Каковы детали процесса прошивки горячей прокатки бесшовных труб из углеродистой стали?

Бесшовные трубы из углеродистой стали являются основными компонентами в машиностроении, гидравлических трансмиссиях и машиностроении. Их производственные процессы в основном делятся на две категории: горячая прокатка и холодная вытяжка. Среди них процесс горячей прокатки с его преимуществами, такими как высокая эффективность формования, большая производительность, низкая стоимость и пригодность для производства обсадных труб с большими характеристиками, стал основным методом формования бесшовных труб из углеродистой стали среднего и большого размера (наружный диаметр 80 ~ 200 мм) и широко используется в сценариях массового производства. В процессе прошивки горячей прокатки в качестве сырья используются круглые слитки углеродистой стали. После нагрева до пластического состояния в печи цельные круглые слитки перерабатываются в полые трубы посредством согласованного действия таких компонентов, как прошивной стан, направляющая пластина и оправка, закладывая основу для последующих процессов отделки и термообработки. Процесс прошивки горячей прокатки является этапом формирования бесшовных труб из углеродистой стали. Степень соответствия ее основных технологических параметров напрямую определяет однородность толщины стенки, округлость, качество поверхности и внутреннюю микроструктуру полой трубы.

Во-первых, каков принцип процесса прошивки бесшовных труб из углеродистой стали при горячей прокатке?

Основной принцип технологии горячей прокатки бесшовных труб из углеродистой стали заключается в использовании свойств пластической деформации металла при высоких температурах. Благодаря скоординированному действию валков прошивного стана, направляющих пластин и оправки сплошной круглый стальной слиток постепенно скатывается в полую трубу. Весь процесс в основном разделен на три этапа: этап укуса, этап прокалывания и этап выравнивания.

1. Стадия кусания. Стадия кусания — это начальный этап прошивки горячей прокатки. Круглый слиток углеродистой стали, нагретый до пластичного состояния, подается в прошивной стан. За счет вращательного трения валков слиток зажимается между валками и оправкой. В этот момент слиток начинает испытывать радиальное давление и осевое растяжение, а поверхностный металл подвергается первоначальной пластической деформации, закладывая основу для последующей прошивки. Основное требование на этом этапе — обеспечить плавную закуску слитка, не допуская проскальзывания или отклонения; в противном случае это приведет к эксцентричному прокалыванию на последующих этапах.

2. Этап прокалывания. Этап прокалывания является основой всего процесса. После того, как круглый стальной слиток вгрызается, под давлением валков, толчком оправки и направляющей направляющей пластины внутренний металл постепенно прокалывается, образуя полую трубку. На этой стадии пластическая деформация металла наиболее интенсивна, при этом одновременно происходят радиальная и осевая деформация. Толщина стенки постепенно уменьшается до заданного размера, и равномерность этой деформации напрямую определяет однородность толщины стенки и округлость полой трубы.

3. Этап определения размера. Этап определения размера является заключительным этапом процесса пирсинга. После этапа прошивки полая труба поступает на калибровочный участок. За счет дальнейшего давления и обрезки калибровочными валками корректируются отклонения толщины стенки и круглости полой трубы, измельчаются зерна металла и улучшается качество поверхности, обеспечивая соответствие точности размеров и качества поверхности полой трубы требованиям последующей обработки.

Во-вторых, как ключевые параметры процесса горячей прокатки бесшовных труб из углеродистой стали влияют на качество продукции?

В данной статье, взяв в качестве объектов исследования бесшовные трубы из углеродистой стали 20# и 45# и объединив производственную практику, анализируется механизм влияния четырех ключевых параметров - температуры нагрева, скорости прошивки, выдвижения оправки и расстояния между направляющими пластинами - на качество продукции, уточняется разумный диапазон регулирования каждого параметра и обеспечивается теоретическая основа для последующей оптимизации параметров.

