2024年3月8日发(作者：展依白)
第４６卷第６期２０２０年１２月包 钢 科 技ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＢａｏｔｏｕＳｔｅｅｌＶｏｌ．４６，Ｎｏ．６，２０２０ＤｅｃｅｍｂｅｒＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ系列孔型开发王 栋，王增海，张立志，张文亮，李 磊（内蒙古包钢钢联股份有限公司钢管公司，内蒙古包头 ０１４０１０）摘 要：气瓶专用管市场越来越广阔，１８０作业区原有的Φ２３８ｍｍ不能轧制出Φ２３２０ｍｍ×５５ｍｍ规格的气瓶２４２ｍｍ系列连轧管。为了尽早开拓市场，在现有连轧机孔型参数基础之上，按照顶部延伸系数分配法，开发出Φ机孔型，同时采用原有的Φ２３０３ｍｍ芯棒，实现了Φ２３２０ｍｍ×５５ｍｍ气瓶专用管生产，并交付客户使用，收到客户好评。关键词：ＭＩＮＩ－ＭＰＭ；孔型设计；连轧机中图分类号：ＴＧ３３３８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９－５４３８（２０２０）０６－００５１－０５Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ２４２ｍｍＳｅｒｉｅｓｏｆＰａｓｓｆｏｒＭＩＮＩ－ＭＰＭＴａｎｄｅｍＭｉｌｌΦＷａｎｇＤｏｎｇ，ＷａｎｇＺｅｎｇ－ｈａｉ，ＺｈａｎｇＬｉ－ｚｈｉ，ＺｈａｎｇＷｅｎ－ｌｉａｎｇ，ＬｉＬｅｉ（ＳｔｅｅｌＴｕｂｅＣｏ．ｏｆＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＢａｏｔｏｕＳｔｅｅｌＵｎｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｔｏｕ０１４０１０，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＲｅｇｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｒｋｅｔｏｆｓｐｅｃｉａｌｐｉｐｅｆｏｒｇａｓｃｙｌｉｎｄｅｒｉｓｂｒｏａｄｅｒａｎｄｂｒｏａｄｅｒ，ｔｈｅ２３２０ｍｍ×５５ｍｍｇａｓｃｙｌｉｎｄｅｒΦｃａｎｎｏｔｂｅｒｏｌｌｅｄｗｉｔｈｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌ２３８ｍｍｐａｓｓｏｆ１８０ｗｏｒｋｚｏｎｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐａｎｄｔｈｅｍａｒｋｅｔａｓｅａｒｌｙａｓｐｏｓｓｉｂｌｅ，ｔｈｅΦ２４２ｍｍｓｅｒｉｅｓｏｆｐａｓｓｆｏｒｔａｎｄｅｍｍｉｌｌｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｐａｓｓｆｏｒｅｘｉｓｔｉｎｇｔａｎｄｅｍｍｉｌｌａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕΦｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｅｌｏｎｇａｔｉｏｎａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌ２３０３ｍｍｍａｎｄｒｉｌｉｓａｐｐｌｉｅｄｓｏｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆΦ２３２０ｍｍ×５５ｍｍｇａｓｃｙｌｉｎｄｅｒｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｉｔｉｓｐｕｔｉｎｔｏｓｅｒｖｉｃｅａｎｄｒｅｃｅｉｖｅｄａｆａｖｏｒａｂｌｅｒｅｃｅｐｔｉｏｎｏｆｃｕｓｔｏｍｅｒ．Φ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＩＮＩ－ＭＰＭ；ｐａｓｓｄｅｓｉｇｎ；ｔａｎｄｅｍｍｉｌｌ 包钢钢管公司Φ１８０ｍｍ机组是从意大利ＩＮＮＳＥ公司引进的ＭＩＮＩ－ＭＰＭ限动连轧机组，这套机组采用的是５机架连轧管机。目前，这套机组１９４ｍｍ系列、共计有三个孔型系列，分别是Φ２３８ｍｍ系列、２６６ｍｍ系列。