轧机钢管老是断芯棒什么原因

① 无缝管芯棒工作原理

常用的大口径厚壁无缝钢管冷轧机有二辊式和多辊式(三辊或四辊)两种，前者应用较为广泛。二辊式冷轧机是一种具有周期式工作制度的冷轧厚壁无缝管机。它的工作机架借助于曲柄连杆机构做往复运动。
安装在机架轴承中的工作轧辊，在轧制过程中借助于装在辊颈上的齿轮做往复运动，同时又进行滚动:在下辊两侧装着的一对齿轮与装在工作机架底座两侧上的齿条相啮合。冷轧大口径厚壁无缝钢管时。管子套在锥形芯棒3上，用装在轧辊2切槽中的两个轧槽块1进行轧制。在轧槽块的圆周上开有截面不断变化的孔型，孔型起点的尺寸相当于管料5的外径，而其末端尺寸相当于成品管6的外径。
冷轧周期轧管机在结构上，同热轧周期轧大口径厚壁无缝钢管机的区别在于，冷轧管机的工作机架做往复运动，而用来轧管的锥形芯棒却固定不动.此外，在冷轧管生产中，管料可以被全部利用，而在热轧管生产中，相当大的一部分管料(周期头)成了废料。

② 钢材压力加工综述

炼钢工序生产的钢锭或连铸坯，不能直接作为其它工业生产的原材料或直接用于社会消费，因此必须对其作进一步的塑性加工或其它加工，制成各种形状并能满足各种用途的钢材。钢材既是工业生产的基础原材料，同时也是社会生活中重要的消费材料，在国民经济中具有十分广泛的用途。
在钢铁工业生产中，绝大多数钢材是经过塑性加工制成或先经塑性加工再经其它加工制成的。所谓金属塑性加工，就是用不同的设备、工具对金属施加外力，使之产生塑性变形，制成具有预期的尺寸、形状和性能的产品的加工方法，又称金属压力加工。
塑性加工方法很多，有热压延加工法和冷压延加工法。热压延加工是将坯料加热到金属再结晶温度以上进行的塑性加工，其中热轧法是最主要的生产方法，约有90％的钢是采用热轧法直接成材，或先经热轧然后再采用其它加工方法成材的。
一、热压延加工法
热压延加工法包括热轧、锻压、挤压等方法。
（一）热轧法
热轧法是将钢料加热到1000℃～1250℃左右，用轧钢机轧制成材的方法。
1、轧钢机
（1）按用途分类
热轧机按用途分类有以下几种：
1）初轧机。用于将大钢锭轧成半成品，如方坯、板坯等。初轧机的大小以轧辊名义直径来表示，例如“850”初轧机，表示其轧辊名义直径为850毫米。初轧机的轧辊直径一般在700毫米以上，目前国内最大的初轧机辊径为1300毫米（在宝钢股份公司）。随着连铸的迅速发展，初轧机的作用在逐步减弱，现已不再建设初轧机。
2）钢坯轧机。用于将小钢锭或连铸坯或经初轧后仍较大的钢坯轧成较小的钢坯。钢坯轧机的大小以轧辊名义直径来表示，例如“650”开坯机，表示其轧辊名义直径为 650毫米。钢坯轧机的轧辊直径一般为 450毫米～700毫米。
3）型钢轧机。用于轧制各种型钢、钢轨、棒材、钢筋和线材等产品。型钢轧机包括轨梁轧机、大型轧机、中型轧机、小型轧机、棒材轧机和线材轧机等。型钢轧机的大小用精轧机轧辊名义直径表示，轨梁轧机的轧辊名义直径一般为750毫米～950毫米，大型轧机一般为550毫米～650毫米，中型轧机为350毫米～500毫米，小型轧机为250毫米～300毫米，线材轧机在25O毫米以下。
4）钢板、钢带轧机。用于轧制钢板、钢带。钢板（带）轧机大小以工作辊的辊身长度来表示，例如“1700”钢板轧机，表示其工作辊辊身长度为1700毫米。钢板轧机按所轧钢板厚度分为特厚板轧机、中厚板轧机、薄板轧机。
5） 钢管轧机。用于以轧制法生产无缝钢管。钢管轧机以能轧钢管的最大外径来表示，例如 “140”轧管机，表示这套轧管机能生产外径最大为140毫米的无缝钢管。
6）特种轧机。有车轮、轮箍轧机、钢球轧机等。
（2）按排列方式分类
轧钢机按其排列方式分类主要有以下4种：
1）单机架轧机。轧件在仅有的一台机架中完成轧制。
2）横列式轧机。数台机架横列，由一台或两台电动机驱动。轧件依次在各机架轧制一道或数道。
3）纵列式轧机。数台机架按轧制方向排成一行，轧件依次在各机架中轧制一道，但不同时在数台机架中轧制，或虽然同时在数台机架中轧制，但不构成连轧关系。
4）连续式轧机。数台机架按轧制方向排成一行，轧件同时在几台机架中轧制，并保持连轧关系，即各架轧机单位时间内的金属流量相等。
（3）按轧辊在机座中的排列方式分类
按轧辊在机座中的排列方式分类有以下4种：
1）水平式轧机。即轧辊水平布置的轧机。初轧机、型钢轧机、钢板轧机都属于这一类。这类轧机按轧辊的数目和排列方式又可分为二辊式轧机、三辊式轧机、四辊式轧机、多辊式轧机（如六辊、八辊、十二辊、十四辊、十六辊、二十辊轧机及行星轧机等）。
2）立辊轧机。即轧辊直立布置的轧机。在连续式型钢及钢坯轧机、钢板轧机、带钢轧机及线材轧机中都有立辊机座，它专门用于加工轧件的侧面。
3）万能轧机。既有立辊、又有水平辊的轧机。如二辊式、四辊式万能轧机及万能式钢梁轧机等。
4）斜辊轧机。轧辊倾斜布置的轧机。如生产无缝钢管的穿孔机、钢球轧机等都属于这一类。
2、生产方法
传统的热轧生产过程一般分以下两个步骤：
第一步用初轧机或钢坯轧机将钢锭、钢坯或连铸坯轧成一定形状和尺寸的钢坯。这种轧制过程通常称为半成品生产，也叫开坯生产。
第二步采用不同的成品轧机将钢坯或连铸坯轧成适当形状和尺寸的成品钢材，这种生产过程叫成品生产，一般又分为粗轧和精轧两个阶段。粗轧阶段采取大的压下量（每轧一道次压下的量），以减少轧制道次，提高产量；粗轧之后再进入精轧阶段，以小的压下量进行精轧，以达到良好的表面和精确的尺寸。
随着连铸生产的发展，目前很多企业采用连铸坯作为原料，只用上述的第二步骤生产钢材，并且向连铸连轧方向发展。
（二）锻压法
锻压法是用锻锤、精锻机、快锻机或液压机将钢锭锻压成钢材、钢坯或锻件毛坯。锻压是最早采用的加工方法，锻造又分为自由锻造和模型锻造两种。锻压法可以得到机械性能更好以及轧制法所不容易或不能够得到的形状的成品钢材。
（三）挤压法
挤压法是将坯料装入挤压机的挤压筒中加压，使之从挤压筒的孔中挤出，形成比坯料断面小，并有一定断面形状的型材、管材或空心材等。挤压法用于生产用热轧法难以生产的产品（如复杂断面钢材、不锈钢管等）。
二、冷压延加工法
冷压延加工法包括冷轧、冷拔和冷拉、冷弯、冷挤压等方法。
冷压延加工法是将热轧后的钢材在再结晶温度以下继续进行加工，使之成为冷压延加工钢材。采用冷压延加工方法可以改善钢材的机械性能，并得到尺寸精度高和有一定光洁度的产品。
（一）冷轧法
冷轧法主要用于生产冷轧钢板、冷轧钢管及冷轧钢筋。
冷轧钢板可采用二辊式轧机、四辊可逆式轧机、多辊可逆式轧机和冷连轧机生产。四辊和多辊轧机虽然工作辊仍然只有两个，但每个工作辊都有一个乃至多个大直径的支承辊支承着，可防止工作辊产生挠度。因而可以生产宽度大和更薄的钢板，例如二十辊轧机能生产薄至0.001毫米的薄板，但两辊轧机一般只能生产薄至0.35毫米的薄板。
冷轧钢管采用二辊周期式冷轧管机和多辊式冷轧管机生产。
冷轧钢筋采用Y型三辊轧机生产。
（二）冷拔法
冷拔法主要用于生产型钢和钢管。冷拔法就是用冷拔机对型钢和钢管进行冷拔。对钢管进行冷拔又分无芯棒拉拔、长芯棒拉拔和短芯棒拉拔三种。
冷拔机大小以拉力来表示，如 10吨冷拔机是表示这台冷拔机的拉力为10吨。
（三）冷弯法
冷弯法主要用于生产冷弯型钢和焊管。冷弯法是通过冷弯机将钢带或钢板在冷状态下弯曲成各种断面形状的钢材。若弯曲成圆形、方形等中空形状并以适当的焊接方法将接缝焊合形成的钢管即是焊管。冷弯的优点：一是冷弯成的型钢重量轻、承载大，用它代替热轧型钢可以节约金属；二是可以生产热轧所不能生产的各种特薄、特宽和断面形状复杂的型钢。
三、镀、涂层加工
为了提高钢材的抗腐蚀性和装饰性，在塑性加工钢材的表面镀或涂一层保护层，成为镀、涂层钢材，也是钢材生产方法的重要内容。保护层材质分金属和非金属两类。金属保护层采用电镀、热镀及化学镀层方法。镀层金属主要有锌、锡、铜、铝、铬等，其中以镀锌和镀锡最为普遍。以薄板为例，薄板镀锌采用热镀方法的较多，连续热镀锌是目前世界各国采用的一种主要镀锌方法。钢板热镀锌工艺具有效率高、产量大、成本低、镀层厚等优点。薄钢板镀锡多采用连续式电镀方法。薄钢板电镀锡工艺较热镀锡工艺虽有成本高、镀层薄的不足，但具有镀层均匀、光洁度好等优点。非金属保护层采用辊涂等涂层方法，在冷轧板、镀锌板、焊管等钢材上涂上一层或两层有机涂料（如环氧酯、聚酯、丙烯酸脂、塑料溶胶等）或者覆上一层塑料薄膜。由于涂层可以制成不同的颜色，因此涂层钢板也叫彩色钢板或彩涂钢板。辊涂法是目前采用的主要生产方法，具有效率高、成本低、有利于环境保护以及产品涂层厚度均匀，具有良好的着色性、成型性、耐蚀性等优点。

