江都市仙女镇中心小学李
【摘 要】简述热轧无缝钢管的生产工艺方法及芯棒的形态与种类;分析不同类型轧管机芯棒运行的方式与特点,及其对机组的生产规格范围、轧制节奏和轧件的变形程度、荒管的壁厚精度等的影响;介绍芯棒的材质与成型方法.分析认为:芯棒按长度与直径之比将其分为长、中长及短芯棒3种类型,根据芯棒的运动状况分为固定、浮动、限动、半浮动4种运行方式.大部分中长、长芯棒是实心的,但Assel机组和部分连轧管机组在采用限动芯棒操作时使用空心芯棒;绝大部分中长、长芯棒都是圆柱形的,只有极少数限动芯棒连轧管机组在轧制薄壁荒管时使用锥形芯棒. 【期刊名称】《钢管》
【年(卷),期】2018(047)004
【总页数】5页(P56-60)
【关键词】热轧;无缝钢管;轧管机;芯棒;运行方式;变形原理
【作 者】李
【作者单位】天津钢管集团股份有限公司,天津300301
苏州蚕桑专科学校
【正文语种】中 文
系统检测【中图分类】TG355+.4
轧管减薄变形延伸工序后的管子一般被称为荒管。轧管减壁方法的基本特点是在毛管内安上刚性芯棒，由外部工具（轧辊或模孔）对毛管壁厚进行压缩减壁［1］。本文拟对热轧无缝钢管各种常用机型轧管机所用芯棒的类型、运行方式及其特点进行分析。
1 轧管方法器官克隆
cradle 2 the grave轧管减壁的工艺方法见表1［1］。一般习惯根据轧管机的形式来命名热轧管机组。轧管机的类型较多，通常可用两种方法将其分类。
（1）按机架个数分类。根据机架个数的多少可将轧管机分单机架和多机架。单机架有自动轧管机、Assel轧管机、Accu-Roll等；连轧管机都是多机架的，通常4～8个机架，如MPM
（Multi-stand Pipe Mill，意大利INNSE公司开发的两辊式限动芯棒连轧管机组）、PQF（Premium Ouality Finishing，MEER-INNSE公司开发的三辊式限动芯棒连轧管机组）、FQM（Fine Quality Mill，意大利DANIELI公司开发的三辊式限动芯棒连轧管机组）等。
（2）按变形工艺原理分类。根据轧件轴线与轧辊轴线的相位关系，可将轧管方法分为纵轧和斜轧：轧辊轴线与轧件轴线垂直，轧件作直线运动的为纵轧；轧辊轴线与轧件轴线既不垂直也不平行，轧件作螺旋运动的为斜轧。
作为一个特例，行星轧管机生产时轧件相对地面也是作直线运动，但因为其轧辊轴线与轧件轴线既不垂直也不平行，轧辊轴线围绕轧件轴线旋转，也就是轧件相对于轧辊仍然作螺旋运动，因此行星轧管还是属于斜轧。
目前主要使用的连轧管机均属于纵轧，自动轧管机是单机架纵轧；斜轧管机都是单机架的。
表1 轧管减壁的工艺方法?
2 芯棒的形态和种类
芯棒是内变形工具，其截面都是圆形的；大部分长芯棒的形态都是圆柱形的，但有的PQF等限动芯棒连轧管机组在轧制D/S∧40的薄壁钢管时，为了实现顺利脱管，也有将芯棒的整个工作段或工作段的前段部分设计成锥度很小（锥度≤1‰）的圆锥形；有资料介绍，苏联为了解决Assel机组轧制薄壁钢管时的尾三角问题，曾试验过变断面（芯棒前、后两小段直径较小，中间工作段直径较大）的阶梯芯棒，采用运动芯棒的方式防止在荒管的头、尾部出现喇叭口［2］；德国Meer公司2000年也曾在其Assel轧管机的技术报价中提出过使用阶梯芯棒（前面工作段直径较大，后面一小段直径较小）的方法来防止荒管尾部出现尾三角（喇叭口）。目前，阶梯芯棒的应用尚属试验摸索阶段，未见成功应用的报道［3］。
短芯棒除了有圆柱形外，还有圆锥形（自动轧管机及二次穿孔使用的也称顶头［4］）、球形（自动轧管机使用）。
3 芯棒的运行方式及特点
3.1 连轧管机
连轧管机组的芯棒都是按一组（一组芯棒的支数一般不小于6）运行的，其运行方式可分为浮动、限动和半浮动（也有称其为半限动）3种。
组胺（1）全浮动芯棒连轧管机简称MM（Mandrel Mill），一般设有8个机架。轧制过程中对芯棒速度不加以控制，芯棒由被辗轧金属的摩擦力带动,自由跟随管子通过轧管机，芯棒的运行速度是不受控的；轧制过程中芯棒的运行速度随着各机架的咬入、抛钢有波动，从而引起管子壁厚的波动；轧制结束后，芯棒随荒管轧出至连轧管机后的输出辊道。其特点是轧制节奏快，每分钟可轧4支甚至更多的钢管；但荒管的壁厚精度稍低，设有脱棒机，荒管必须经过再加热后方能进行定（减）径，其工艺流程较长，芯棒的长度接近于荒管的长度；适合生产较小规格（外径不大于168 mm）的无缝钢管［5］。