其中Φ２３８ｍｍ系ΦΦ列主要轧制极限规格为２１９０ｍｍ×６０ｍｍ规格，２３２０ｍｍ×５５ｍｍ为了开拓气瓶市场，成功开发Φ规格的气瓶专用管，决定采用Φ２４５ｍｍ的坯料，开发Φ２４２ｍｍ系列连轧机孔型。１ 连轧机孔型设计步骤及结果此次孔型开发主要针对ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机以及脱管机进行，对菌式穿孔机也进行孔型系列开发，对定径机、张力减径机则只做部分孔型调整。各轧机的极限参数见表１。收稿日期：２０２０－０７－１３作者简介：王 栋（１９８５－），男，内蒙古包头市人，工程师，主要从事无缝钢管生产质量管理及新产品开发工作。
５２包钢科技表１ 轧机的极限参数菌式穿孔机五机架限动芯棒连轧管最大延伸率／％．８≤３最大径壁比４３．５１２机架定径机最大总减径率／％５≤３最大总减壁率／％≤０２４架减径机最大总减径率／％５≤８第４６卷最大延伸率／％≤６最大扩径率／％０≤３最大总减壁率／％０≤４１．１ 连轧机轧管时的变形分析连轧管机常采用直线或圆弧侧壁的圆孔型，有力的作用，可以帮助实现一次、二次咬入。通过对咬入条件的校核，本次设计的Φ２４２ｍｍ时也采用椭圆孔型和圆孔型（带侧壁）的组合孔型。在圆孔型（带侧壁）中轧制钢管时抽芯棒困难，而在椭圆孔型中轧管时管体精度差，但较圆孔型抽芯棒容易，为了在连轧机后面机架中使管子内表面和芯棒间形成一定的间隙，必须造成金属在孔型中横向流动的条件。连轧机轧管时分为一次咬入和二次咬入，其中一次咬入为属于减径工序，二次咬入属于减壁工序。毛管在连轧机中进行一次咬入时，由于毛管的外径大于孔型直径，毛管最先与孔型接触点是在侧壁的４个点上，假定接触点位于侧壁角处，可推导出咬入角与轧辊直径、侧壁角和毛管直径的关系（式１），在摩擦系数确定的情况下，轧辊工作直径越大，侧壁角越大，或毛管的直径越小，越有利于一次咬入。实现一次咬入后，二次咬入是轧辊、芯棒共同作用的区域，毛管除在轧辊之间摩擦力作用下有咬入力外，同时还受到芯棒与管子内表面摩擦力的作用阻止其咬入，其咬入角按孔型顶部进行计算咬入角（式２）。在进行连轧机孔型设计时，可事先计算一下最大允许咬入角和最大允许减壁量，作为确定各架孔型分配减壁量和孔型高度尺寸的参考。ｔａｎα＝（（（Ｄ－ａｓｉｎθ）２－（Ｄ－（ｄ２－ａ２ｃｏｓ２θ）１／２）２）／（３（Ｄ－ａｓｉｎθ）２＋（Ｄ－（ｄ２－ａ２ｃｏｓ２θ）１／２）２））１／２（１）ｔａｎα＝（（（Ｄ－ａ）２－（Ｄ－ｄ）２）／（（Ｄ－ｄ）２））１／２（２）式中：α———咬入角，（°）；Ｄ———轧辊工作直径，ｍｍ；θ———孔型侧壁角，（°）；ａ———孔型高度，ｍｍ；ｄ———毛管直径，ｍｍ。以上咬入条件的推导主要是针对第一架，连轧机除第一架外，以后各架都存在前架给与轧件后推孔型系列选择椭圆孔型与圆孔型组合。第一架的压下量大，毛管较厚，不存在钢管抱芯棒的问题，而且为了更好的咬入选择椭圆孔型。第２—５架选用带圆弧侧壁的圆孔型，其中第４—５架为精轧机架，采用相同的孔型［１］。１．２ 确定设计常量选用芯棒直径为２３０３ｍｍ，连轧壁厚为５５ｍｍ，毛管壁厚为１５５ｍｍ、选用芯棒插棒间隙为１０ｍｍ。根据以上各参数计算出连轧机出口外径为２４２ｍｍ（２×连轧机壁厚＋１００１１×芯棒直径）。见表２。表２ Φ２４２ｍｍ孔型设计常数ｍｍ连轧机出口连轧机出口芯棒穿孔机毛管穿孔机毛管外径壁厚直径壁厚外径２４２．０５．５２３０．３１５．５２７３．０１．３ 孔型设计及计算过程根据毛管以及荒管的尺寸计算出ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机的总延伸系数μｚ及顶部延伸系数μδｚ。并将总延伸系数和顶部延伸系数合理分配到５个机架上。分配原则如下（１）第一架的延伸系数较大，可以补偿由于穿孔机设定不当引起的毛管尺寸偏差。第二架可包容第一架的延伸。第四架的延伸系数一般在１１２左右。每架的平均延伸系数应小于１５５。ＭＰＭ孔型示意图见图１。（２）ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机是由五机架组成，１＃、３＃、５＃架是横辊，２＃、４＃架是立辊，横立辊互成９０°，交替布置。所以设计顶部延伸系数时，１＃、３＃、５＃架总延伸系数等于２＃、４＃架总延伸系数。ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ孔型各机架延伸系数见表３。