③ 20号钢无缝钢管的20号钢无缝钢管介绍

20号无缝钢管在我国钢管业中具有重要的地位。据不完全统计，我国现有20号无缝钢管生产企业约240多家，无缝钢管机组约250多套，年产能力约450多万吨。从口径看，<φ76的，占35%，<φ159-650的，占25%。从品种看，一般用途管190万吨，占54%；石油管76万吨，占5.7%；液压支柱、精密管15万吨，占4.3%；不锈管、轴承管、汽车管共5万吨，占1.4%。
生产流程
轧制无缝管的原料是圆管坯，圆管胚要经过切割机的切割加工成长度约为1米的坯料，并经传送带送到熔炉内加热。钢坯被送入熔炉内加热，温度大约为1200摄氏度。燃料为氢气或乙炔。炉内温度控制是关键性的问题。
接下来是定心过程。由于管坯加热，并且是毛坯，尺寸不规则，所以要确定圆柱中心线，即为定心过程。
圆管坯出炉后要经过压力穿孔机进行穿空。一般较常见的穿孔机是锥形辊穿孔机，这种穿孔机生产效率高，产品质量好，穿孔扩径量大，可穿多种钢种。穿孔过程的机械受力情况现在依然没有一个公认的结论说明这个问题。
穿孔后，圆管坯就先后被三辊斜轧、连轧或挤压。钢管中间的辅助棒材叫做芯棒。芯棒在轧制过程中有三种情况，即运动形态，分别是固定芯棒，浮动芯棒，半浮动芯棒。固定芯棒指芯棒不动，浮动芯棒指芯棒在轧制过程中自由运动，半浮动芯棒指芯棒先不动，等轧制过程接近结束的时候开时自由运动。每种方法都有其优缺点。
轧制之后再加热，上面所示生产过程的图片中加热炉是一个步进式加热炉。简单说来就是图上的两个凸轮机构，带动钢管做循环往复运动。
随后进行减径，脱管定径。其实定径和减径生产过程和工艺基本相同，只是钢管直径变化程度一个大一个小。定径机通过锥形钻头高速旋转入钢胚打孔，形成钢管。钢管内径由定径机钻头的外径尺寸来确定。钢管经定径后，进入冷却塔中，通过喷水冷却，钢管经冷却后，就要被矫直。矫直用矫直机矫直。
钢管经矫直后由传送带送至金属探伤机（或水压实验）进行内部探伤。若钢管内部有裂纹，气泡等问题，将被探测出。钢管质检后还要通过严格的手工挑选。钢管质检后，用油漆喷上编号、规格、生产批号等。并由吊车吊入仓库中。

④ 轧机、轧钢机的压轧工艺流程是什么

轧机、轧钢机的压轧工艺流程如下：

轧制过程：

一般单机架二十辊冷轧机的轧制过程可分为上料及穿带、可逆轧制；卸料及重卷3个阶
段。

二十辊轧机，特别是森吉米尔二十辊轧机，是采用大张力进行轧制的；轧制过程是从钢
带在轧机前后的卷取机/开卷机施加张力之后才开始的，这之前即是上料及穿带阶段。

上料及穿带阶段：

一般用上料小车将钢卷送到开卷机卷筒上；开卷多采用浮动开卷机，
以保证钢带始终处在轧机中央位置；浮动开卷机由光电对中装置通用液压缸来进行控制；开
卷后钢带经矫直机(三辊直头或五辊矫直机)进行矫直；部分轧机设有液压剪可以进行切头；钢带用上摆式导板台跨过机前卷取机，直接送到二十辊轧机；然后开卷机继续往前送出钢带穿过轧机一直送到机后卷取机钳口，钳口钳住钢带带头并在卷筒上缠绕2—3圈后停止送带，穿带结束。
可逆轧制阶段：

穿带结束后，首先安放好上、下工作辊(穿带时，工作辊已取下)，然后调准轧制线，关闭轧机封闭门，机前压板压下，出口侧擦拭器压紧钢带，轧机工艺润滑冷却系统启动供液，轧机带钢压下，卷取机转动给钢带前张力，机前后测厚仪、测速仪进入轧制线，机组运转开始第一道次的轧制。
轧制过程中，如果发现钢带边部有缺陷将影响到高速轧制，则当缺陷部位经过轧辊时；
操作工按一下操作台上的按钮，将其缺陷位置信号输入AGC系统。轧制将结束时轧机减速，当钢带尾部到达机前卷取机位置时，机组停车，第一道次结束。测厚仪、测速仪退出轧制
线，轧机压下抬起，钢带张力解除，冷却润滑剂停止供给，压板抬起。
第二道轧制时，钢带反向运动，机前机后位置互换。第二道次工作开始时机后卷取机反
向运行将机前钢带头部送人机前卷取机卷筒钳口，钳口钳住带头后，机前卷取机转动将钢带
在卷筒上缠绕2—3圈；然后，轧机供给冷却润滑液，轧机压下，机前后卷取机传动给出后
张力，机前后测厚仪、测速仪进入轧制线，机组运转开始第二道次的轧制。
从第二道次开始，轧制就在机前后卷取机和二十辊轧机之间往返进行。当轧机的自动厚度控制(ACC)系统投入工作时可以实现全自动控制。当轧制过程中钢带有缺陷的部位过轧辊时，轧机会自动减速。轧制终了，轧机会自动停车。
一般可逆式轧机轧制奇数道次，但是在机前后卷取机为胀缩式卷筒时，可以轧制偶数道
次，即在轧机开卷机一侧也可以卸卷。
一般在成品道次轧制前，需要更换工作辊，以获得高质量的及有特殊要求的钢带表面质
量。在成品道次轧制后，轧机停车，压下拾起，测厚仪、测速仪退出轧制线，轧机停止冷却润滑液供给，卷取机的压辊压下，或者将卸卷小车升起用小车座辊顶住钢卷，避免钢卷松卷卷取机转动将钢带尾部全部卷到卷筒上。至此可逆轧制过程结束。

卸卷及重卷阶段：

对于胀缩式卷筒卷取机，卸卷比较简单。首先用捆扎带在钢卷径向捆
扎一道，卸卷小车升起顶住钢卷，卷取机卷筒收缩，钳口打开，钢卷便被卸卷小车托住，卸卷小车和卷取机的辅助推板同步移动，便将钢卷从卷取机上卸下，卸卷小车继续移动将钢卷送到钢卷存放台上。
对于轧机前后为实心卷筒的卷取机，钢卷不能够从卷筒上直接卸下，只有将钢卷重新卷
到一台胀缩式卷筒卷取机上，才能将钢卷卸下来。森吉米尔二十辊轧机、森德威二十辊轧机，采用实心卷筒卷取机时，机组一般设有重卷机构，将成品钢卷及实心卷筒一起从卷取位置转移到重卷开卷位置i然后将钢卷从开卷机往重卷机上重新卷取一次，由于重卷过程是在轧机轧制区域之外的位置进行的，所以重卷和轧制可以同时进行，互不影响。

