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钢材力学性能是保证钢材终使用性能(机械性能)的重要指标,它取决于钢的化学成分和热处理制度。在钢管标准中,根据不同的使用要求,规定了拉伸性能(抗拉强度、屈服强度或屈服点、伸长率)以及硬度、韧性指标,还有用户要求的高、低温性能等。①抗拉强度(σb)试样在拉伸过程中,在拉断时所承受的力(Fb),除以试样原横截面积(So)所得的应力(σ),称为抗拉强度(σb),单位为N/mm2(MPa)。它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的能力。②屈服点(σs)具有屈服现象的金属材料,试样在拉伸过程中力不增加(保持恒定)仍能继续伸长时的应力,称屈服点。若力发生下降时,则应区分上、下屈服点。屈服点的单位为N/mm2(MPa)。上屈服点(σsu):试样发生屈服而力首次下降前的应力; 下屈服点(σsl):当不计初始瞬时效应时,屈服阶段中的小应力。屈服点的计算公式为:式中:Fs--试样拉伸过程中屈服力(恒定),N(牛顿)So--试样原始横截面积,mm2。③断后伸长率(σ)在拉伸试验中,试样拉断后其标距所增加的长度与原标距长度的百分比,称为伸长率。以σ表示,单位为%。计算公式为:σ=(Lh-Lo)/L0*式中:Lh--试样拉断后的标距长度,mm; L0--试样原始标距长度,mm。④断面收缩率(ψ)在拉伸试验中,试样拉断后其缩径处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比,称为断面收缩率。以ψ表示,单位为%。计算公式如下:式中:S0--试样原始横截面积,mm2; S1--试样拉断后缩径处的少横截面积,mm2。⑤硬度指标金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力,称为硬度。根据试验方法和适用范围不同,硬度又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、显微硬度和高温硬度等。对于管材一般常用的有布氏、洛氏、维氏硬度三种。A、布氏硬度(HB)用一定直径的钢球或硬质合金球,以规定的试验力(F)压入式样表面,经规定保持时间后卸除试验力,测量试样表面的压痕直径(L)。布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商。以HBS(钢球)表示,单位为N/mm2(MPa)。其计算公式为:式中:F--压入金属试样表面的试验力,N; D--试验用钢球直径,mm; d--压痕平均直径,mm。测定布氏硬度较准确可靠,但一般HBS只适用于450N/mm2(MPa)以下的金属材料,对于较硬的钢或较薄的板材不适用。在钢管标准中,布氏硬度用途广,往往以压痕直径d来表示该材料的硬度,既直观,又方便。举例:120HBS10/1000/30:表示用直径10mm钢球在1000Kgf(9.807KN)试验力作用下,保持30s(秒)测得的布氏硬度值为120N/ mm2(MPa)。 [1]
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穿孔毛管的质量对无缝钢管的质量影响很大。穿孔不良质量主要表现在毛管壁厚不均、内拆、外折等缺陷存在及其表现程度上。为改善穿孔质量,必须对这些缺陷加以控制。
1 毛管壁厚不均造成毛管不均的主要原因有管坯加热不均、顶杆弯曲、轧制线不正、定心辊调整不当、定心孔不正及导入套选择不当等。
2 内折
穿孔机穿孔所产生的内折原因较多,主要可分为钢质内折与操作内折两大类。
(1)钢质内折。
主要是由管坯质量不良引起的,如连铸坯低倍不合(残余缩孔、内裂纹,非金属夹杂等),铸坯内部严重疏松;柱状晶过发达及难变形的合金钢穿孔时也容易产生内折。
(2)操作内折。
造成的原因主要有调整不当(如顶头前压下率过大或过小;轧辊转速过高;送进角过小;椭圆度过大等)以及管坯加热温度不均等;顶头磨损过大或破裂、粘钢等。穿尾端的破尾被芯棒插入时也会造成内折。
3 外折
造成外折的主要原因有钢质外折和操作内折。
(1)钢质外折。如管坯裂纹、连铸坯严重划痕、耳子、钢锭结疤、翻皮及皮下气泡等。
(2)操作外折。工具(轧辊、导板或导盘)粘钢划痕,严重的螺旋道、轧辊刻槽或堆焊不当等。
穿孔机孔型调整主要参数有:轧辊距离、导盘(导板、导辊)距离、椭圆度、送进角、辗轧角,顶头直径,顶头前压下率、轧辊与导盘速度等。
(1)轧辊距离是指左右或上下两个轧辊辊喉处的短距离。轧辊距离通常由坯料直径和总压下量来决定,是主要的调整参数。
(2)导盘(导板、导辊)距离是指上下2个导盘(导板、导辊)根部处的短距离。导盘(导板、导辊)对穿孔变形起到横向限制和引导作用。导盘(导板、导辊)距离直接影响椭圆度的变化。
(3)椭圆度是导盘(导板、导辊)距离与轧辊距离之比。表示孔型调整后的椭圆程度。调整椭圆度使轧件截面保持一定的椭圆形状,可改变轧件的横向变形程度,控制截面周长,实现扩径、等径轧制。过大的椭圆度加大了横向变形,对产品质量不利。
(4)辗轧角是Φ轧辊轴线与轧制线在水平面上投影的夹角。桶形辊的辗轧角一般小于5°。Φ250 mm精密轧管机组的锥形辊穿孔机的辗轧角为10°~15°。
轧辊的“锥形”程度与辗轧角的大小有关。辗轧角越大,轧辊直径从小端(咬入端)到大端(抛出端)的变化就越大,辊面圆周速度和沿轧制线方向分速度的递增亦越大。一方面,沿轧制线方向分速度的递增,对提高变形速度和加强金属的延伸变形有利;另一方面,辊面圆周速度的递增,对轧件扭转的影响也增大。这两个方面的因素要在辊型设计时综合考虑。同时,过大的辗轧角,对设备设计也会增加困难。
(5)送进角是轧辊轴线与轧制线在垂直面上投影的夹角。Φ250 mm精密轧管机组的锥形辊穿孔机的送进角为5°~12°。送进角越大,轧辊速度在前进方向的分量也越大,即钢管前进越快,但斜轧延伸的螺距也越大,穿孔机负荷也越大。
(6)顶头直径与穿孔毛管的内径有关。一般来讲,顶头直径越大,穿孔毛管的内径也越大。
(7)导盘速度指导盘工作面的纵向线速度。主动旋转导盘,其工作面的纵向线速度应大于轧件纵向前进速度,因而对轧件作用有纵向曳入摩擦力,加强了金属的纵向流动。导盘速度一般控制在轧制速度的 1.5~3.0倍。
(8)顶前压下率
指坯料在顶头前端(鼻部)处的直径压下率,用百分率来表示。
顶前压下率=(坯料直径一顶头前端横截面的轧辊距离)/坯料直径
顶前压下率愈大,则金属变形的不均匀程度也愈大,导致管坯中心区在旋转过程中交变的切应力和拉应力增加,从而容易促使孔腔形成,造成内折缺陷。顶前压下率愈小,则管坯咬入愈困难(尤其是二次咬入)。因此工艺上调整的原则是,在保证咬入的条件下,顶前压下率愈小愈好,通常采用的顶前压下率为4%~7%。
(9)理论上穿孔速度通常指毛管出口处的轧辊辊面纵向分速度,但实际穿孔速度由于受金属滑移的影响,要比理论计算的辊面纵向分速度低。但锥形穿孔机的金属滑移比桶式穿孔机要小,故其实际穿孔速度相对较高,因而穿孔效率也较高。
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