第６期ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ系列孔型开发表３ ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ１９４ｍｍ孔型各机架延伸系数５３项目平均延伸系数顶部延伸系数＃１＃２＃３＃４＃５总延伸系数３．２５１．５１１．７９１．４７２．２３１．１９１．６１１．０９１．３４１．０１１．０４图２ 孔型中钢管截面积计算示意Ｆμｉ＝Ｆｉ－１／ｉＲＲＲ１－槽底弧半径；２－第一脱离弧半径；４－第二脱离ＲＧＡＰＮ－额定辊缝；Ｒ弧半径；５－连接弧半径；６－连接ＴＨ（ｉ－１）－弧和辊缝的过渡圆角；Ｄ热）；ｔ－芯棒直径（前机架槽底厚度；第一脱离角；轧件与芯棒脱αα１－２－离角；第二脱离角；连接弧角；Ｂ－孔型宽；Ａ－αα３－４－孔型高；ＣＣ槽底弧圆心、第一脱离弧圆心、第二脱１～５－离弧圆心、辊缝处钢管圆弧圆心、连接弧圆心２Ｆ———第ｉ架机架的截面积，ｍｍ；式中：ｉ２Ｆ———第ｉ－１架机架截面积，ｍｍ；ｉ－１（３）———第ｉ架机架的延伸系数。μｉ孔型实际截面积计算方法如下：ＦＦＦＴ＝（ｐ－Ｆｔ－Δｔ－ｍ）２Ｆ———孔型中钢管断面积，ｍｍ；式中：Ｔ２Ｆ———孔型断面积，ｍｍ；ｐ２２Ｆ———芯棒断面积，ＦＤ４，ｍｍ；ｔ／ｔｔ＝π（４）图１ 孔型示意图根据孔型结构及各机架孔型顶部延伸系数，计算出各机架孔型半径，进而计算出孔型的其他参数。轧辊孔型以使金属在轧机中有一个非常好的流动状态为参考标准。其中部分系数为经验参数，见表４。经计算得出ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ孔型各参数见表５。Ｄ———芯棒热状态直径，Ｄ００１１Ｄ，ｔｔ＝１ｔ０ｍｍ；Ｄ———芯棒冷态直径，ｍｍ；ｔ０２Ｆ——辊缝处棒管间的间隙面积，ｍｍ。Δｔ－ｍ—经校核，钢管的理论截面积与实际截面积相差在误差允许范围内。（２）把设计好的孔型参数输入到ｍｐｍｍｏｄ程序中计算顶部延伸系数和平均延伸系数，计算结果与原孔型的计算结果相比较，相差在误差允许范围内。经校核，最终确定了孔型的合理性。２ 孔型校核（１）孔型理论截面积计算方法如下。图２为孔型中钢管截面积计算示意图。２］表４ ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ孔型计算的经验参数［序号１２３４５６参数名称偏心系数第一脱离角／（°）第一脱离比例第二脱离比例连接角／（°）宽展系数＃１＃２＃３＃４＃５１．０３３５．００２．５０１６．５０１．０００１．００３５．００２．５０１３．００１．０３０１．００３８．００２．００１．１２１３．００１．０２５１．００４０．００１．７５１．２０８．５０１．０２０１．００４０．００１．７５１．２０８．５０１．０２０
５４包钢科技表５ ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ孔型各参数参数名称各架槽底壁厚／ｍｍ孔型直径／ｍｍ槽底弧半径／ｍｍ偏心距／ｍｍ第一脱离角／（°）第一脱离弧半径／ｍｍ第二脱离弧半径／ｍｍ连接角／（°）连接弧半径／ｍｍ辊缝／ｍｍ最大辊径／ｍｍ最小辊径／ｍｍ＃１＃２＃３＃４第４６卷＃５９．１９２４９．３８１２８．４３３．０１３５３２１．０８３２１．０８１６．５７２．２２３３６８０６１０７．４０２４５．８０１２２．９０５．７１２４２．４３１２１．２１５．５０２４２．００１２１．００５．５０２４２．００１２１．００３５３０７．２５３０７．２５１３．０５１．２３３３６８０６１０３８２４２．４３１１０．８２１３．０４０．９５３３６８０６１０４０２１１．７５１３６．２５８．５０２４．１９１９５７２５１２４０２１１．７５１３６．１２８．５０２４．１５１９５７２５１２３ 脱管机孔型设计步骤及结果３．１ 确定总减径率实践中，脱管机的总减径率为３％～６％。为了得到良好的脱管效果，脱管机减径率需控制到３５％～４５％，并分配到３个机架上。连轧后钢管直径较大时取较小值，钢管直径较小时取较大３］值［。３．３ 减径率的分配为了适应来料的外径波动和钢管不圆，并有利于咬入，第一机架的减径率取小值，通常应小于第二机架的减径率。每架的对数减径率占总对数减径率的比例分别是：第一架为４１％～４２％，第二架为４］５０％，第三架为７５％～８３％［。３．４ 确定后的孔型尺寸脱管机孔型尺寸见表６。