轧制工艺：

1、压下制度：
轧机的压下制度，应根据轧机的技术参数、轧制材料的力学性能、产品的质量要求来制
定，同时还要考虑轧机生产能力要高，消耗要低。
用二十辊轧机轧制优质碳素钢，相对来说是非常容易的，使用二十辊轧机的目的是追求
产品的高质量，有高的尺寸精度、板形和表面质量，获得更薄的产品。
碳素钢，特别是低碳软钢，在二十辊轧机上，一个轧程的总压下率能达到95％以上，道次压下率可以达到66％。
对于可逆式冷轧机，由于各道次是在同一-架轧机上轧制，所以道次压下率分配是用等压力轧制原则来确定压下规程。一般第一道第二道的压下率最大，随着被轧钢带的加工硬
化，道次压下率逐渐减小，以使各道次的轧制压力大致相等。
为了提高轧机的生产能力，在充分利用轧机及机前后卷取机主传动功率的前提下，要尽
可能地加大道次压下率以减少轧制道次。但是，有时为了获得良好的板形及表面质量，减少
钢带纵向的厚度偏差，也可以适当地增加轧制道次，在总压下率相同的情况下，采用较多的轧制道次能使钢带的强度略有提高。成品道次的压下率对板形的影响较大，一般采用10％
左右。
2、张力制度：
冷轧钢带的一个特点是张力轧制；没有张力就无法进行钢带的冷轧。张力可以降低轧
制压力，改善板形，稳定轧制过程。张力制度对于钢带冷轧非常重要。
采用小直径工作辊轧制的二十辊轧机(及多辊轧机)，轧制过程的工艺特点则是采用大
张力轧制。
必须采用大的单位张力，是由于被轧制材料具有物理—力学性能各向异性现象，或在小
变形弧长度内工作辊具有不大的歪斜，这样沿带材宽度出现压下和延伸的不均衡性。在压
下量小的区域内重新分布张力时，张力达到屈服极限，井可能使带材宽度方向的延伸均衡。
实际上，在多辊轧机上轧制时，金属的变形是依靠轧辊压下和卷取机建立的带材张力共同完
成的。
多辊轧机中采用的单位张力的大小取决于材料的物理—力学性能及冷加工硬化程度、带
材厚度及其边部质量。一般单位张力为20％一70％ 。
为了实现稳定轧制过程所必须的大的单位张力及总张力，要求在多辊轧机中设置具有
大功率传动的卷取机。一般二十辊轧机卷取机电机功率达到轧机主传动功率的70％一
80％，有的甚至达到100％。
各道次张力按如下方法确定。一般来说，第一道次轧制时，由于酸洗机组的卷取张力较
小，为了避免造成钢带层间错动而擦伤表面，第一道的后张力根小，小于酸洗机组卷取张力。
为了增加第一道轧制的后张力，二十辊轧机入口侧设有压板来增加轧制后张力；前张力可以
根据工艺要求自由决定。在以后的轧制道次中，根掘轧制钢带品种、规格，或者采用前张力
大于后张力，或者后张力大于前张力。一般采用将前一道次的轧制前张力作为本道次的后
张力，单位前张力大于单位后张力。成品道次的前张力(卷取张力)有两种情况。对于胀缩式卷筒卷取机，由于在卷取机上可以直接卸卷并且钢卷直接进罩式炉进行紧卷退火，为防止在退火中产生粘结，卷取张力应减小，卷取张力小于50Mpa时，退火粘结的几率就很低了，但卷取张力低会影响轧机生产能力；对于实心卷筒卷取机，由于需要进行重卷，重卷时可以
采用较小的张力(10—40Mpa)，因此轧制时能够采用大张力，可以提高轧机生产能力。
道次的张力还应根据板形随时进行调整，特别是轧制带材较薄时。当材料中部有波浪时，应减小张力防止拉裂带边或断带；当带材产生边浪时，可以适当增加张力。
3、速度制度：
轧制速度的确定，应根据设备的能力，在轧机允许使用的速度范围内尽可能采用高的轧
制速度，以提高轧机的生产能力；同时，当轧制速度增加时，轧制压力相应有所减小。
一般第一道次轧制时采用较低的轧制速度，因为第一道的压下量大，如果再用高速度轧
制，将使轧辊急剧发热，由于多辊轧机轧辊冷却条件较差，将影响轧辊寿命；另外，由于坯料纵向厚度偏差大，板形与轧辊不完全符合，第一道轧制时要对坯料进行调整，要求速度较低；同时采用高速度大压下，主电机能力也不能满足。
以后的道次，则根据压下制度和张力制度及主电机的功率决定轧制速度，使主电机的能
力得到发挥。
每道次轧制的启动和制动时，分别有一个升速和降速的过程。在轧制过程中，应尽可能
少调速，以保证轧制的稳定性，从而达到厚度偏差的均一性。
4、辊形：
由于二十辊轧机机架的刚性和零凸度设计，以及轧辊辊形的多种有效的调整手段，所以，
二十辊轧机能够全部使用没有辊形凸度的平辊进行轧制。根据需要，工作辊和第二中间辊也
可以适当地配置凸度辊；第一中间辊永远是平辊，但—头带有锥度，供轧辊轴向调整使用；支撑辊的背衬轴承不能有凸度。

⑤ 轧管机的原理！

连轧管变形原理(deformation theory of continuous tube rolling process)

浮动芯棒连轧管运动学特征
咬入阶段
隐态连轧阶段
抛钢阶段
轧制速度的设定
限动芯棒连轧管运动学特征
浮动芯棒连轧管的变形特征
孔型系统
孔型侧壁
延伸系数
减壁量
限动芯棒连轧管的孔型和变形参数选择
轧制力和轧制力矩的确定
轧制力
轧制力矩
竹节现象
有关连续轧管机轧管时运动学、变形、轧制力和制力矩以及“竹节”形成的基本理论。
浮动芯棒连轧管运动学特征 浮动芯棒连轧管时插入芯棒后的穿孔毛管，一般经过8机架连轧加工成为荒管。整个轧管过程包括咬入、稳态连轧和抛钢3个轧制阶段，其运动学特征即连轧管过程的时间一位移关系的特征(见图1)。

图1连轧管过程的时间-位移关系特征图
虚线abcd-芯棒头部速度变化；虚线ABCD-芯棒尾部速度变化
实线Aa’b’c’d’-毛管头部速度变化；实线A’B’C’D’-一毛管尾部速度变化
咬入阶段 从第1架轧机开始咬入毛管头部到最后一架咬入毛管头部为止。咬入过程是一个非稳定的轧制过程。管子头部Va’b’从进入各机架变形时随着延伸系数的加大而增加运动速度(即产生阶跃加速变化)。管子头部速度的阶跃增量为△V(n-1)→n=(μn-1)V n-1。式中μn为第n架的延伸系数；V n-1为第n一1架的轧制出口速度。管子尾部Va’b’则由第1架咬入速度确定，可以假定保持不变。
由于自由浮动的长芯棒是一根刚性体工具，芯棒头部Vab和尾部VAB的运动速度相同，并随着管子速度阶跃变化也呈阶跃加速变化。但芯棒速度的阶跃增量总是小于管头速度增量。若管头在第8架的出口速度为V8(1→8)时，芯棒速度则是1～8架管子速度的平均值。若芯棒速度由Vd[1→(n-1)]阶跃加速为Vd[1→n]时，则芯棒速度阶跃增量为△Vdn={Vd[1-n] -Vd[1→(n-1)]}>0。管头速度的阶跃变化引起了芯棒速度的阶跃变化，交变着的芯棒速度又反过来引起了在各架轧机上管子实际出口速度的变化，并取决于芯棒速度阶跃增量和摩擦条件。管子实际出口速度的变化可用下式表示：
△V’n(1→n) =f2△Vdn/(f1+f2)
式中△V’n(1→n)为管子同时处于1～n架连轧时，在第n架轧机上由于芯棒速度阶跃变化而引起的管子实际出口速度的增量变化；f1为轧辊与管子外表面之问的摩擦系数；f2为芯棒与管子内壁之间的摩擦系数。
在各机架咬入时都存在着一次咬入(管子头部与轧辊接触瞬间，靠旋转的轧辊和金属之间的摩擦力把管子曳入变形区中，开始减径)和二次咬入(管子内表面与芯棒相接触瞬间，靠旋转的轧辊与金属之间的摩擦力来克服芯棒的轴向阻力而把管子曳入减壁区中)。对连轧管机第1架，由于一般采用辊道送钢，可以看成在无外推力的情况下实现一次咬入和二次咬入。而对第2架和以后各机架的咬入都存在着上一机架所给予的后推力，一次和二次咬入条件均可得到改善。
连轧管机第1架的一次咬入条件为：
tanα≤f
连轧管机第1架的二次咬入条件为：
tanα2≤(2f-tanα)/1+2ftanα
式中α为一次咬入角；α2为二次咬入角；f为摩擦系数。
稳态连轧阶段 从管子头部进入第n架轧机后，管子同时处于第l～n架轧机之间进行稳定连续轧管开始到毛管尾部由第1架轧机抛出为止。在稳态连轧管过程中，由于管子同时处于n架轧机作用下，管子头部速度Vb’c’、管子尾部速度VB’C’、芯棒头部速度Vbc和芯棒尾部速度VBC均保持恒速运动。在各架轧机上的管子出口速度是连续递增的。管头速度远大于管尾速度，即Vb’c’>VB’C’，Vb’c’=μεVB’C’(式中με为1～n架的总延伸率)。而芯棒则是一个恒定的平均速度，芯棒头尾速度是一致的，并低于第n架管子出口速度即Vbc=VBC=常数，而Vb’c’>Vbc>VB’C’。
在稳态连轧阶段存在着滞后机架、同步机架和导前机架等3种不同轧制状态的机架。在n机架连轧管工作系统中，在芯棒和管子内表面的整个接触长度上存在着一个速度同步面(或称芯棒中性面K)，也就是其中有一个申间机架的变形区内某一K截面的金属流动速度等于芯棒速度。这个中间机架叫做同步机架(或称K机架)。在同步机架前的各架称为滞后机架，即在这些机架中金属的速度滞后于芯棒速度；在同步机架后的各架称为导前机架，即在这些机架中金属的速度超前于芯棒速度。在咬钢时，同步机架渐次由第1机架变化至第K机架；而抛钢时，同步机架又由第K机架变化至第n机架。
抛钢阶段 从第1架轧机毛管尾部抛出开始，到荒管尾部由最后一架轧机抛出为止。
抛钢时，管子头部速度Vc’d’、管子尾部速度VC’D’、芯棒头部速度Vcd和芯棒尾部速度VCD都同时具有阶跃性加速的特点。芯棒速度的阶跃变化大于管子出口速度的阶跃变化，即VCD>VC’D’。当管子尾部从第1架轧机开始抛出后，便消失了一个对芯棒的后拖阻力，使芯棒产生一个加速。芯棒速度阶跃增量△Vd=V d(2→8) -V d(1→8)。在抛钢时，管子尾部出口速度的阶跃增量要比咬入时的管头出口速度的阶跃增量大。
在长芯棒浮动连轧管的一个轧制周期内，将发生(2n一1)次运动状态的变化，并引起2n次管子出口速度和(2n～1)次芯棒速度的变化。这种运动速度的复杂交变关系必然会通过各种力的传递作用而直接影响到轧制变形区内的应力-应变状态及其金属塑性流动规律。
稳态连轧管过程中按照通过各机架的变形区内任一截面上的金属秒流量相等的原则，可以计算并预设定任一机架的轧制速度Vi和轧辊转速ni。
F1V1=F2V2=…FiVi=const
而 Vi=πDKini/60
则 F(i-1)DK(i-1)n(i-1) =FiDKini
考虑各机架问的张力(或推力)时，
F(i-1)DK(i-1)n(i-1)=FiDKiniS(i-1)→i
n(i-1) =niDKi/DK(i-1) Fi/F(i-1)S(i-1)→i
又因 μ1=F 0/F1;μ2=F1/F2;…μi=Fi/Fi
故

