无缝钢管设计

地质管是我国开发专用无缝钢管早的品种之一，1955年6月鞍钢无缝钢管厂，按照原苏联标准ГОСТ 6238－1952“用内接头连接的地质钻探岩芯管及其套管”，生产出了我国批Φ146mm×4.5mm和Φ146mm×7.5mm地质套管。1954年鞍钢参照ГОСТ 6238－1952标准，制定了鞍钢企业标准437－1954。接着原冶金部颁布了部颁标准“用内接头连接的地质钻探岩芯管及其套管”冶标19－1957，并于1963年修订为YB 236－1963。 

1956年鞍钢无缝钢管厂按照原苏联标准ЧMTY 3343－1953“地质钻探杆管”生产出我国批地质钻杆管，1957年鞍钢参照ЧMTY 3343－1953，制定了企业标准鞍标438－1957；1960年上海钢管厂开始生产地质管（45钢），1957年原冶金部颁布了部颁标准“地质钻探杆管”冶标21－1957，1963年修订为YB 235－1963。1970年原冶金部将两个标准经过修改合并为1个标准“地质钻探用钢管”YB 235-1970。 

标准公布后，鞍钢无缝钢管厂、成都无缝钢管厂、上海钢管厂、北京钢厂等无缝钢管生产厂普遍按此标准生产DZ40、DZ50和DZ55钢级的中小直径地质管，并开始研制生产供应DZ60、DZ65钢级的地质钻探管。大直径地质管主要由成都无缝钢管厂生产供应。 

20世纪70年代中期，随着金刚石钻井技术的引进，原冶金部以瑞典CMS和日本JIS标准为蓝本，制订了YB 848-1975“小口径钻井用钢管”标准，并于1975年正式颁布实施。随着我国金刚石钻井技术的发展，YB 848-1975标准已不适应生产要求，为与国际标准相适应，借鉴美国DCDMA标准，制定了“金刚石岩芯钻采用无缝钢管”标准GB 3423-1982，取代YB 848-1975。 

1982年无锡钢厂开始试制、生产供应DZ75钢级的地质钻探用冷拔钢管，生产规格为Φ55.5mm×4.75mm、Φ73mm×5mm和Φ88.5mm×5.5mm。 

1987年成都无缝钢管厂根据国内对热轧大中直径地质钻探管的需要，制定了“地质钻探用无缝钢管”企业标准Q/CG 51－1987（1999年修改为“地质钻探用光管”Q/CG 51－1999），该标准中增加了部分大直径钢管规格（YB 235-1970中没有的），使地质钻探管的外径系列、壁厚和技术要求与API标准基本一致，填补了冶标YB 235－1970的不足，满足了我国地质钻探用管的需要。 

1993年对标准的管理进行了调整，将标准“金刚石岩芯钻采用无缝钢管”GB/T 3423-1982调整为行业标准，原冶金部对其进行了修订并公布为部颁标准YB/T 5052-1993。

  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。