表６ 脱管机孔型尺寸编号ＥＮ１ＥＮ２ＥＮ３孔型直径Ｄ２３９．０３２３５．５１２３５．００短半轴ｂ１１８．２８１１７．５０１１７．５０３．２ 各机架减径率的确定通常所说的减径率均指相对减径率，其定义式如下：Ｄ）／Ｄ（５）ρｉ＝（ｉ－１－Ｄｉｉ－１式中：———第ｉ机架的单机架减径率，也称相对减ρｉ径率；Ｄ———第ｉ－１机架的孔型直径（钢管出口外ｉ－１径），ｍｍ；Ｄ———第ｉ机架的孔型直径（钢管出口外径），ｉｍｍ。对数减径率的定义式为：Ｄｎ（ＤＤ）（６）ρｉ＝ｌｉ－１／ｉ式中：Ｄ———第ｉ机架的单机架对数减径率。ρｉｍｍ长半轴ａ１２０．７５１１８．０３１１７．５０４ 生产数据验证孔型设计结束投入使用的Φ２４２ｍｍ系列，生产了Φ２３２０ｍｍ×５５ｍｍ规格气瓶专用管，产品的外观质量及尺寸精度都能满足标准要求。抽取１０组样进行分析，见表７。
第６期ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ系列孔型开发表７ Φ２３２．０ｍｍ×５．５ｍｍ气瓶专用管几何尺寸取样结果５５ｍｍ外径样号１２３４５６７８９１０壁厚Ｓ１５．８２５．６８５．６９５．７７５．７２５．８４５．７１５．６７５．６４５．７４Ｓ２５．９６５．９１５．８５５．９３５．９６５．９６５．８９５．９４５．７９５．８９Ｓ３６．４１６．４９６．５１６．２３６．４８６．５７６．３９６．７５６．６３６．５６Ｓ４６．６５６．７１６．８３６．６１６．７９６．８８６．７４６．３７６．７９６．８０Ｓ平均６．２１６．２０６．２２６．１４６．２４６．３１６．１８６．１８６．２１６．２５Ｓｍａｘ－Ｓｍｉｎ０．８３１．０３１．１４０．８４１．０７１．０４１．０３０．７０１．１５１．０６Ｄ１２３１．８２３１．５２３１．６２３１．４２３１．７２３１．４２３１．６２３１．３２３１．５２３１．７Ｄ２２３２．７２３１．９２３１．４２３１．８２３１．９２３１．６２３２．１２３１．７２３１．８２３１．９Ｄ３２３２．６２３２．７２３２．１２３２．２２３２．４２３２．２２３２．７２３２．０２３２．２．６２３２Ｄ４２３２．９２３２．９２３２．５２３２．５２３２．６２３２．４２３２．８２３２．４２３２．４２３２．６Ｄ平均２３２．５０２３２．２５２３１．９０２３１．９８２３２．１５２３１．９０２３２．３０２３１．８５２３１．９８２３２．２０Ｄｍａｘ－Ｄｍｉｎ１．１１．４０．９１．１０．９１．０１．２１．１０．９０．９注：壁厚要求：５５０～６９０ｍｍ；外径要求：２２９７～２３４３ｍｍ。 从表７中可知，采用Φ２４２ｍｍ系列轧制２３２０ｍｍ×５５ｍｍ气瓶专用管几何尺寸全部满Φ足客户要求，且壁厚、外径均匀度较好。的新产品提供了更有利的开发思路。参 考 文 献［１］ 王廷溥，齐克敏．金属塑性加工学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００１．［２］ 张桉．无缝钢管生产技术［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社，１９９７．［３］ 李国祯．现代钢管轧制与工具设计原理［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００６．［４］ 赵志业．金属塑性变形与轧制理论［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８０．５ 结论（１）在连轧机孔型设计过程中，总结出按各机架的顶部延伸系数分配法计算轧机的孔型高度，并综合各项经验参数计算其他各段圆弧的孔型计算方法，该方法可行，在今后连轧孔型设计中可借鉴。（２）２４２ｍｍ系列的开发，工艺设计合理，产品Φ质量稳定，成材率高。（３）通过对新孔型开发，为今后超原设计要求檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪（上接第４０页）发黑的因素。酸洗工艺参数控制较为稳定，酸洗效果良好；使用抑制剂后可有效提升板面白色度；氧化铁皮控制已见成效，后期仍要继续研究并改进；防锈油问题及板面粗糙度是接下来要研究的重点，随之，酸洗产品表面等级也将得到更高的提升。参 考 文 献［１］ 傅作宝．冷轧薄钢板生产［Ｍ］．北京：冶金工艺出版社，２０１６．［２］ 周从锐，陈小龙，周明科，等．ＳＰＨＣ热轧带钢酸洗表面发黑原因分析［Ｊ］．物理测试，２０２０，（３）：４１－４５．