式中DK(i-1)为前一架的轧辊工作辊径，mm；DKi为后一架的轧辊工作直径，mm；Fi-1为前一架的变形区出口截面积，mm2；Fi为后一架的变形区出口截面积，mm2；μi为第i架的延伸系数；S(i-1)→i为(i—1)机架与i机架间的张力(或推力)系数。
在现代连轧管机上，一般采用微张力(或推力)轧制。为了保证稳定轧制而不会出现较严重的抱芯棒现象，在第1～2架和第2～3架之间采用1％的张力系数，而在中间机架之间采用0.5％～0.8％的张力系数，以保证轧制过程的稳定性和荒管的尺寸精度。在最后两架之间则采用≤1％的推力系数，以便于松棒脱棒。各机架张力系数的分配见表1。
表l连轧管机各机架的张力系数的分配

机组
传动

各机架酊张力系数5(，。)一，

型式

1～2

2～3

3～4

4～5

5～6

6～7

7～8

8～9

单独

传动

1．01

1．01

1．008

1．008

1．005
l

1．OO

O．99

O．99

集体

传动

1．12～

1．15

1．08～

1．10

1．06

1．05

1．04

1．00～

1．02

1．00

1．OO

轧制速度的设定 在浮动芯棒连轧管机上预设定各机架的轧辊转速及其主电机转速时，通常采用逆向法，从最后一架轧机开始向前逐架地推算到第1架轧机。
现代连轧管机(8机架)轧辊转速系列预设定的计算程序如下：

根据上述的各机架轧辊转速，通过各机架的减速器速比i，即可换算出备机架主电机转速并给予设定。
工作辊径DKi由下式确定：DKi=Da+△一λ1b
式中Da为轧辊辊身直径，mm；△为辊缝(第一架取8～10mm，其余各架取4～6mm)；b为孔型高度，mm；λ1为孔型形状系数，由图2确定。
限动芯棒连轧管运动学特征 限动芯棒连轧管运动学特征主要是：在轧制过程中芯棒速度是恒定的，基本上没有浮动芯棒轧制时金属流动呈断续轧制状态而产生的“竹节”缺陷。
确定芯棒速度的原则是使芯棒速度必须低于任一机架的轧制速度，使各架均处于同一方向的差速轧制状态。一般取芯棒速度低于第一机架的轧件平均运动速度。
芯棒速度对轧制过程的影响是：芯棒速度越低即同轧件的速度差越大，则后张力越大，可降低轧制压力、减少宽展、促进延伸并有利于提高轧后钢管尺寸精度。芯棒速度也不能过低，因为速度差太大，摩擦热大，会导致芯棒磨损严重，降低芯棒使用寿命。一般芯棒限动速度在0.7～1.5mm/s，芯棒工作段长度在15m左右。

孔型侧壁角αB/(。)
a

孔型侧壁角αB/(。)
b

0 O．04 0．08 0．12 O．16 0．20
O．02 0．06 0．10 0．14 O．18
偏心矩e/mm
C
图2确定λ1值图
a-带直线倒壁的圆孔型；b-带圆弧侧壁的圆孔型
c-椭圆孔型
1-μ=2.0；2-μ=1．5；3-μ=1．1

图3 芯棒限动速度Vd曲线
a-快速送进芯棒并定位;b-限动速度轧制
c-芯棒快速返回
芯棒的限动速度曲线见图3。芯棒在轧制过程中的位置见图4。
浮动芯棒连轧管的变形特征浮动芯棒连轧管的变形特征包括孔型系统、孔型侧壁、延伸系数和减壁量。

图4芯棒工作位置图
1、2-芯棒快速送进并定位；3、4-管子头部充满各架变形区；5-芯棒恒速轧制，6、7-管子尾部逐渐脱离各架变形区至终了
孔型系统 在现代浮动芯棒连轧管机上，一般采用椭圃一圆孔型系统。第1架(或头两架)轧机上采用带圆弧侧壁斜度的椭圆孔型，这种孔型能够在减径较大时保证必要的延伸，磨损后易于调整。中间机架(如2～6架)主要是减壁变形，可采用带有圆弧侧壁斜度的圆孔型或者采用偏心距渐小的椭圆孔型。最后两架，为了保证轧出荒管的尺寸精度且易于脱棒，多采用具有小侧壁(或无侧壁)的圆孔型。图5示出8架浮动芯棒连轧管机上的孔型系统及金属充满状况。
当孔型宽度为b、孔型高度为dk时，孔型宽高比ξ=b/dk(或称孔型椭圆度系统)表示孔型椭圆度大小。当ξ=1时孔型为圆形，ξ越大于1，孔型的椭圆度愈大。当ξ=1.25～1.35时，金属在孔型中的横向流动比较自由，易造成横向壁厚不均。ξ<1．24时，金属沿孔型周边的变形比较均匀，轧管时的横向壁厚不均较小，但不易脱棒。表2列出了某连轧管上孔型系统的ξ值。

图5 浮动芯棒连轧营机上孔型系统及金属充满图
孔型侧壁 作用是在保证管子正常咬入的同时使管子外径得到压缩与夹持，并能够获得纵向延伸和避免出耳子。在连轧管机的头几架一般选择较大的孔型侧壁斜度，有利于金属的横向流动，宽展比较自由，能够减少管子对芯棒的摩擦阻力，使金属有可能获得较大的纵向延伸。但是，过大的侧壁斜度会使孔型侧壁处的非接触区增加过大，有可能导致壁厚不均、孔型过充满，甚至产生纵向裂纹、耳子等缺陷。而最后两架中应选取较小的侧壁斜度，以保证均匀变形和荒管的尺寸精度。孔型侧壁斜度大小可用孔型侧壁角αB=arccosdk/b来表示。表3列出了连轧管机各机架孔型侧壁角αB的分配情况。
表2连轧管机各机架中孔型f值的分配

