至德钢业斜连轧不锈钢无缝管工艺操作原理

   目前不锈钢无缝管生产中的连轧通常是纵连轧，相对而言斜轧比纵轧复杂，那么斜轧连轧显而易见更为复杂。斜连轧原理示意如图所示。构建合理的模型需要对工艺过程进行分析，金属斜连轧轧制过程由安装在一个机架中的三辊穿孔段和三辊轧管段来实现，两者之间形成连轧关系，管坯变形时穿孔段由顶头作用完成穿孔，然后在轧制段完成减径、减壁或者二次扩孔，两者在一道工序中完成，属于典型的非对称塑性流动，斜连轧工艺可行的基本条件是要求其变形过程满足塑性成形的体积不变条件，可用连轧的基本关系进行表示。

   将斜连轧工艺过程中的三辊穿孔和三辊轧管分别独立考虑，由于现有生产工艺中的三辊穿孔和三辊轧管非常成熟，建立的数学模型必然会满足体积不变条件。对三辊穿孔工艺而言，在柱面坐标系下用应变速率表示体积不变条件，同理，在柱面坐标系下，三辊轧管工艺的体积不变条件，分别为三辊轧管工艺过程中的应变速率。设想将两者联合实现斜轧连轧，不锈钢无缝管生产中的半成品毛管保持在两组轧辊构成的相对稳定的区域中，出口成品即为荒管，不再有毛管出现在钢管生产的流程中。由于穿孔段出口速度是轧制段入口速度，两组轧辊以相互匹配的转速运转，必然会有合适的工艺参数使得连轧过程顺利进行，即满足不锈钢无缝管生产为保证斜连轧工艺的顺利实现，进一步将穿孔段轧辊设置为桶形辊，与轧制中心线形成送进角、辗轧角，桶形辊压下量可调；轧制段轧辊设置为带台肩的锥形辊，与轧制中心线形成送进角、辗轧角，锥形辊压下量可调；同时，两组轧辊转速可调。设计的可调量即为斜连轧的基本工艺参数，在斜连轧轧制过程中出现堆钢、拉钢等现象时，应及时对设备的工艺参数进行调整，以便于工艺改进。  

  为降低试验费用，缩短开发周期，利用有限元工具对斜连轧工艺过程进行仿真是必要的，这里采用软件对斜连轧工艺进行有限元仿真。管坯材料设定为304不锈钢管，材料模型和参数从数据库选用，管坯温度为1150℃，顶头芯棒及轧辊温度为150℃，穿孔段轧辊送进角为7°、辗轧角为0°，轧制段送进角为7°、辗轧角为4°，轧辊转速为160转/分钟。浙江至德钢业有限公司研究人员指出在管材轧制时接触区发生黏着之前摩擦因数可能高达1.67，因此，轧辊与工件间的摩擦因数设定为1.67；顶头芯棒和不锈钢管工件间的摩擦因数设定为0.03。下图所示为斜连轧工艺有限元仿真的温度分布图，由于轧辊和管坯表面的摩擦和管坯塑性变形产生的变形热导致外表面温度较高，另外，穿孔段金属塑性变形大，产生的变形热远远大于环境和工具带走的热量，从而保证轧制段的加工温度。这对轧制加工温度区间要求较高的材料至关重要。上图所示为仿真获得的轧制力数据。可以看到形成连轧关系的中间区间的轧制力分布，其中穿孔段的轧制力较大，而轧制段的轧制力较低。有限元仿真的数据与试验获得的数据有偏差，主要是由于网格划分、摩擦因数以及其他参数设置造成的。