CN201015777Y - 一种连轧孔型系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无缝钢管连轧机组的连轧孔型系统。连轧孔型系统包括孔型顶部圆弧、侧壁圆弧和过渡圆弧，还包括第二侧壁圆弧，所述第二侧壁圆弧与侧壁圆弧相切。本实用新型的连轧孔型系统，有效防止或减轻了中、高合金钢难变形钢种连轧钢管内表裂纹缺陷，改善了连轧管内表裂纹的缺陷发生率。

Description

一种连轧孔型系统

技术领域

本实用新型涉及一种无缝钢管热轧生产领域，特别涉及一种无缝钢管连轧机组的连轧孔型系统。

背景技术

目前在无缝钢管连轧机组生产中，所轧钢种已大大拓宽，一些高附加值的专用管采用中、高合金钢管生产，所占比例逐渐上升，其中一些难变形钢种往往具有热加工温度范围窄、低热胀率、低热传导系数、高变形速率敏感性等特性，由此带来了一些问题，主要表现在现有的孔型对难变形钢种的不适应，轧制过程中易产生缺陷，特别是内表裂纹缺陷发生的几率较高，其中厚壁管尤为突出，大大降低产品合格率从而使一些高附加值的产品如T91等高压锅炉管无法组织生产，严重影响企业的经济效益，也阻碍了高效率的钢管连轧机组能力的正常发挥。

研究发现，内表裂纹的产生环节在连轧工序，是由于连轧机前1～2架中轧制时金属流动失稳，首先在钢管内表产生纵向凹槽雏形，在轧辊孔型和芯棒的共同作用下，继而形成难以平复的沟槽，同时在沟槽周围萌生微裂纹，在后续机架轧制变形时裂纹进一步扩大。

现有的连轧机孔型系统采用三段弧结构，即孔型顶部圆弧、侧壁圆弧、过渡圆弧。但是现有的连轧孔型系统的等效塑性应变值较大，具体将在后面与本发明进行比较分析。而钢管内壁裂纹产生的直接原因就是连轧机辊缝处等效塑性应变值较大，导致该处金属内部发生小的“沟槽”，同时在“沟槽”萌生小的裂纹，处经反复轧制后形成内表裂纹。

因此通过改变连轧机孔型系统来减小钢管辊缝处等效塑性应变值，这样就可以避免“沟槽”的产生从而避免内表裂纹的产生。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种连轧孔型系统，通过改变连轧孔型系统的圆弧结构，解决在实际生产中防止中、高合金钢管连轧的金属变形失稳问题，避免钢管内表沟槽的形成，从而防止裂纹的发生。

为实现上述目的，本实用新型的一种连轧孔型系统，包括孔型顶部圆弧、侧壁圆弧和过渡圆弧，还包括第二侧壁圆弧，所述第二侧壁圆弧与侧壁圆弧相切。

所述侧壁圆弧和过渡圆弧组成的圆弧包角α为30度，所述第二侧壁圆弧侧壁圆弧和过渡圆弧组成的圆弧包角β为50±2度。

所述第二侧壁圆弧的偏心距离e₂为20mm，半径R₂为77.18mm。

所述过渡圆弧的半径R₄为30mm。

本实用新型的连轧孔型系统，按照稳定轧制时各架变形区出口钢管横截面上等效塑性应变关系来确定，有效防止或减轻了中、高合金钢难变形钢种连轧钢管内表裂纹缺陷，改善了连轧管内表裂纹的缺陷发生率。

附图说明

图1为本发明连轧孔型系统的结构示意图；

图2为本发明的连轧孔型系统的上半部分坐标示意图；

图3为现有技术的连轧孔型系统的等效塑性应变分布图；

图4为本发明的连轧孔型系统的等效塑性应变分布图；

图5为钢管内表节点路径上的等效塑性应变分布图。

具体实施方式

图1为本发明连轧孔型系统的结构示意图。图中，G点芯棒10与钢管20分离点为根据孔型轧制条件，沿孔型宽度上金属的壁厚压下量是不均匀的。沿孔型顶部圆弧部分壁厚压下量最大，沿侧壁附近渐小，在辊缝30附近的钢管20内表面与芯棒10分离，由芯棒10作用产生的壁厚压下量为零。

