芯棒對鋼管質量的影響

陸 超， 郝慶華

(江蘇天淮鋼管有限公司, 江蘇 淮安 223002)

引 言

芯棒作為無縫鋼管生產中一個非常重要的工具，其使用狀況與軋制成本和質量控制息息相關。江蘇天淮鋼管有限公司(以下簡稱“天淮鋼管”)從投產到2016年底，芯棒消耗一直居高不下，不僅鋼管的加工成本高，而且還造成嚴重的產品質量問題。

以Φ507.2 mm芯棒為例，原有一支芯棒軋制支數平均約600支，但有個別芯棒軋制不足400支就因表面出傷嚴重而報廢。芯棒表面出傷，還會造成內棱產生，2016年全年因內棱問題造成鋼管探傷下線共1332支，占總下線量的33%，因內棱造成的修磨費用高達40萬之多。

芯棒質量的提高，需要解決三個方面的問題：1)盡量推遲芯棒表面出傷，增加軋制使用壽命；2)提高芯棒電焊修復后的穩定性，增加軋制支數；3)如何防止芯棒斷裂。

1 芯棒表面出傷

1.1 原因分析

芯棒表面出傷，尤其以薄壁管所用芯棒出傷最嚴重。其主要原因有三個方面：1)薄壁管所用芯棒承受軋制力大，一般達到5000～6000 kN；2)軋制薄壁管芯棒抖動比較大，容易造成芯棒斷裂；3)軋制薄壁管時，毛管尾部鐵耳子比較多，軋制中鐵耳子對芯棒的損害嚴重。

芯棒表面出傷表現形式為：芯棒表面在軋制一定支數的鋼管后首先出現輕微的劃傷，隨著軋制支數增加，劃傷加重，有的出現較深的劃傷，有的表面出現鍍鉻層剝落。這些出傷芯棒如果發現不及時，就容易造成鋼管內表面出現內棱。芯棒磨損較深后，需下線電焊修復，電焊修復后的芯棒，還存在軋制少量支數時焊疤處就出現剝落的現象。因此，這種芯棒表面出傷給生產造成很大的困難。

芯棒表面出傷最根本的原因是在軋制過程中，芯棒與毛管之間存在速度差。因此，二者之間存在非常大的摩擦力，隨著軋制支數增加，首先是芯棒表面鍍鉻層被破壞，隨后是芯棒機體出現劃傷，由輕逐漸變重，深的劃傷可以達到幾毫米。而減輕摩擦力最有效的解決辦法有兩個：1)降低軋制力；2)縮小芯棒與毛管的速度差。

根據現場實際情況來看，大幅度降低軋制力的調節空間很小。以Φ530 mm孔型為例，軋制薄壁管Φ508 mm ×9.5 mm等極限規格薄壁管，軋制難度大，調整困難，軋機負荷高，1#和2#機的軋制力一般達到5500～6000 kN；這些極限薄壁管，本身已經超出工藝規定的產品大綱，軋制中很難把軋制力大幅度降下來。

1.2 改進措施

1.2.1 降低摩擦力

a)盡量縮小芯棒與毛管的速度差，提高芯棒的相對速度；為此在打制軋制表時，把芯棒運行速度百分比提高到95%以上。

b)芯棒表面的石墨噴涂效果要好，嚴格執行相關制度。杜絕現場石墨噴涂不好進行軋制。

c)軋制薄壁管時盡量加大噴砂使用量，這樣可以改善芯棒表面和毛管內的摩擦狀況，降低摩擦力，有利于延長芯棒使用壽命。

1.2.2 延長芯棒使用壽命

通過不斷的研究和試驗，天淮鋼管逐漸摸索出一種有效的新錯位軋制法，所謂新錯位軋制法是相對于傳統的錯位軋制法而言。傳統的錯位軋制法，就是一組芯棒在軋制中，自動錯開芯棒在同一個軋制位進行軋制，這樣可以避免芯棒總是在一個位置軋制而導致的芯棒較早出傷，這個錯位軋制法通過程序內自動設定。新錯位軋制法是根據已經出傷芯棒的情況，通過調整芯棒限動行程來避開在芯棒的出傷位置進行軋制，這種方法可以極大地提高芯棒使用壽命。

天淮鋼管新投入使用的芯棒，一般芯棒速度百分比設定在95%以上，根據這個參數軋制一定支數后，首先出傷位置在芯棒的尾部8～10 m之間，出傷的癥狀為片狀的凹坑，深度達到1～2 mm左右，而芯棒其它區域一般質量較好；這樣的片傷，如果不作調整，無法繼續軋制薄壁管。如果芯棒就此報廢，前端近8 m長的芯棒質量良好，造成極大的浪費。通過調整限動百分比數值，讓連軋機4#和5#機拋鋼時，避開芯棒這個片傷區域，就可以在保證產品質量的同時繼續使用芯棒；通過調整限動百分比速度，可以讓芯棒出傷部位先在近尾端8～10 m處，后又逐漸出傷在6～8 m內，通過這樣不停的調整，極大地延長芯棒使用壽命，而且還能保證產品質量，不出內棱質量問題。

