置与对比例1相同，具体参数设定可见表2。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例1生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率89％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
对比例5
顶管220芯棒上生产薄壁管，使用230mm管坯，穿孔获得毛管。具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
单单采用薄小的毛管4：毛管原∮262*16.5减到∮257*14，顶头位置Y原427mm减小到403，顶头1前移24mm。
其余设置与对比例1相同，具体参数设定可见表2。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例1生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率86％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
对比例6
顶管220芯棒上生产薄壁管，使用230mm管坯，穿孔获得毛管。具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
采用短小的顶头1+薄小的毛管4：顶头外径Dt原∮218mm改到∮214mm，顶头长度Lt原500mm改到440mm，同时，毛管原∮262*16.5减到∮257*14，顶头位置Y原427mm减小到403，最终顶头位置Y原427mm减小到354mm，顶头前移73mm。
其余设置与对比例1相同，具体参数设定可见表2。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例1生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率93％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
对比例7
顶管220芯棒上生产薄壁管，使用230mm管坯，穿孔∮262*16.5规格毛管。具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
单单采用穿孔辊锥角优化：穿孔轧辊2的轧辊入口锥角β1和轧辊出口锥角β2原均为3°，现轧辊入口锥角β1减小到2.5°，轧辊出口锥角β2增大到3.5°，顶头位置Y原427mm减小到384mm，顶头1前移43mm。
其余设置与对比例1相同，具体参数设定可见表2。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例1生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率89％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
对比例8
以正常生产方式，顶管145芯棒上生产薄壁管，使用155mm管坯，穿孔∮185*15.5规格毛管，具体的工艺方法如下：
利用位于管坯3外部的穿孔轧辊2和在管坯3内部穿孔的顶头1配合实现穿孔，其中，顶头1的顶头长度Lt为顶头外径Dt的2.52倍，具体地，顶头外径Dt为147mm，同时顶头长度Lt为370mm；
穿孔轧辊2的轧辊入口锥角β1和轧辊出口锥角β2均为3°；
毛管4的毛管外径Dm为185mm，毛管壁厚δm为15.5mm。
顶头位置Y为346mm。
具体参数设定可见表3。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，共生产了100支(30吨左右)上述规格钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率95％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况较为严重。
对比例9
顶管145芯棒上生产薄壁管，使用155mm管坯，穿孔∮185*15.5规格毛管，具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
单单采用小外径的顶头1：顶头外径Dt原∮147mm改到∮144mm，顶头位置Y原346mm减到331mm，顶头1前移15mm。
其余设置与对比例8相同，具体参数设定可见表3。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例8生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率96％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
对比例10
顶管145芯棒上生产薄壁管，使用155mm管坯，穿孔∮185*15.5规格毛管。具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
单单采用短的顶头1：顶头长度Lt原370mm改到300mm，顶头位置Y原346mm减到311mm，顶头1前移35mm。
其余设置与对比例8相同，具体参数设定可见表3。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例8生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率97％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
对比例11
顶管145芯棒上生产薄壁管，使用155mm管坯，穿孔∮185*15.5规格毛管。具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
采用短和小的顶头1：顶头外径Dt原∮147mm改到∮144mm，同时顶头长度Lt原370mm改到300mm，顶头位置Y原346mm减到296mm，顶头1前移50mm。
其余设置与对比例8相同，具体参数设定可见表3。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例8生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率97％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
对比例12
顶管145芯棒上生产薄壁管，使用155mm管坯，穿孔获得毛管。具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
单单采用薄小的毛管4：毛管原∮185*15.5减到∮182*14，顶头位置Y原346mm减小到331，顶头1前移15mm。
其余设置与对比例8相同，具体参数设定可见表3。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例8生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率96％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
对比例13
顶管145芯棒上生产薄壁管，使用155mm管坯，穿孔获得毛管。具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
采用短小的顶头1+薄小的毛管4：顶头外径Dt原∮147mm改到∮144mm，顶头长度Lt原370mm改到300mm，同时，毛管原∮185*15.5减到∮182*14，顶头位置Y原346mm减小到281mm，顶头前移65mm。
其余设置与对比例8相同，具体参数设定可见表3。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例8生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率97％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
对比例14
顶管145芯棒上生产薄壁管，使用155mm管坯，穿孔∮185*15.5规格毛管。具体消除钢管穿孔心部金属向穿孔尾端移动而产生“铁耳子”的工艺调整方法如下：
单单采用穿孔辊锥角优化：穿孔轧辊2的轧辊入口锥角β1和轧辊出口锥角β2原均为3°，现轧辊入口锥角β1减小到2.5°，轧辊出口锥角β2增大到3.5°，顶头位置Y原346mm减小到306mm，顶头1前移40mm。
其余设置与对比例8相同，具体参数设定可见表3。
穿孔毛管4的尾端出现“铁耳子”，经成品质检后“铁耳子”有带进钢管摁伤钢管内表面的情况，与对比例8生产同样量的钢管，“铁耳子”摁伤一检合格率97％，顶管芯棒下线检查“铁耳子”摁伤顶管芯棒的情况仍然较为严重。
综上所述，通过实施例1-2与对比例1-14的对比可以得出：顶头长度Lt短的顶头1、顶头外径Dt小的顶头1、毛管壁厚δm薄的毛管4、小的轧辊入口锥角β1、大的轧辊出口锥角β2，可以减小顶头位置Y、实现顶头1前移。且通过这一系列的工艺方法调整配合，能够理想地提前顶头位置Y，达到消除“铁耳子”目的，很好的避免了之后顶管工序时“铁耳子”摁伤顶管芯棒和/或易被带入至钢管内进而摁伤钢管内表面的情况。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种消除钢管穿孔尾端产生“铁耳子”的方法，所述方法适用于将管坯穿孔成毛管的过程，利用位于管坯外部的穿孔轧辊和在管坯内部穿孔的顶头配合实现穿孔，其特征在于，其中，所述顶头的长度为顶头外径的1.9-2.2倍，穿孔轧辊的入口锥角为2.5°，穿孔轧辊的出口锥角为3.5°，所述管坯的直径为155-230mm，所述毛管的外径为182-257mm，所述毛管的外径大于所述管坯的外径25mm以上，且所述毛管的壁厚小于17mm。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述顶头的顶头长度为顶头外径的2.0-2.1倍。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述顶头长度为440-445mm，所述顶头外径为210-225mm。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述顶头长度为440mm，所述顶头外径为212-222mm。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述顶头长度为300-305mm，所述顶头外径为140-155mm。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述顶头长度为300mm，所述顶头外径为144-147mm。
7.如权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于，所述毛管的壁厚为12-16mm。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述毛管的壁厚为14mm，所述毛管的外径为182mm。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述毛管的壁厚为14mm，所述毛管的外径为257mm。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述管坯选定顶头前压下率为6-8％；
和/或：碳钢和一般合金钢钢管的管坯选定顶头前压下率为7％；
和/或：高合金钢钢管的管坯选定顶头前压下率为6％。
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