斜軋實心管坯時,在頂頭接觸管坯前常易出現金屬中心現象,當大量裂口發展成相互連接,擴大成片以后,金屬連續性破壞,形成中心空洞即孔腔。在頂頭前過早形成孔腔,會造成大量的內折缺陷,惡化鋼管內表面質量,甚至形成廢品,因此在穿孔工藝中力求避免過早形成孔腔。
影響孔腔形成的主要因素有:
1) 變形的不均勻性(頂頭前壓縮量)
不均勻變形程度主要決定于坯料每半轉的壓縮量(稱為單位壓縮量),生產中指頂頭前壓縮量。頂頭前壓縮量愈大則變形不均勻程度也愈大,導致管坯中心區的切應力和拉應力增加,從而容易促進孔腔的形成。一般用臨界壓縮量來表示大壓縮量值的限制,壓縮量小于臨界壓縮量則不容易或不形成孔腔。
2) 橢圓度的影響
穿孔過程中在管坯橫斷面上存在著很大的不均勻變形,橢圓度愈大,則不均勻變形也愈大。按照體積不變定律可知,橫向變形愈大則縱向變形愈小,將導致管坯中心的橫向拉應力、切應力以及反復應力增加,加劇了孔腔的形成趨勢
3) 單位壓縮次數的影響
在生產中主要指管坯從一次咬入到二次咬入過程中管坯的旋轉次數,次數的增多就容易形成孔腔。
4) 鋼的自然塑性
鋼的自然塑性由鋼的化學成分、金屬冶煉質量以及金屬組織狀態所決定,而組織狀態又由管坯加熱溫度和時間所影響。一般來說塑性低的金屬,穿孔性能差,容易產生孔腔。
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生產合金鋼管與普通鋼管在穿孔機工藝參數的選擇和調整上有什么不同?
合金鋼,特別是鋯合金鋼具有導熱性差、變形抗力大、塑性低的特點,在鋼管生產中合金鋼管應與一般鋼管有所區別,表現在:
1) 采用較小的頂頭前壓下率,避免管坯因塑性低而形成孔腔。其頂頭前壓縮率常在4~6%。
2) 采用較小的橢圓度,避免因管坯因塑性低而形成孔腔,常用1.07~1.09較好。
3) 采用較小的壓下率,以免變形力太大。
4) 采用較低的軋輥轉速和喂入角,以減小變形抗力和軸向阻力,增強穿孔過程的穩定性。
5) 合金鋼管坯穿孔變形中熱效應大,即穿孔溫升高,為保證鋼管的性能,應采用較低的穿孔溫度。
6) 一般合金鋼管穿孔溫度偏低,穿孔過程中的冷卻水應關閉或適當減小。
穿孔機常見的生產故障有以下幾方方面:
1) 管坯不咬入
產生的原因有:頂前量過大、管坯直徑過小(燒損過大)、管坯溫度過高或過低,咬入力不足以克服頂頭阻力所致。因軋輥磨損嚴重導致的不咬入現象多發生軋輥使用后期,此時應注意軋輥的冷卻和隨時調整輥距值頂前量。
2) 中卡
產生的原因有:頂頭嚴重磨損或熔化、電氣系統或液壓系統跳停或毛管穿偏或穿破,沒有頂頭軋制也可發生中卡。
3) 鏈帶
毛管被導盤尖銳的邊緣割成螺旋的小條帶,產生的原因是導盤與軋輥的間隙過大(薄壁管居多)且導盤邊緣嚴重磨損變得尖銳,導致金屬流入。
4) 毛管穿不透
產生的原因是軋輥出口端磨損嚴重,推動管坯/毛管前進的摩擦力在穿孔結束的瞬間不足以推動管坯穿過頂頭造成穿不透。
5) 毛管尾部穿裂
產生的原因是穿孔薄壁管時,在拋鋼階段由于毛管的抖動使金屬竄進軋輥與導盤的間隙中,將毛管尾部撕裂。此種工藝事故多產生在帶導盤的穿孔機組。
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國外早期氣瓶多采用碳鋼和錳鋼, 自本世紀中期末, 已基本采用錳鋼和鉻鉬鋼。如德國蒂森公司曾用46Mn5, 40Mn4 等鋼號; 英國切斯菲爾特廠采用0.35%C, 1.50% 左右M n 的錳鋼生產的小型氣瓶占85%; 日本住友公司也采用0.37%~ 0. 44%C, 1.35%~1. 65%M n的錳鋼; 美國是用C≤0.40% ,1. 35%~ 1. 65%M n 的錳鋼。錳鋼氣瓶一般經正火, 或正火+ 回火, 或油淬+ 回火處理,由無縫鋼管廠提供試樣經相應熱處理的力學性能數據。錳鋼成本低、強韌性好, 具有良好無時效敏感性, 油淬+ 回火后韌性好, 是制造工作壓力為14.7M Pa, 使用溫度為- 20~ 60℃氣瓶的經濟實用的材料, 特別適合于充裝性氣體。
進入60 年代, 鉻鉬鋼及其他合金鋼氣瓶大量發展; 到80 年代,鉻鉬鋼及其他合金鋼氣瓶已占整個氣瓶業的80%。80 年代初, 已發展到用37CrNi3MoVA鋼制造工作壓力達40M Pa 的高壓氣瓶, 該鋼具有良好的低溫沖擊韌性和性能; 英國切斯菲爾特中型鋼瓶廠所制氣瓶的85% 為含C 約0.35% , Cr1.0% ,Mo0.20%左右的鉻鉬鋼氣瓶, 錳鋼氣瓶僅占15% , 年產量75 萬支;德國蒂森公司常用34CrMo4 鋼; 美國常用4130 鋼(相當于我國的30CrMo 鋼)生產氣瓶; 意大利達爾明公司1966 年所制203mm×5. 5mm 鉻鉬鋼氣瓶, 鋼號相當于我國的30CrMo 鋼, 其瓶體比相應的錳鋼氣瓶輕20% , 但使用壓力卻比錳鋼氣瓶高, 可到19.61M Pa 以上。鉻鉬鋼及其他合金鋼氣瓶一般在經調質后使用, 鋼管生產廠需提供試樣經調質后的力學檢驗性能數據。
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