1.2.3 其它措施

(1)對芯棒進行分級使用，即：好芯棒軋制等級要求高的規格，稍差一些芯棒軋制普通流體管等。

(2)積極采取措施攻關鐵耳子，以減少鐵耳子對芯棒的損害，目前已經取得顯著成效。主要措施有：軋制薄壁管投入冷定心來減少鐵耳子的產生；適當降低開軋溫度，可以減少鐵耳子的產生；通過優化穿孔參數，可以減少鐵耳子的產生。

(3)保證小機架的對中度，避免芯棒與連軋輥相碰，同時規范小機架的抱緊度，這樣可以減少芯棒的出傷。

(4)降低芯棒返回速度，避免芯棒返回時抖動，可以減少芯棒的磨損。

(5)提高石墨潤滑質量及提高限動速度，減輕芯棒由于工藝特性的損傷。

(6)嚴格執行芯棒滾檢制度，根據作業區規定，芯棒軋制30支必須下線進行滾檢，一方面可以避免芯棒的傷情擴大；另一方面可以有效避免出現批量性的質量事故。

2 芯棒斷裂

2.1 原因分析

芯棒斷裂的根本原因有兩個方面：1)芯棒設計有缺陷，天淮鋼管Φ383,454,530mm孔型芯棒連接桿絲扣根部直徑為Φ248 mm，相對于大規格芯棒，如：Φ494.4,501.7,507.2 mm等，芯棒的連接絲扣直徑較小，強度不足。2)由于芯棒連接在連軋過程中拋鋼時會產生抖動，造成連接頭根部反復彎曲。而每個孔型的大規格芯棒，桿與工作段是通過連接頭擰接的，存在擰接縫，其間距大小為5～20 mm。特別是Φ507.2 mm芯棒，主要軋制的是極限、超極限薄壁管，軋制力大，拋鋼時抖動非常劇烈，會嚴重加劇連接頭根部反復彎曲的狀態，更加容易造成芯棒斷裂。

2.2 改進措施

2.2.1 加固絲扣

天淮鋼管短期內無法改變絲扣的直徑，為此只能采取臨時措施，在芯棒的工作段和連接桿的擰接縫處加墊片，讓工作段和連接桿的配合更緊密，人為減小彎曲空間；同時再用電焊將芯棒和連接桿焊接成為一個整體，減少芯棒抖動對絲扣根部的影響。此方法雖然在后續拆的時候比較麻煩，但是通過這個方法芯棒的斷裂現象明顯減少，天淮鋼管2017年作業區芯棒斷裂僅為1支。

2.2.2 優化修復方案

部分芯棒因劃傷較深，需要進行堆焊修復，原使用的焊條型號為J422。但在實際使用中發現，此焊條堆焊修復后，生產中因芯棒受冷熱交替作用，外加軋制力大，焊疤很容易脫落，甚至有時軋制4～5支鋼管后芯棒就不能使用，為此，必須解決芯棒堆焊的穩定性。

經多次試用不同材質的焊條和焊接方法，最后選用不銹鋼焊條，外加焊后保溫措施，可以極大延長芯棒使用壽命。

3 效果對比

3.1 芯棒軋制支數對比

表1為2017年具有代表性的規格及其數據，表2為2016年具有代表性的規格及其數據。以Φ507.2 mm芯棒為例，2017年平均每根芯棒軋制支數約為940支，而2016年平均每根芯棒軋制支數僅約為604支，增加336支，約為56%。

3.2 內棱下線支數對比

2016年統計，因內棱問題下線1332支，2017年統計，因內棱問題下線113支。

表1 2017年具有代表性的規格及其數據

表2 2016年具有代表性的規格及其數據

3.3 芯棒斷裂支數對比

2016年1月至2017年年底，作業區芯棒脫絲及斷裂共8支，具體如表3所示。

表3 軋制線芯棒脫絲和斷裂明細

2017年實際芯棒斷裂支數為1支，2016年為3支，較2016年少2支，證明天淮鋼管采取的工藝改進措施是有效的。

3.4 芯棒噸鋼消耗對比

2017年全年修復77支芯棒，繳庫量為240658噸，修復費用為7388000元，實際消耗為26.23元/噸(不含稅價格)；與2016年全年實際消耗45.66元/噸(不含稅價格)相比，噸鋼消耗顯著下降。

4 結束語

通過分析芯棒斷裂和鋼管內棱現象產生的原因，指出降低軋制力及縮小芯棒與毛管的速度差，最終達到減低芯棒與毛管之間的摩擦力是延長芯棒使用壽命的有效措施。為提高芯棒的相對速度，在打制軋制表時，將芯棒運行速度百分比提高到95%以上；嚴格執行相關制度，提高了芯棒表面的石墨噴涂效果；軋制薄壁管時盡量加大噴砂使用量，改善芯棒表面和毛管內的摩擦狀況，降低摩擦力；通過調整焊接工藝和芯棒使用方法，防止芯棒斷裂。一系列措施的實施，提高了芯棒的使用壽命；鋼管的產品質量也得到了明顯改善。