2024年3月8日发(作者：展依白)
第４６卷第６期２０２０年１２月包 钢 科 技ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＢａｏｔｏｕＳｔｅｅｌＶｏｌ．４６，Ｎｏ．６，２０２０ＤｅｃｅｍｂｅｒＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ系列孔型开发王 栋，王增海，张立志，张文亮，李 磊（内蒙古包钢钢联股份有限公司钢管公司，内蒙古包头 ０１４０１０）摘 要：气瓶专用管市场越来越广阔，１８０作业区原有的Φ２３８ｍｍ不能轧制出Φ２３２０ｍｍ×５５ｍｍ规格的气瓶２４２ｍｍ系列连轧管。为了尽早开拓市场，在现有连轧机孔型参数基础之上，按照顶部延伸系数分配法，开发出Φ机孔型，同时采用原有的Φ２３０３ｍｍ芯棒，实现了Φ２３２０ｍｍ×５５ｍｍ气瓶专用管生产，并交付客户使用，收到客户好评。关键词：ＭＩＮＩ－ＭＰＭ；孔型设计；连轧机中图分类号：ＴＧ３３３８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９－５４３８（２０２０）０６－００５１－０５Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ２４２ｍｍＳｅｒｉｅｓｏｆＰａｓｓｆｏｒＭＩＮＩ－ＭＰＭＴａｎｄｅｍＭｉｌｌΦＷａｎｇＤｏｎｇ，ＷａｎｇＺｅｎｇ－ｈａｉ，ＺｈａｎｇＬｉ－ｚｈｉ，ＺｈａｎｇＷｅｎ－ｌｉａｎｇ，ＬｉＬｅｉ（ＳｔｅｅｌＴｕｂｅＣｏ．ｏｆＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＢａｏｔｏｕＳｔｅｅｌＵｎｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｔｏｕ０１４０１０，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＲｅｇｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｒｋｅｔｏｆｓｐｅｃｉａｌｐｉｐｅｆｏｒｇａｓｃｙｌｉｎｄｅｒｉｓｂｒｏａｄｅｒａｎｄｂｒｏａｄｅｒ，ｔｈｅ２３２０ｍｍ×５５ｍｍｇａｓｃｙｌｉｎｄｅｒΦｃａｎｎｏｔｂｅｒｏｌｌｅｄｗｉｔｈｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌ２３８ｍｍｐａｓｓｏｆ１８０ｗｏｒｋｚｏｎｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐａｎｄｔｈｅｍａｒｋｅｔａｓｅａｒｌｙａｓｐｏｓｓｉｂｌｅ，ｔｈｅΦ２４２ｍｍｓｅｒｉｅｓｏｆｐａｓｓｆｏｒｔａｎｄｅｍｍｉｌｌｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｐａｓｓｆｏｒｅｘｉｓｔｉｎｇｔａｎｄｅｍｍｉｌｌａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕΦｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｅｌｏｎｇａｔｉｏｎａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌ２３０３ｍｍｍａｎｄｒｉｌｉｓａｐｐｌｉｅｄｓｏｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆΦ２３２０ｍｍ×５５ｍｍｇａｓｃｙｌｉｎｄｅｒｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｉｔｉｓｐｕｔｉｎｔｏｓｅｒｖｉｃｅａｎｄｒｅｃｅｉｖｅｄａｆａｖｏｒａｂｌｅｒｅｃｅｐｔｉｏｎｏｆｃｕｓｔｏｍｅｒ．Φ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＩＮＩ－ＭＰＭ；ｐａｓｓｄｅｓｉｇｎ；ｔａｎｄｅｍｍｉｌｌ 包钢钢管公司Φ１８０ｍｍ机组是从意大利ＩＮＮＳＥ公司引进的ＭＩＮＩ－ＭＰＭ限动连轧机组，这套机组采用的是５机架连轧管机。目前，这套机组１９４ｍｍ系列、共计有三个孔型系列，分别是Φ２３８ｍｍ系列、２６６ｍｍ系列。