机架序号№

1

2

3

4

5

6

7

8

9

孔型宽高比}值

1．20～1．25

1．20～1．25

1．Z5～1．30

1．25～1．3C

1．25～1．30

1．24～1．25

1．24～1．25

1．06～1．20

1．OO～1．02

延伸系数 浮动芯棒连轧管机的总延伸系数为4～6。各机架中道次延伸系数可按半抛物线型曲线分配确定。在头3道次，因温度高可采用大压下量，以迅速减径减壁，壁厚压下率可达70％；而在中间机架(如4～6架)上的变形量则逐渐减少。最后两架的变形量应是很微小的，以保证荒管尺寸精度并易于脱棒。连轧管机上各机架延伸系统的分配实例见表4。
表3连轧管机各机架中孔型侧壁角c|B的分配

机架序号№

1

2

3

4

5

6

7

8

9

孔型侧壁角蜘

45。～50。

40。～45。

40。～45。

40。～45。

40。～45。

40。～45。

40。～45。

30。～32。

28~～30。

表4连轧管机各机架延伸系数的分配实例

轧机类型

各机架的延伸系数肛

l

2

3

4

5

6

7

8

9

7机架

1．35～1．45

1．45～1．50

1．45～1．50

1．27～1．5C

1．16～1．20

1．10

1．05

9机架

1．20～1．45

1．20～1．55

1．20～1．40

1．15～1．35

1．15～1．30

1．10～1．25

1．02～1．10

1．02～1．03

1．003～

1．005

表5连轧管机各机架减壁量的分配实例

机架序号№

1

2

3

4

5

6

7

8

9

减壁量AS，／mm

4．2

6．3

4．4

3．4

2．O

1．3

O．4

O

O

减壁率等／％

30

45

44．9

44．1

37

30

11．7

O

0

减壁量 各机架减壁量的分配可按抛物线型的经验公式来确定：
ΔSi=[0.0417+(7-i)2/40]ΔS∑
式中ΔSi为第i架中孔型顶部的减壁量，mm；i为机架序号；ΔS∑为连轧管中的总减壁量，mm。连轧管机各机架中减壁量的分配实例见表5。
限动芯棒连轧管的孔型和变形参数选择 由于取消了脱棒机，芯棒是靠脱管时将钢管从芯棒前端拔出，另外由于差速轧制有利于金属纵向延伸，宽展小，故限动芯棒轧制时可取椭圆度小的孔型，孔型宽高比为1.0～1.03，并可取较大壁厚压下量和总延伸系数，最大总延伸系数可达10。在这种孔型中变形比较均匀，轧出的管子尺寸精度高，壁厚公差可达到±5％～6％。
轧制力和轧制力矩的确定
轧制力 在芯棒上轧管时沿变形区长度上存在着减径和减壁两个区，其轧制力为：
P=pc1F1+pc2F2
式中pc1为减径区的平均轧制单位压力，MPa；pc2为减壁区的平均轧制单位压力，MPa；F1为减径区接触面的水平投影，mm2；F2为减壁区接触面的水平投影，mm2。
减径区平均单位压力为：
pc1 =ηKf2S0/Dcp
式中S0为毛管壁厚，mm；Dcp为减径区管子平均直径，mm；Kf为变形抗力，MPa；η为考虑外区对平均单位压力的影响系数：

式中l1为减径区长度。
减壁区平均单位压力为：
Pc2=K(1+m)
式中K=1.15Kf；m为考虑外摩擦对平均单位压力的影响系数m=2f1l2/S0+Sk；f1为金属和轧辊之间的摩擦系数；l2为减壁区长度，mm；S0为轧前管子壁厚，mm；SK为轧后管子壁厚，mm。
用带侧壁的孔型轧管时变形区总接触面积的水平投影为：

式中F为总接触面积的水平投影，mm2；Dmin为孔型顶部轧辊直径，Dmin=D1 -dk，mm；D1为轧辊辊环直径，mm；dk为孔型高度，mm；b为孔型宽度，mm。
减壁区接触面积的水平投影为:
F2=(δ0+2So)l2
式中δ0为芯棒直径，mm；S0为前一架轧出管子的壁厚，mm；l2为减壁区长度，mm。
减径区接触面积的水平投影为：
F1=F-F2
分别求出声pc1、pc2、F1和F2后，就可求出轧制力。
轧制力矩 在连轧管机上的轧制力矩应包括减径区和减壁区的轧制力矩、前后张力(或推力)的力矩以及作用在钢管与芯棒接触面上的轴向力矩，即

式中Mr为作用在连轧管任一机架的一个轧辊上的轧制总力矩；P1、P2为减径区与减壁区的长度；qH、qh为相邻机架之间的前后张力(或推力)，(其所产生的力矩与P1、P2产生的力矩同向时公式中用“+”号，反之用“一”号)；R1为轧辊中心线与芯棒中心线之间的距离；Q为在钢管和芯棒接触面上的轴向力，Q=pc2πδ0L2f2(式中δ0为芯棒直径；f2为金属和芯棒之间的摩擦系数，取f2=0.08～0.1)。
限动芯棒连轧管时由于后张力的作用，轧制压力比浮动芯棒连轧管降低30％左右，能耗降低20％～30％。
竹节现象 在浮动芯棒连轧管机上，由于芯棒速度的阶跃变化反映在荒管质量上的一个突出问题是荒管沿长度方向上外径和壁厚尺寸都产生纵向不均匀的规律性变化。人们把荒管的这种外径与壁厚尺寸的纵向差异(呈周期性鼓肚)称为竹节现象。根据荒管外径与壁厚的纵向尺寸差异，在沿顺轧制方向的前后两段又划分为前竹节和后竹节。如图6所示，图中B段为前竹节，D段为后竹节。

竹节形成机理是近代连轧管理论中的一个重要研究课题。一般认为，产生竹节原因是由于浮动芯棒连轧管过程中出现了2n次交变断续轧制状态，尤其是芯棒速度的阶跃变化，在非稳定轧制时的变形区内引起了金属塑性变形及其流动的不连续性所造成的。
控制竹节的工艺措施有：
(1)在工艺操作上，合理分配延伸；改善芯棒摩擦条件(如选好的芯棒润滑剂及喷涂方法、提高芯棒耐磨性与减小表面粗糙度等)；改进孔型设计，后部机架的轧辊孔型采用较大的侧边开口以减少管子对芯棒抱紧力，有利于金属纵向流动并减弱前竹节现象；
(2)在设备改进上，采用变刚度轧机结构，以便消除荒管纵向尺寸的不均匀性；
(3)在电气控制上，采用后竹节的转速迫降控制环节、管头尾突加张力控制环节、咬钢动态速降补偿环节等，以抵消芯棒加速的阶跃增量或突加张力拉薄，以利提高荒管纵向尺寸精度。

⑥ 钢管的鉴别

1.伪劣钢管易出现折叠。
折叠是钢管表面形成的各种折线，这种缺陷往往贯穿整个产品的纵向。产生折叠的原因是由于伪劣厂家追求高效率，压下量偏大，产生耳子，下一道轧制时就产生折叠，折叠的产品折弯后就会开裂，钢材的强度大下降。
2．伪劣钢管外表经常有麻面现象。
麻面是由于轧槽磨损严重引起钢材表面不规则的凹凸不平的缺陷。由于伪劣钢管厂家要追求利润，经常出现轧槽轧制最超标。
3．伪劣钢管表面易产生结疤。
原因有两点：(1)．伪劣钢管材质不均匀，杂质多。(2)。伪劣材厂家导卫设备简陋，容易粘钢，这些杂质咬人轧辊后易产生结疤。
4．伪劣材表面易产生裂纹，原因是它的坯料是土坯，土坯气孔多，土坯在冷却的过
程中由于受到热应力的作用，产生裂痕，经过轧制后就有裂纹。
5．伪劣钢管容易刮伤，原因是伪劣钢管厂家设备简陋，易产生毛刺，刮伤钢材表面。深度刮伤降低钢材的强度。
6．伪劣钢管无金属光泽，呈淡红色或类似生铁的颜色，原因有两点二、它的坯料是土坯。2、伪劣材轧制的温度不标准，他们的钢温是通过目测的，这样无法按规定的奥氏体区域进行轧制，钢材的性能自然就无法达标。
7．伪劣钢管的横筋细而低，经常出现充不满的现象，原因是厂家为达到大的负公差，成品前几道的压下量偏大，铁型偏小，孔型充不满。
8．伪劣钢管的横截面呈椭圆形，原因是厂家为了节约材料，成品辊前二道的压下量偏大，这种螺纹钢的强度大大地下降，而且也不符合螺纹钢外形尺寸的标准。
9．优质钢材的成分均匀，冷剪机的吨位高，切头端面平滑而整齐，而伪劣材由于材质差，切头端面常常会有掉肉的现象，即凹凸不平，并且无金属光泽。而且由于伪劣材厂家产品切头少，头尾会出现大耳子。
10．伪劣钢管材质含杂质多，钢的密度偏小，而且尺寸超差严重，所以在没有游标卡尺的情况下，可以对它进行称量核对。比如对于螺纹钢 20，国家标准中规定最大负公差为 5%，定尺9M时它的单根理论重量为 120公斤，它的最小的重量应该是：120 X（l－5%）=114公斤，称量出来单根的实际重量比114公斤小，则是伪劣钢材，原因是它负公差超过了5%。一般来说整相称量效果会更好，主要考虑到累积误差和概率论这个问题。
11．伪劣钢管的内径尺寸波动较大，原因是；l、钢温不稳定有阴阳面。2、钢的成分不均匀。3、由于设备简陋，地基强度低，轧机的弹跳大。会出现有同一周内变化较大，这样的钢筋受力不均匀易产生断裂。
12．优质管的商标和印字都比较规范。
13．三钢管直径16以上的大螺纹，两商标之间的间距都在IM以上。
14．伪劣钢材螺纹钢的纵筋经常呈波浪形。
15．伪劣钢管厂家由于没有行车，所以打包比较松散。侧面呈椭圆形。