1. Влияние температуры нагрева. Температура нагрева является основным параметром в процессе прошивки горячей прокатки, непосредственно определяющим пластичность, сопротивление деформации и микроструктуру металла углеродистой стали, и оказывает наиболее существенное влияние на качество продукции. С увеличением температуры нагрева пластичность углеродистой стали увеличивается, а сопротивление ее деформации снижается. Однако чрезмерно высокие или низкие температуры нагрева могут привести к различным дефектам качества. При слишком низкой температуре нагрева углеродистая сталь теряет достаточную пластичность и высокую устойчивость к деформации, что затрудняет деформацию металла при прошивке. Это может привести к таким проблемам, как проскальзывание во время введения и чрезмерное усилие прокалывания, что приводит к дефектам полой трубки, включая неравномерную толщину стенок, эксцентриситет и царапины на поверхности. В то же время концентрация напряжений при деформации значительна, легко вызывая поверхностные трещины, особенно в среднеуглеродистой стали 45#, которая имеет более высокое содержание углерода и относительно плохую пластичность; Частота появления трещинных дефектов значительно увеличивается при низкотемпературной прошивке. Когда температура нагрева слишком высока, углеродистая сталь перегревается и горит, вызывая быстрое укрупнение зерен металла, что приводит к снижению механических свойств полой трубы (снижение прочности и твердости, а также плохая ударная вязкость). Одновременно с этим чрезмерно высокие температуры ускорят окисление на поверхности металла, образуя толстую оксидную окалину. Отслаивание этой окалины вызовет такие дефекты, как питтинг и кратеры на поверхности полой трубки, а в тяжелых случаях - поверхностные трещины. Кроме того, перегрев также приведет к рыхлой внутренней структуре металла и дефектам расслоения, влияющим на несущую способность трубы.

2. Влияние скорости прошивки: Скорость прошивки относится к линейной скорости валков, которая напрямую определяет скорость деформации и эффективность прошивки металла, влияя на равномерность деформации металла и напряженное состояние. Слишком высокая или слишком низкая скорость прошивки приведет к неравномерной деформации металла и возникновению дефектов качества. Когда скорость прожига слишком мала, металл остается в зоне прожига слишком долго, подвергаясь чрезмерным циклам сжатия, что приводит к локальной чрезмерной деформации и дефектам, таким как уменьшение толщины стенок и поверхностные царапины. В то же время длительное время пребывания усугубляет окисление поверхности, вызывая прилипание оксидной окалины к поверхности полой трубы и влияя на качество поверхности. Кроме того, слишком низкая скорость прошивки снижает эффективность производства и увеличивает производственные затраты. Когда скорость прошивки слишком высока, металл деформируется слишком быстро, предотвращая достаточную пластическую деформацию и вызывая концентрацию внутренних напряжений, что может легко привести к поверхностным трещинам и внутренним складкам. Кроме того, чрезмерные скорости могут привести к нестабильному закусыванию, что приведет к отклонению и эксцентриситету, влияющему на однородность толщины стенки и округлость полой трубы. Более того, слишком высокая скорость прошивки также ускоряет износ оправки, сокращая срок ее службы и косвенно влияя на качество продукции.

3. Влияние выдвижения вперед оправки: Выдвижение оправки вперед относится к смещению между головкой оправки и осевой линией валка. Он непосредственно определяет положение проплавления и напряженное состояние металла при прошивке и оказывает наиболее существенное влияние на однородность толщины стенки и дефекты эксцентриситета полой трубы. Чрезмерное или недостаточное выдвижение оправки приведет к неравномерному напряжению металла, вызывающему такие дефекты, как эксцентриситет и отклонение толщины стенки. Если вылет оправки слишком мал, толкающая сила на металл недостаточна, в результате чего металл проникает слишком далеко назад. При прошивке металл подвергается чрезмерной радиальной деформации и недостаточной осевой деформации, что приводит к образованию более толстой полой капиллярной трубки с шероховатой внутренней стенкой и склонностью к внутренним складчатым дефектам. В то же время недостаточная толкающая сила может вызвать нестабильный прикус, что приведет к отклонению и усугублению эксцентриситета. Если вылет оправки слишком велик, толкающая сила на металл будет чрезмерной, в результате чего металл проникнет слишком далеко вперед. Во время прошивки металл подвергается чрезмерной осевой деформации и недостаточной радиальной деформации, что приводит к образованию более тонкой полой капиллярной трубки с плохой однородностью толщины стенок и склонностью к внешним складкам и поверхностным трещинам. Более того, чрезмерная толкающая сила ускорит износ оправки и может даже повредить оправку, прерывая производственный процесс.