其中Φ２３８ｍｍ系ΦΦ列主要轧制极限规格为２１９０ｍｍ×６０ｍｍ规格，２３２０ｍｍ×５５ｍｍ为了开拓气瓶市场，成功开发Φ规格的气瓶专用管，决定采用Φ２４５ｍｍ的坯料，开发Φ２４２ｍｍ系列连轧机孔型。１ 连轧机孔型设计步骤及结果此次孔型开发主要针对ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机以及脱管机进行，对菌式穿孔机也进行孔型系列开发，对定径机、张力减径机则只做部分孔型调整。各轧机的极限参数见表１。收稿日期：２０２０－０７－１３作者简介：王 栋（１９８５－），男，内蒙古包头市人，工程师，主要从事无缝钢管生产质量管理及新产品开发工作。
５２包钢科技表１ 轧机的极限参数菌式穿孔机五机架限动芯棒连轧管最大延伸率／％．８≤３最大径壁比４３．５１２机架定径机最大总减径率／％５≤３最大总减壁率／％≤０２４架减径机最大总减径率／％５≤８第４６卷最大延伸率／％≤６最大扩径率／％０≤３最大总减壁率／％０≤４１．１ 连轧机轧管时的变形分析连轧管机常采用直线或圆弧侧壁的圆孔型，有力的作用，可以帮助实现一次、二次咬入。通过对咬入条件的校核，本次设计的Φ２４２ｍｍ时也采用椭圆孔型和圆孔型（带侧壁）的组合孔型。在圆孔型（带侧壁）中轧制钢管时抽芯棒困难，而在椭圆孔型中轧管时管体精度差，但较圆孔型抽芯棒容易，为了在连轧机后面机架中使管子内表面和芯棒间形成一定的间隙，必须造成金属在孔型中横向流动的条件。连轧机轧管时分为一次咬入和二次咬入，其中一次咬入为属于减径工序，二次咬入属于减壁工序。毛管在连轧机中进行一次咬入时，由于毛管的外径大于孔型直径，毛管最先与孔型接触点是在侧壁的４个点上，假定接触点位于侧壁角处，可推导出咬入角与轧辊直径、侧壁角和毛管直径的关系（式１），在摩擦系数确定的情况下，轧辊工作直径越大，侧壁角越大，或毛管的直径越小，越有利于一次咬入。实现一次咬入后，二次咬入是轧辊、芯棒共同作用的区域，毛管除在轧辊之间摩擦力作用下有咬入力外，同时还受到芯棒与管子内表面摩擦力的作用阻止其咬入，其咬入角按孔型顶部进行计算咬入角（式２）。在进行连轧机孔型设计时，可事先计算一下最大允许咬入角和最大允许减壁量，作为确定各架孔型分配减壁量和孔型高度尺寸的参考。ｔａｎα＝（（（Ｄ－ａｓｉｎθ）２－（Ｄ－（ｄ２－ａ２ｃｏｓ２θ）１／２）２）／（３（Ｄ－ａｓｉｎθ）２＋（Ｄ－（ｄ２－ａ２ｃｏｓ２θ）１／２）２））１／２（１）ｔａｎα＝（（（Ｄ－ａ）２－（Ｄ－ｄ）２）／（（Ｄ－ｄ）２））１／２（２）式中：α———咬入角，（°）；Ｄ———轧辊工作直径，ｍｍ；θ———孔型侧壁角，（°）；ａ———孔型高度，ｍｍ；ｄ———毛管直径，ｍｍ。以上咬入条件的推导主要是针对第一架，连轧机除第一架外，以后各架都存在前架给与轧件后推孔型系列选择椭圆孔型与圆孔型组合。第一架的压下量大，毛管较厚，不存在钢管抱芯棒的问题，而且为了更好的咬入选择椭圆孔型。第２—５架选用带圆弧侧壁的圆孔型，其中第４—５架为精轧机架，采用相同的孔型［１］。１．２ 确定设计常量选用芯棒直径为２３０３ｍｍ，连轧壁厚为５５ｍｍ，毛管壁厚为１５５ｍｍ、选用芯棒插棒间隙为１０ｍｍ。根据以上各参数计算出连轧机出口外径为２４２ｍｍ（２×连轧机壁厚＋１００１１×芯棒直径）。见表２。表２ Φ２４２ｍｍ孔型设计常数ｍｍ连轧机出口连轧机出口芯棒穿孔机毛管穿孔机毛管外径壁厚直径壁厚外径２４２．０５．５２３０．３１５．５２７３．０１．３ 孔型设计及计算过程根据毛管以及荒管的尺寸计算出ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机的总延伸系数μｚ及顶部延伸系数μδｚ。并将总延伸系数和顶部延伸系数合理分配到５个机架上。分配原则如下（１）第一架的延伸系数较大，可以补偿由于穿孔机设定不当引起的毛管尺寸偏差。第二架可包容第一架的延伸。第四架的延伸系数一般在１１２左右。每架的平均延伸系数应小于１５５。ＭＰＭ孔型示意图见图１。（２）ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机是由五机架组成，１＃、３＃、５＃架是横辊，２＃、４＃架是立辊，横立辊互成９０°，交替布置。所以设计顶部延伸系数时，１＃、３＃、５＃架总延伸系数等于２＃、４＃架总延伸系数。ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ孔型各机架延伸系数见表３。