⑦ 48*1.8的无缝钢管工艺流程是什么样的

关于冷轧管轧管过程、变形和应力状态、瞬时变形区、滑移和轴向力、轧制力等的基本理论。

二辊式冷轧管机的轧管过程 二辊式冷轧管机工作时，其工作机架借助于曲柄连杆机构作往复移动。管子的轧制(图1)是在一根拧在芯棒杆7上的固定不动的锥形芯棒和两个轧槽块5之间进行的。在轧槽块的圆周开有半径由大到小变化的孔型。孔型开始处的半径相当于管料1的半径，而其末端的半径等于轧成管2的半径。

图1二辊式冷轧管机

1-管料；2-轧成管；3-工作机架；4-曲柄连杆机构；5-轧槽块

6-轧辊；7-芯棒杆；8-芯棒杆卡盘；9-管料卡盘；10-中间卡盘；11-前卡盘

在送进和回转时，孔型和管体是不接触的，为此，轧槽块5上在孔型工作部分的前面和后面，分别加工有一定长度的送进开口(半径比管料半径大)和回转开口(半径比轧成管的半径大)。在轧制过程中，管料和芯棒被卡盘8、9夹住，因此，无论在正行程轧制或返行程轧制时，管料都不能作轴向移动。

工作机架由后极限位置移动到前极限位置为正行程；工作机架由前极限位置移动到后极限位置为返行程。

轧制过程中，当工作机架移到后极限位置时，把管料送进一小段，称送进量。工作机架向前移动后，刚送进的管料以及原来处在工作机架两极限位置之间尚未加工完毕的管体，在由孔型和芯棒所构成的尺寸逐渐减小的环形间隙中进行减径和管壁压下。当工作机架移动到前极限位置时，管料与芯棒一起回转60。～90。。工作机架反向移动后，正行程中轧过的管体受孔型的继续轧制而获得均整并轧成一部分管材。轧成部分的管材在下一次管料送进时离开轧机。

图2多辊式冷轧管机

1-柱形芯棒；2-轧辊；3-轧辊架；4-支承板；5-厚壁套筒；6-大连杆；7-摇杆；8-管子

多辊式冷轧管机的轧管过程 多辊式冷轧管机轧制管材时见(图2)，管子在圆柱形芯棒1和刻有等半径轧槽的3～4个轧辊2之间进行变形。轧辊装在轧辊架3中，其辊颈压靠在具有一定形状的支承板(滑道)4上，支承板装在厚壁套筒5中，而厚壁套筒本身就是轧机的机架，它安装在小车上。工作时，曲柄连杆和摇杆系统分别带动小车和装在工作机架内的轧辊架作往复移动。由于小车和轧辊架是通过大连杆6和小连杆分别与摇杆7相联结的，所以当摇杆摆动时，轧辊与支承板便产生相对运动。当辊径在具有一定形状的支承板表面上作往复滚动时，轧辊和圆柱形芯棒组成的环形孔型就由大变小，再由小变大地作周期性改变。当小车走到后板极限位置时，送进一定长度的管料并将管体回转一个角度。为了降低返行程轧制时的轴向力以防止两根相邻管料在端部相互切入，一般管料的送进和管体的回转，是当小车在后极限位置时同时进行的。当小车离开后极限位置向前移动时，孔型逐渐变小，进行轧制，在返行程轧制时获得均整。

冷轧管时金属的变形和应力状态 以二辊式冷轧管机轧管为例，在轧管过程中金属的变形过程如图3所示。送料时工作锥向轧制方向移动一段距离m(送进量)，相当于管料的Ⅰ-Ⅰ截面移动相同的距离到了Ⅰ1-Ⅰ1，位置，Ⅱ一Ⅱ的截面移动同一个距离m到了Ⅱ1一Ⅱ1位置(图3a)。由于在管料送进的时候，工作锥的内表面脱离了芯棒的表面，两者之间形成了一个间隙c，所以，当工作机架前移，工作锥变形时，在变形区中先是减径，然后是压下管壁(图3b)，而且在变形和延伸的过程中，工作锥内表面与位于轧槽块前的芯棒之间的间隙不断增大。同时，工作锥的末端截面移动到Ⅱx一Ⅱx位置。

图3 冷轧管时金属变形

在返行程轧制时，由于轧制前管体回转了一个角度，原来处在孔型侧壁的金属转到了孔型顶部，因而工作锥受到了均整，使任何一个横截面形状更圆，壁厚更均匀。另外，由于变形时其中一部分金属向周向流动的结果，在孔型侧壁和工作锥的内表面管料脱离了芯棒，这样有利于下一次管料送进。

图4 冷轧管变形时的作用力

工作机架回到后极限位置Ⅰ时，一个轧制周期结束，轧成管的一段长度为△LT(图3c)：

△LT=πS0 (D0-S0)m/πST(DT-ST)=μεm

式中με为总延伸系数，等于管料截面积与轧成管截面积之比，m为送进量。总延伸系数με和送进量m越大；则△LT越大，反之△LT越小。

冷轧管时，金属是在不断改变着位置和形状的瞬时变形区内变形的。金属在轧辊的正压力P、芯棒的正压力N，来自轧辊的摩擦阻力T以及来自芯棒的摩擦阻力T1的作用下进行变形(图4)。若在金属与轧辊接触的变形区中取一单元体，则其径向主应力σ1、周向主应力σ2和轴向主应力σ3均为压应力，所以冷轧管时，金属变形基本应力的应力状态是三向压应力，但在辊缝处(φ角范围内)轴向承受单向拉应力，见图5。与冷拔管时的二向压一向拉的应力状态相比，这种应力状态更有利于金属塑性的发挥。

图5 冷轧管变形时应力状态沿轧槽分布图

a-正行程；b-反行程

瞬时变形区的结构 无论正行程轧制或返行程轧制，瞬时变形区的出口截面都与工作机架的中心截面相重合。在二辊式冷轧管机上轧管时，由于进入变形区的管体要先减小直径再减小壁厚，因此，瞬时变形区包括由减径角θp和压下角θt构成的两部分(图3b)。在工作机架的行程中θp、θt的大小是变化的。θp与θt之和构成瞬时变形区总的接触角。在多辊式冷轧管机上轧管时，行程的开始阶段瞬时变形区由单一的减径区构成，在行程的其他部分，由于这种轧机使用圆柱形芯棒，瞬时变形区可以认为由单一的减壁区构成。

瞬时变形区变形量的确定 在一般纵轧过程中，变形区的几何尺寸是不变的。所以坯料上的任一个截面都可以一直从变形区的入口移动到出口。变形区进口截面和出口截面的高度差、就是坯料上任一截面连续通过变形区时的压下量，而且是稳定不变的。但在冷轧管时，进入变形区的和离开变形区的管体截面的尺寸是不断变化的，而且瞬时变形区进口截面和出口截面的高度差也不等于工作锥上进入瞬时变形区的截面在一个轧制行程中的压下量。因此，冷轧管时，工作锥上的任一截面在一个轧制行程中连续通过不断变化着的瞬时变形区时所达到的变形量是不相同的，而且确定它的大小也是比较复杂的。在实际计算中，通常是根据各瞬时变形区出口截面的尺寸，确定该截面变形开始时在工作锥上的位置和尺寸，再计算其变形量。这个变形量称为瞬时变形区变形量。瞬时变形区变形量的计算一般以下述原则为基础：设某瞬时变形区的出口截面为Ⅰ-Ⅰ(图6)，该截面在通过瞬时变形区时所经受的压下量等于它与另一截面Ⅱ一Ⅱ的高度差，而这两个截面之间所包括的金属体积等于送进的金属体积。图中Rx 、rx和Sx分别为瞬时变形区出口截面的外半径、内半径和壁厚；RΔx 、rΔx和SΔx分别为该截面变形前的外半径、内半径和壁厚。

图6 直角坐标中的一段工作锥

在冷轧管时，主要变形是在正行程轧制过程中完成的；但是，由于工作机架：轧辊等零部件的弹性恢复和轧制前管体的回转，有的轧机还有送进，因此在返行程轧制时工作锥也有一定的甚至较大的变形。