（2）限动芯棒连轧管机由5～8个机架组成，其基本特点就是控制芯棒的运行速度，使芯棒在整个轧制过程中均以低于第1机架金属轧出速度的恒定速度前进。这样，在整个轧制过程中芯棒的移动速度均低于所有机架的轧制速度，避免了不规律的金属流动和轧制条件的变化。由于芯棒速度受到控制，每一机架的轧制压力都较小，金属流动有规律，加之带有微张力轧制，从而减小了横向变形，使钢管内外表面质量和尺寸精度有了很大提高。延伸系数可大一些，这就可以获得较小的壁厚偏差［6］。限动还为缩短芯棒长度创造了条件，轧制32 m长的钢管，芯棒的工作长度只有荒管长度的1/3～1/2。钢管轧制完成后，用脱管机将其从芯棒前端抽出，取消了脱棒机，缩短了工艺流程，提高了钢管的终轧温度。部分
品种、规格的荒管可省去定（减）径前的再加热工序，从而节省了能源。因减小芯棒的长度和芯棒的质量，允许加大芯棒的直径，使钢管的最大外径由177．8 mm扩大到457．0 mm甚至更大；因此，限动芯棒连轧管机组可以生产中型和大型规格的无缝钢管。但是限动芯棒连轧管机组的轧制节奏比较慢，一般每分钟可轧2支或稍多一点钢管。
限动芯棒连轧管机的芯棒运行有两种方式：一是轧制结束时，芯棒停止运动，待荒管从芯棒中脱出后，芯棒快速返回，拨出轧制线，冷却、润滑后循环使用，传统的MPM均采用此种运行方式；另一种是轧制结束时，芯棒停止运动，待荒管由脱管机从芯棒中脱出后，芯棒不是回送，而是向前快速运行跟随荒管之后依次通过脱管机，芯棒穿过脱管机后，拨出轧制线再回送、冷却、润滑循环使用，该方法减少了芯棒的在线待轧时间，从而有效地缩短了轧制周期，加快了轧制节奏，轧制节奏可达到2．5支/min。两种运行方式的主要区别是：脱管完成后，芯棒是与荒管反向运行回退，离开轧管机后拨出轧制线冷却、润滑、循环使用；还是同向运行芯棒前行离开轧管机后、穿过脱管机后拨出轧制线冷却、润滑、循环使用。第二种方法因芯棒要通过脱管机，在轧制薄壁钢管（脱管机的减径量大于等于2倍的荒管壁厚）时要求脱管机轧辊必须具备快开快合功能，以免芯棒撞损脱管机轧辊［3］。
2010年有人提出了一个更大胆的芯棒运行方案：将轧管机最后一架与脱管机第一架的距离由传统的10 m左右增加到50 m甚至更远，轧管时芯棒是受齿条控制限动的，轧制终了时荒管的尾部尚包在芯棒的头部，芯棒脱离限动夹持机构后，芯棒/荒管一起穿过连轧管机，当荒管（头部）被较远处的脱管机轧过一定长度时，由设在轧管机与脱管机间辊道上的捕捉装置卡住芯棒尾部，使芯棒停止轴向运动，待荒管由脱管机从芯棒上脱出后，芯棒被移出轧制线后冷却、润滑循环使用。将这种从先是控制芯棒移动速度而后放飞芯棒/轧件、最终捕捉住芯棒约束其运行、在轧制线上完成芯棒与轧件分离的脱管工艺任务后将芯棒拨出轧制线循环使用的方式称为“空中接力”。据说采用这种芯棒运行方式的（B公司在A国投资）Φ140 mm机组目前正在建设中，计划近期投产（但至今尚未见相关报道），其设计轧制节奏为每分钟3支。该机组实际运行效果还需同行耐心等待［6］。
（3）半浮动芯棒连轧管机一般由6个机架组成，在轧制过程中对芯棒速度也进行控制，但在轧制结束之前即将芯棒放开，像浮动芯棒连轧管机一样由钢管将芯棒带出轧管机，然后由脱棒机将芯棒从荒管中抽出。在对芯棒速度进行限动时，就在一定程度上解决了金属流动规律性的问题，将芯棒放开以后，又如同浮动芯棒连轧管机一样要考虑脱棒条件的限制，因此半浮动芯棒连轧管机所轧制的钢管直径不宜太大［7］。半浮动芯棒连轧管机兼顾
了限动芯棒与浮动芯棒连轧管机的优点，每分钟可轧3支钢管，既保持了较高的轧制节奏，又确保了钢管的壁厚精度及内外表面质量，只是由于需要设置脱棒机，使其轧制钢管的最大规格受到限制，荒管的外径一般小于219 mm，荒管必须经过再加热后方能进行定（减）径，其工艺流程较长。半浮动芯棒的长度约为荒管长度的2/3。
3.2 斜轧管机
斜轧管机的种类较多，既有二辊式，也有三辊式及多辊式，为简化叙述，将斜轧管机的芯棒运行方式放在一起讨论，共有固定、全浮动、半浮动、限动、回退和拉力芯棒6种方式。
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