第６期ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ系列孔型开发表３ ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ１９４ｍｍ孔型各机架延伸系数５３项目平均延伸系数顶部延伸系数＃１＃２＃３＃４＃５总延伸系数３．２５１．５１１．７９１．４７２．２３１．１９１．６１１．０９１．３４１．０１１．０４图２ 孔型中钢管截面积计算示意Ｆμｉ＝Ｆｉ－１／ｉＲＲＲ１－槽底弧半径；２－第一脱离弧半径；４－第二脱离ＲＧＡＰＮ－额定辊缝；Ｒ弧半径；５－连接弧半径；６－连接ＴＨ（ｉ－１）－弧和辊缝的过渡圆角；Ｄ热）；ｔ－芯棒直径（前机架槽底厚度；第一脱离角；轧件与芯棒脱αα１－２－离角；第二脱离角；连接弧角；Ｂ－孔型宽；Ａ－αα３－４－孔型高；ＣＣ槽底弧圆心、第一脱离弧圆心、第二脱１～５－离弧圆心、辊缝处钢管圆弧圆心、连接弧圆心２Ｆ———第ｉ架机架的截面积，ｍｍ；式中：ｉ２Ｆ———第ｉ－１架机架截面积，ｍｍ；ｉ－１（３）———第ｉ架机架的延伸系数。μｉ孔型实际截面积计算方法如下：ＦＦＦＴ＝（ｐ－Ｆｔ－Δｔ－ｍ）２Ｆ———孔型中钢管断面积，ｍｍ；式中：Ｔ２Ｆ———孔型断面积，ｍｍ；ｐ２２Ｆ———芯棒断面积，ＦＤ４，ｍｍ；ｔ／ｔｔ＝π（４）图１ 孔型示意图根据孔型结构及各机架孔型顶部延伸系数，计算出各机架孔型半径，进而计算出孔型的其他参数。轧辊孔型以使金属在轧机中有一个非常好的流动状态为参考标准。其中部分系数为经验参数，见表４。经计算得出ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ孔型各参数见表５。Ｄ———芯棒热状态直径，Ｄ００１１Ｄ，ｔｔ＝１ｔ０ｍｍ；Ｄ———芯棒冷态直径，ｍｍ；ｔ０２Ｆ——辊缝处棒管间的间隙面积，ｍｍ。Δｔ－ｍ—经校核，钢管的理论截面积与实际截面积相差在误差允许范围内。（２）把设计好的孔型参数输入到ｍｐｍｍｏｄ程序中计算顶部延伸系数和平均延伸系数，计算结果与原孔型的计算结果相比较，相差在误差允许范围内。经校核，最终确定了孔型的合理性。２ 孔型校核（１）孔型理论截面积计算方法如下。图２为孔型中钢管截面积计算示意图。２］表４ ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ孔型计算的经验参数［序号１２３４５６参数名称偏心系数第一脱离角／（°）第一脱离比例第二脱离比例连接角／（°）宽展系数＃１＃２＃３＃４＃５１．０３３５．００２．５０１６．５０１．０００１．００３５．００２．５０１３．００１．０３０１．００３８．００２．００１．１２１３．００１．０２５１．００４０．００１．７５１．２０８．５０１．０２０１．００４０．００１．７５１．２０８．５０１．０２０
５４包钢科技表５ ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ孔型各参数参数名称各架槽底壁厚／ｍｍ孔型直径／ｍｍ槽底弧半径／ｍｍ偏心距／ｍｍ第一脱离角／（°）第一脱离弧半径／ｍｍ第二脱离弧半径／ｍｍ连接角／（°）连接弧半径／ｍｍ辊缝／ｍｍ最大辊径／ｍｍ最小辊径／ｍｍ＃１＃２＃３＃４第４６卷＃５９．１９２４９．３８１２８．４３３．０１３５３２１．０８３２１．０８１６．５７２．２２３３６８０６１０７．４０２４５．８０１２２．９０５．７１２４２．４３１２１．２１５．５０２４２．００１２１．００５．５０２４２．００１２１．００３５３０７．２５３０７．２５１３．０５１．２３３３６８０６１０３８２４２．４３１１０．８２１３．０４０．９５３３６８０６１０４０２１１．７５１３６．２５８．５０２４．１９１９５７２５１２４０２１１．７５１３６．１２８．５０２４．１５１９５７２５１２３ 脱管机孔型设计步骤及结果３．１ 确定总减径率实践中，脱管机的总减径率为３％～６％。为了得到良好的脱管效果，脱管机减径率需控制到３５％～４５％，并分配到３个机架上。连轧后钢管直径较大时取较小值，钢管直径较小时取较大３］值［。３．３ 减径率的分配为了适应来料的外径波动和钢管不圆，并有利于咬入，第一机架的减径率取小值，通常应小于第二机架的减径率。每架的对数减径率占总对数减径率的比例分别是：第一架为４１％～４２％，第二架为４］５０％，第三架为７５％～８３％［。３．