一般可用下列公式来计算正行程轧制和返行程轧制的壁厚压下量

式中ΔSn为正行程轧制时的壁厚压下量；ΔSo为返行程轧制时的壁厚压下量：Vy=(R0+r0)/(Rx+rx)mSx为送进体积率；R0、r0为管料的外半径和内半径；α为锥形芯棒的母线倾斜角；γ为工作锥母线的倾斜角；Kt为计算返行程轧制时变形量的系数，一般可取Kt=0.3～0.4。

一个轧制周期中的壁厚压下量为：

瞬时变形区的边界和咬入角 为了计算变形时轧辊同轧件的接触面积，必须知道瞬时变形区的前后边界线。周期式轧制时，瞬时变形区的后边界线(出口一侧的边界线)应是一条空间曲线，但实际上和轧机中心面与工作锥的交线相差不大，故一般把后者作为瞬时变形区的后边界线。

瞬时变形区的前边界线(入口一侧的边界线)是空间曲线，它取决于沿孔型周边的变形区各纵截面上的接触角θ0。(图7)

图7 瞬时变形区的纵截面

θ可按下列简化公式计算：

式中ΔRx为瞬时变形区中的半径压下量；ρ0为轧辊的理想半径；C为孔型周边上不同点处孔型的高度，Rx为瞬时变形区出口截面工作锥的半径。

在孔型的脊部，接触角为：

式中ρr为孔型脊部轧辊的半径。

若以瞬时变形区的壁厚压下量ΔSx取代上式中的ΔRx，则可得到确定瞬时变形区前边界线上各点接触角的计算公式。

瞬时变形区的接触面积 图8为二辊式和多辊式冷轧管机轧制管子时的变形区及接触面积图示。

文献中有多种计算瞬时变形区接触面积的近似公式。一种常用的计算二辊式冷轧管机轧管时接触面积的方法如下。

图9为借助于计算接触角θ得到的正行程轧制时瞬时变形区接触表面积的垂直投影和水平投影。区域OPLMC为总接触表面积的垂直投影；OPRE=Fys为减壁区接触表面积的垂直投影；B1L1M1NM2L2B2=Fdx用为总接触表面积的水平投影；C1R1PR2C2=Fxs减壁区接触表面积的水平投影。

图8 冷轧钢管时变形区及接触面积图示

a-二辊冷轧管机的变形区；b-多辊式冷轧管机变形区；c-正行程的接触面积；d-返行程的接触面积

1-塑性和弹性变形区；2-弹性变形区；3-管子；4-芯棒；5-轧辊

图9 正行程轧制时瞬时变形区接触面积

a-垂直投影；b-水平投影

先来确定减壁区接触表面积的水平投影。由图9可知，减壁区接触表面积的水平投影可分成两部分：

Fxs=2(Fc1p1po +Fp1R1P)

在孔型脊部C=Rx，面积Fc1p1po用下式计算具有足够的精确度：

式中C为孔槽深，近似为孔槽宽之半。

面积Fp1R1P=η1 1/2(P1P)(R1D)，式中η1 为系数，等于0.85。R1D=(ρ0-Cmin)sin(θtc-θtr)，Cmin为孔型周边与工作锥最先接触处轧槽的高度；θtc为孔型脊部减壁区的接触角；θtr为孔型周边和工作锥最先接触处减壁区的接触角。

所以计算Fxs的公式可写成[取sin(θtc-θtr)≈θtc-θtr]：

由于孔型侧壁的开口角通常为16。～22。，用于工程计算可取Cmin=Rx。/3，所以孔型周边与工作锥最先接触处的总接触角为：

而孔型脊部的总接触角为：

因此

取 θtc/θtr =θoc/θor =η2

对不同轧机η2波动在1.60～1.70之间，轧机较大时其值较小。

以角θtr表示角θtc，并把所得的值代入Fxs式，可以把Fxs的计算公式写成更简单的形式：

式中η3为接触面积的形状系数，对于二辊冷轧管机，其值为1.20～1.25；对于三辊式冷轧管机可取为1.10。

相应地减壁区的总接触表面积可按下式确定：

上两式以ΔRx取代△Sx，则可求得总接触表面积的水平投影及总接触表面积。

轧制过程中的滑移及轴向力 在冷轧管过程中，金属与轧槽表面之间存在着相对滑动即滑移。变形区由前滑区和后滑区构成。轧制过程中，在前滑区作用在金属上的摩擦力(图10中Tx2)的方向和机架移动的方向相反；在后滑区ABc作用在金属上的摩擦力(图10中的Tx1)的方向和机架移动的方向相同。

在没有外加前后张力的一般简单的纵轧过程中，变形区中轧辊作用在金属上的正压力的轴向分量和作用在前后滑区的摩擦力的轴向分量始终是互相平衡的。在这种轧制过程中，轧件的出口速度能根据变形条件而自动变化，相对于一定的变形条件，必有一个相应的出口速度以形成适宜的前后滑区，使这时前后滑区所产生的摩擦力的轴向分量正好与轧辊正压力的轴向分量相平衡。

图10 前后滑区接触面积的水平投影及摩擦力的方向

在冷轧管时，由于轧制过程的强制性，(管料是被固定的而不能作轴向运动)不存在通过改变轧件出口速度调节前后滑区大小的可能。因此，在一般情况下，作用在变形区上各力的轴向分量不能相互平衡，其结果，在变形过程中管体受到来自变形工具的轴向力。有时轴向力还是比较大的。轴向力在工作机架行程长度上的分布是不均匀的，并且最大轴向力往往不与最大轧制力相对应。在正行程轧制时，轴向力可能是压力(方向和工作锥延伸的方向相反)或拉力(方向和工作锥延伸方向相同)；在返行程轧制时，一般只出现轴向压力。轴向力过大会对轧制过程产生不良影响，如出现两根相邻管料的端部相互切入，芯棒杆纵向弯曲，轧制过程中工作锥窜动，送进管料时工作锥从芯棒上脱开时的阻力增加，以及送进机构的磨损加剧等。因此轴向力的大小在一定程度上决定着轧机的生产力和能够达到的变形量。

轧制力 在二辊式冷轧管机上，金属作用在轧辊上的平均轧制力可按下式计算：

式中Kδ为与轧制时金属加工硬化有关的系数，对钢它可取为1.42；δb50为变形程度为50％时金属的强度极限；D0为管料的直径；DT为轧成管的直径；Rc为轧槽压下段轧辊的平均半径；lc为轧槽压下段的长度；So为管料的壁厚；ST为轧成管的壁厚。在多辊式冷轧管机上，平均轧制力的计算公式为：

式中K为与多辊式冷轧管上变形特点有关的系数，一般可取为1.6～2.2；δbc为变形前后管材强度极限的平均值；Rk为轧制半径；lpk为工作锥压下段的长度。

⑧ 管材常见缺陷

一 内表面缺陷
1 内折
特征：在钢管的内表面上呈现直线或螺旋、半螺旋形的锯齿状缺陷。
产生原因：
1) 管坯：中心疏松、偏析；缩孔残余严重；非金属夹杂物超标。
2) 管坯加热不均、温度过高或过低、加热时间过长。
3) 穿孔区域：顶头磨损严重；穿孔机参数调整不当；穿孔辊老化等。
检判：钢管内表面不允许存在内折，管端内折应修磨或再切，修磨处壁厚实际值不得小于标准要求最小值；通长内折判废。

2 内结疤
特征：钢管内表面呈现斑疤，一般不生根易剥落。
产生原因：
1) 石墨润滑剂中带有杂质。
2) 荒管后端铁耳，被压入钢管内壁等。
检判：钢管内表面不允许存在，管端处应修磨及再切，修磨深度不应超标准要求负偏差,实际壁厚不得小于标准要求最小值；通长内结疤判废。
3 翘皮
特征：钢管内表面呈现直线或断续指甲状翘起的小皮。多出现在毛管头部，且易于剥落。
产生原因：
1) 穿孔机调整参数不当。
2) 顶头粘钢。
3) 荒管内氧化铁皮堆积等。
检判：钢管内表面允许存在无根易剥落（或在热处理时可烧掉）的翘皮。对有根的翘皮应修磨或切除。

4 内直道
特征：在钢管内表面存在具有一定宽度和深度的直线形划伤。
产生原因：
1) 轧制温度低，芯棒粘有金属硬物。
2) 石墨中含有杂质等。
检判：
1） 套管和普管允许深度不超过5%（压力容器类最大深度0.4mm）的内直道存在。
慎独超查德内直道应修磨、切除。
2） 边缘尖锐的内直道应修磨平滑。

5 内棱
特征：在钢管内表面存在具有一定宽度和深度的直线形凸起。
产生原因：芯棒磨损严重，修磨出不圆滑或过深等。
检判：
1）套管、管线管允许存在高度不超过壁厚道8%，最大高度不超过0.8mm不影响通径的内棱存在。超差应修修磨及再切。
2）普管、管线管允许存在高度不超过壁厚8%（最大高度为0.8mm）的内棱存在。超差应修磨及再切。
3）对L2级（即N5）探伤要求钢管，内棱高度不得超过5%（最大高度为0.5mm）。超差应修磨及再切。
4）边线尖锐的内棱应修磨平滑。