4. Влияние расстояния между направляющими пластинами. Расстояние между направляющими пластинами означает расстояние между направляющей пластиной и валками. Его функция состоит в том, чтобы направлять и позиционировать круглый стальной слиток и полую трубку, обеспечивая стабильность во время деформации металла и предотвращая такие проблемы, как отклонение и эксцентриситет. Это напрямую влияет на округлость и однородность толщины стенок полой трубы. Чрезмерное или недостаточное расстояние между направляющими пластинами повлияет на направляющий эффект и приведет к дефектам качества. Если расстояние между направляющими пластинами слишком мало, чрезмерная сила выдавливания металла приведет к таким дефектам, как царапины и потертости на поверхности полой трубки. В то же время чрезмерная сила выдавливания также приведет к неравномерной деформации металла, что приведет к отклонениям толщины стенки и выходу за пределы допуска округлости. Кроме того, слишком маленькое расстояние между направляющими пластинами увеличит сопротивление движению металла, ускорит износ валков и направляющих пластин и повлияет на стабильность производства. Когда расстояние между направляющими пластинами слишком велико, их направляющие и позиционирующие функции ослабляются. Это может привести к таким проблемам, как несоосность и расшатывание круглого стального слитка и полой трубы во время процесса прошивки, что приводит к таким дефектам, как эксцентриситет и неравномерная толщина стенок полой трубы. Кроме того, слишком большое расстояние приводит к отсутствию ограничений при деформации металла, вызывая дефекты поверхности, такие как локализованные выступы и впадины, что влияет на качество поверхности.

В-третьих, защитные меры для оптимизации процесса горячей прокатки бесшовных труб из углеродистой стали:

(1) Усиление контроля температуры нагрева: используйте интеллектуальную систему контроля температуры для мониторинга температуры печи в режиме реального времени, гарантируя, что колебания температуры не превышают ±10 ℃. Регулярно калибруйте оборудование для контроля температуры, чтобы избежать отклонений температуры.

(2) Оптимизация контроля скорости прошивки: используйте цифровую систему управления для точной установки линейной скорости валков, поддержания стабильности скорости и предотвращения колебаний.

(3) Улучшите обслуживание оправки и направляющей пластины: регулярно проверяйте выдвижение оправки и расстояние между направляющими пластинами, оперативно корректируйте отклонения и регулярно заменяйте изношенные оправки и направляющие пластины, чтобы обеспечить точное ведение и позиционирование.

(4) Создайте реестр параметров для записи оптимальных комбинаций параметров для различных марок и спецификаций стали. Регулярно анализируйте производственные данные и при необходимости настраивайте параметры с учетом изменений качества сырья и состояния оборудования.

(5) Улучшить обучение операторов: повысить профессиональную компетентность операторов и обеспечить их работу строго в соответствии с оптимизированными параметрами во избежание человеческих ошибок.

В-четвертых, заключение.

Четыре ключевых параметра процесса прошивки горячей прокатки — температура нагрева, скорость прошивки, выдвижение оправки и расстояние между направляющими пластинами — существенно влияют на качество бесшовных труб из углеродистой стали. Эти параметры взаимосвязаны и взаимно ограничивают друг друга; поэтому установка разумного сочетания параметров имеет решающее значение для улучшения качества продукции и снижения уровня брака. Оптимизированный процесс прошивки горячей прокатки является целенаправленным и осуществимым, подходит для массового производства бесшовных труб из углеродистой стали среднего и большого размера и может обеспечить теоретическую поддержку и практические рекомендации для предприятий. В будущем, объединив технологию цифрового моделирования и технологию интеллектуального обнаружения, параметры процесса можно будет дополнительно оптимизировать для моделирования моделей деформации металла во время прошивки и достижения интеллектуального управления параметрами. В то же время, за счет внедрения технологии обработки поверхности для уменьшения окисления поверхности металла, качество продукции может быть дополнительно улучшено, что приведет к повышению эффективности производства бесшовных труб из углеродистой стали.