４ 确定后的孔型尺寸脱管机孔型尺寸见表６。表６ 脱管机孔型尺寸编号ＥＮ１ＥＮ２ＥＮ３孔型直径Ｄ２３９．０３２３５．５１２３５．００短半轴ｂ１１８．２８１１７．５０１１７．５０３．２ 各机架减径率的确定通常所说的减径率均指相对减径率，其定义式如下：Ｄ）／Ｄ（５）ρｉ＝（ｉ－１－Ｄｉｉ－１式中：———第ｉ机架的单机架减径率，也称相对减ρｉ径率；Ｄ———第ｉ－１机架的孔型直径（钢管出口外ｉ－１径），ｍｍ；Ｄ———第ｉ机架的孔型直径（钢管出口外径），ｉｍｍ。对数减径率的定义式为：Ｄｎ（ＤＤ）（６）ρｉ＝ｌｉ－１／ｉ式中：Ｄ———第ｉ机架的单机架对数减径率。ρｉｍｍ长半轴ａ１２０．７５１１８．０３１１７．５０４ 生产数据验证孔型设计结束投入使用的Φ２４２ｍｍ系列，生产了Φ２３２０ｍｍ×５５ｍｍ规格气瓶专用管，产品的外观质量及尺寸精度都能满足标准要求。抽取１０组样进行分析，见表７。
第６期ＭＩＮＩ－ＭＰＭ连轧机Φ２４２ｍｍ系列孔型开发表７ Φ２３２．０ｍｍ×５．５ｍｍ气瓶专用管几何尺寸取样结果５５ｍｍ外径样号１２３４５６７８９１０壁厚Ｓ１５．８２５．６８５．６９５．７７５．７２５．８４５．７１５．６７５．６４５．７４Ｓ２５．９６５．９１５．８５５．９３５．９６５．９６５．８９５．９４５．７９５．８９Ｓ３６．４１６．４９６．５１６．２３６．４８６．５７６．３９６．７５６．６３６．５６Ｓ４６．６５６．７１６．８３６．６１６．７９６．８８６．７４６．３７６．７９６．８０Ｓ平均６．２１６．２０６．２２６．１４６．２４６．３１６．１８６．１８６．２１６．２５Ｓｍａｘ－Ｓｍｉｎ０．８３１．０３１．１４０．８４１．０７１．０４１．０３０．７０１．１５１．０６Ｄ１２３１．８２３１．５２３１．６２３１．４２３１．７２３１．４２３１．６２３１．３２３１．５２３１．７Ｄ２２３２．７２３１．９２３１．４２３１．８２３１．９２３１．６２３２．１２３１．７２３１．８２３１．９Ｄ３２３２．６２３２．７２３２．１２３２．２２３２．４２３２．２２３２．７２３２．０２３２．２．６２３２Ｄ４２３２．９２３２．９２３２．５２３２．５２３２．６２３２．４２３２．８２３２．４２３２．４２３２．６Ｄ平均２３２．５０２３２．２５２３１．９０２３１．９８２３２．１５２３１．９０２３２．３０２３１．８５２３１．９８２３２．２０Ｄｍａｘ－Ｄｍｉｎ１．１１．４０．９１．１０．９１．０１．２１．１０．９０．９注：壁厚要求：５５０～６９０ｍｍ；外径要求：２２９７～２３４３ｍｍ。 从表７中可知，采用Φ２４２ｍｍ系列轧制２３２０ｍｍ×５５ｍｍ气瓶专用管几何尺寸全部满Φ足客户要求，且壁厚、外径均匀度较好。的新产品提供了更有利的开发思路。参 考 文 献［１］ 王廷溥，齐克敏．金属塑性加工学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００１．［２］ 张桉．无缝钢管生产技术［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社，１９９７．［３］ 李国祯．现代钢管轧制与工具设计原理［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００６．［４］ 赵志业．金属塑性变形与轧制理论［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８０．５ 结论（１）在连轧机孔型设计过程中，总结出按各机架的顶部延伸系数分配法计算轧机的孔型高度，并综合各项经验参数计算其他各段圆弧的孔型计算方法，该方法可行，在今后连轧孔型设计中可借鉴。（２）２４２ｍｍ系列的开发，工艺设计合理，产品Φ质量稳定，成材率高。（３）通过对新孔型开发，为今后超原设计要求檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪（上接第４０页）发黑的因素。酸洗工艺参数控制较为稳定，酸洗效果良好；使用抑制剂后可有效提升板面白色度；氧化铁皮控制已见成效，后期仍要继续研究并改进；防锈油问题及板面粗糙度是接下来要研究的重点，随之，酸洗产品表面等级也将得到更高的提升。参 考 文 献［１］ 傅作宝．冷轧薄钢板生产［Ｍ］．北京：冶金工艺出版社，２０１６．［２］ 周从锐，陈小龙，周明科，等．ＳＰＨＣ热轧带钢酸洗表面发黑原因分析［Ｊ］．物理测试，２０２０，（３）：４１－４５．