如图所示，可将减壁变形区的横截面按变形性质的不同划分为以下四个区域，即：孔型顶部圆弧I、第二侧壁圆弧II，侧壁圆弧III、和过渡圆弧IV。孔型出现过充满是因为孔型顶部圆弧区I、侧壁圆弧区III区压下量过大，所以采用减少孔型顶部圆弧I区包角，对侧壁圆弧III区相对现有技术增加一段第二侧壁圆弧II区，过渡圆弧IV区减少倒角半径，减少金属横向宽展，以防止孔型的过充满。

为便于分析，对本发明的连轧机孔型系统采用坐标图来分析，图2为本发明的连轧孔型系统的上半部分坐标示意图，原点(0，0)为图1中芯棒10的圆心，即孔型系统的中心点。如图所示，本发明的连轧孔型系统包括孔型顶部圆弧1、第二侧壁圆弧2、侧壁圆弧3、和过渡圆弧4四段圆弧，本发明的孔型系统相对现有技术增加一段第二侧壁圆弧2，其圆心坐标为(0，-20)，即偏心距离e₂为20mm，半径R₂为77.18mm，该圆弧终止于30°方向处，即，侧壁圆弧3和过渡圆弧4组成的圆弧包角α为30°。

图中孔型顶部圆弧1的圆心坐标为(0，-5)，即偏心距离e₁为5mm，半径R₁为63.9mm，本发明的侧壁角β由现有技术的45°改为本发明的50±2°，即第二侧壁圆弧2、侧壁圆弧3和过渡圆弧4组成的圆弧包角β为50±2°。

侧壁圆弧3的半径R₃为300mm，圆弧圆心与起点连线过第二侧壁圆弧2的圆心即坐标点(0，-20)。即，侧壁圆弧3与第二侧壁圆弧2相切。

过渡圆弧4的半径R₄为30mm，现有技术的过渡圆弧的半径为50mm。

针对现有技术的孔型系统和本发明的孔型系统建立相同的有限元模型，即施加相同的边界条件，通过数值模拟可以得出新孔型等效塑性应变与原孔型等效塑性应变图。

图3为现有技术的连轧孔型系统的等效塑性应变分布图，图4为本发明的连轧孔型系统的等效塑性应变分布图。图中颜色代表了应变数值，从图中可以看出，现有技术孔型辊缝处的等效塑性应变较大，这就是产生内表裂纹的直接原因，本发明的孔型系统在辊缝处等效塑性应变明显小于现有技术的孔型系统，从现有技术的孔型的0.747减小到本发明的孔型的0.467。这样就有效的避免了内表裂纹的产生。

本实用新型的孔型系统和现有技术的孔型系统分别用于全浮动芯棒连轧机用141.5×16.5mm的空减坯轧制51.8mm荒管，其钢管内表节点路径上的等效塑性应变分布如图5所示，图5是对图3和图4具体等效塑性应变的量化。其中弧长是指沿钢管内表曲线由最高(或最低)点向右(或向左)延伸的距离，弧长为0点处对应孔型结构示意图图1中最高点(或最低)，等效塑性应变为对应点上的应变大小。可以看出，本发明孔型沿钢管内表路径上等效应变明显小于现有技术的孔型。

Claims (4)

1.一种连轧孔型系统，包括孔型顶部圆弧、侧壁圆弧和过渡圆弧，其特征在于，还包括第二侧壁圆弧，所述第二侧壁圆弧与侧壁圆弧相切。

2.如权利要求1所述的连轧孔型系统，其特征在于，所述侧壁圆弧和过渡圆弧组成的圆弧包角α为30度，所述第二侧壁圆弧侧壁圆弧和过渡圆弧组成的圆弧包角β为50±2度。

3.如权利要求1所述的连轧孔型系统，其特征在于，所述第二侧壁圆弧的偏心距离e₂为20mm，半径R₂为77.18mm。

4.如权利要求1所述的连轧孔型系统，其特征在于，所述过渡圆弧的半径R₄为30mm。

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