6 内鼓包
特征：钢管内表面呈现有规律的凸超且外表面没有损伤。
产生原因：连轧辊修磨量过大或掉肉等。
检判：按照内棱要求检判。

7 拉凹
特征：钢管内表面呈现有规律或无规律地凹坑且外表面无损伤。
产生原因：
1）连轧调整不当，各架辊轧速不匹配。
2）管坯加热不均匀或温度过低。
3）轧制中心线偏离，钢管与连轧后辊道碰撞产生等（注：此种原因2003.1提出，原理尚在探讨）。
检判：不超过壁厚负偏差，实际壁厚大于壁厚要求最小值的拉凹允许存在。超标的拉凹应切除。（注：拉凹严重发展即为拉裂，此种伤应严格检验）。
8 内螺纹（此缺陷只在阿塞尔机组产生）
特征：钢管内表面有螺旋状痕迹，多出现在薄壁管内表面，有凹凸不平的明显手感。产生原因：
1) 斜轧工艺的固有缺陷。在阿塞尔轧管机工艺参数调整不当时，这种缺陷更为突出。
2) 变形量分配不合理，阿塞尔减壁量过大。
3) 阿塞尔轧型辊型配置不当。
检判：钢管内螺纹缺陷深度不大于0.3mm，且在一定的公差范围之内。

二 外表面缺陷
1 外折
特征：在钢管外表面呈现螺旋状的层状折叠。
产生原因：
1) 管坯表面有折叠或裂缝。
2) 管坯的皮下气孔，皮下夹杂较严重。
3) 管坯表面清理不良或有耳子、错面等。
4) 轧制过程中，钢管表面被掀起划伤，通过轧制又被压合到钢管的基体上，形成外折等。
检判：不允许存在：轻微的可进行修磨，修磨后壁厚和外径实际值不得小于标准要求的最小值。

2 离层
特征：在钢管表面上呈现螺旋形或块状的分层和破裂。
产生原因：管坯中非金属夹杂物严重、残余缩孔或严重疏松等。
检判：不允许存在。

3 外结疤
特征：钢管外表面呈现斑疤。
产生原因：
1) 轧辊粘钢、老化、磨损严重或硌辊。
2) 输送辊道粘有异物或磨损严重。
检判：
1) 外结疤成片分布应修磨或切除。
2 ) 在有外结疤的管段上，外结疤面积超过10%应切除或修磨。
3) 深度超过壁厚5%的外结疤应修磨。
4) 修磨处的壁厚、外径实际值不得小于标准要求的最小值。

4 麻面
特征：钢管表面呈现高低不平的麻坑。
产生原因：
1) 钢管在炉内停留时间过长或加热时间过高，使表面生成氧化铁皮过厚，清除不净，轧入钢管表面。
2) 高压水除磷设备不正常工作，除磷不净等。
检判：
1) 局部不超过壁厚负偏差的麻面允许存在。
2) 麻面面积不得超过有麻面管段面积20%。
3) 超差麻面可修磨或切除，修磨处壁厚、外径实际值不得小于标准要求最小值。4) 严重麻面判废。

5 青线
特征：钢管外表面呈现对称或不对称的直线形轧痕。
产生原因：
1) 定径机孔型错位或磨损严重。
2) 定径机轧辊孔型设计不合理。
3) 轧低温钢。
4) 轧辊加工不好，轧辊边部倒角太小。
5) 轧辊装配不好，间隙过大等。
检判：
1) 套管外表面允许高度不超过0.2mm青线存在，超差应修磨。
2) 高压容器类管不允许有手感青线存在。有手感青线必须清除。修磨处应圆滑无棱角。
3) 普管类钢管（结构、流体、液压支架等）允许高度不超过0.4mm青线存在，超差应修磨。
4) 边缘尖锐的青线应修磨平滑。
5) 修磨处壁厚、外径值实际值不得超过标准要求最小值。

6 发纹
特征：在钢管外表面上，呈现连续或不连续的发状细纹。
产生原因：
1) 管坯有皮下气孔或夹杂物。
2) 管坯表面清理不彻底，有细小裂纹存在。
3) 轧辊过度磨损、老化。
4) 轧辊加工精度不好等。
检判：钢管外表面不允许存在肉眼可见的发纹，如存在应完全清除，清除后壁厚、外径实际值不得小于标准要求最小值。

7 网状裂纹
特征：钢管外表面上呈现带状且螺距大的鱼鳞状小裂纹。
产生原因：
1) 管坯有害元素含量过高（如砷元素）。
2) 穿孔辊老化、粘钢。
3) 导板粘钢等。
检判：应完全清除。清除后的壁厚、外径实际值不得小于标准要求最小值。

8 划伤
特征：钢管外表面呈螺旋形或直线形沟状缺陷，大部分可以看到沟底。
产生原因：
1) 机械划伤主要产生于辊道、冷床、矫直、运输方面。
2) 轧辊加工不好或磨损严重或辊缝夹有异物等。
检判：
1) 钢管外表面允许局部存在不超过0.5mm的划伤，超0.5mm划伤应修磨。修磨处壁厚、外径实际值不得小于标准要求最小值。
2) 边缘尖锐的划伤应修磨平滑。

9 碰瘪
特征：钢管外表面呈现外凹里凸的现象，而钢管壁厚无损伤。
产生原因：
1) 在吊运中碰击至瘪。
2) 矫直咬入时碰瘪。
3) 定径机后辊道碰瘪等。
检判：局部不超外径负偏差且表面平滑的碰瘪可以存在。超差时切除。

10 碰伤
特征：钢管外表面因碰撞产生无规律的伤痕。
产生原因：可产生于冷区与热区的各种碰撞等。
检判：
1) 外表面允许局部存在深度不超过0.4mm的碰伤。
2) 超过0.4mm碰伤应修磨平滑且修磨处外径、壁厚实际值不得小于标准要求最小值。

11 矫凹
特征：钢管外表面呈螺旋形的凹入。
产生原因：
1) 矫直机辊角度调整不当、压下量过大。
2) 矫直辊磨损严重等。
检判：钢管外表面允许存在无明显棱角的和内表面不突出，且外径尺寸符合公差要求的矫凹。对超标矫凹应切除。

12 轧折
特征：钢管管壁沿纵向局部或通长呈现外凹里凸的皱折，外表面成条状凹陷。
产生原因：
1) 孔型宽展系数选择太小。
2) 轧机调整不当致使孔型错位或轧制中心线不一致。
3) 连轧机各架压下量分配不当等。
由于以上原因使得钢管在轧制过程中金属进入轧辊间隙或者管子失掉稳定性造成管壁皱折。
检判：不允许存在。应切除或判废。

13 拉裂
特征：钢管表面有拉开破裂现象，多产生在薄壁管上。
产生原因：
1) 由于管坯加热温度不均，使得变形部俊，温度低的部位拉力轧制，当拉力较大时，将管子拉裂。
2) 连轧机各架速度和辊缝调整不当，造成拉钢而撕破。
3) 毛管壁厚影响，当穿孔机供给连轧机的毛管壁厚较小时，在连轧机金属变形量比设计变形量减小，造成连轧机拉力轧制，拉力大时而撕破。
4) 管坯本身局部存在较严重的夹杂物。
检判：不允许存在。应切除或判废

三 尺寸超差
1 壁厚不均
特征：钢管在同一截面上壁厚不均匀，最大壁厚和最小壁厚相差大。
产生原因：
1）管坯加热不均。
2）穿孔机轧制线未调正，定心辊不稳定。
3）顶头磨损或顶头后孔偏心。
4）管坯定心孔补正。
5）管坯弯曲度、切斜度过大。
检判：逐支测量，壁厚不均端应切除。

2 壁厚超差
特征：钢管壁厚单向超差，超正偏差者称之为壁厚超厚；超负偏差者称之为壁厚超薄。
产生原因：
1）管坯加热不均。
2）穿孔机调整不当。
检判：逐支测量，端部超差应切除，全长超差应改判或判废。

3 外径超差
特征：钢管外径超标，超正差者称之为外径大，超负差者称之为外径小。
产生原因：
1）定径机孔型磨损过大，或新孔型设计并不合理。
2）终轧温度不稳定。
检判：逐支测量，超标应给予改判或判废。

4 弯曲
特征：钢管沿长度方向不平直或在钢管端部呈现鹅头状的弯曲称之为“鹅头弯”。
产生原因：
1）人工热检时局部水冷造成。
2）矫直时调整不当，矫直辊磨损严重。
3）定径机加工、装配及调整不当。
4）吊装运输中造成弯曲。
检判：弯曲度超标时，可二次重矫直，否则判废。无法矫直的“鹅头弯”应给予切除。

5 长度超差
特征：钢管长度超出要求，超正差称长尺，超负差称短尺。
产生原因：
1) 管坯长度超标。
2) 轧制不稳定。
3) 分切时没控制好等。
检判：长尺管再切或改判，短尺管改判或判废