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高頻直縫焊管軋輥的選材與維護

高頻直縫焊管軋輥的選材與維護

來源:310S大口徑耐高溫焊接管 ? 發布:2020-08-11 23:03:41 ? 類別:不銹鋼焊管

介紹了目前國內高頻直縫焊管生產線軋輥使用的幾種主要材料(Cr12MoV、9Cr2Mo、86CrMoV7、4Cr5MoSiV1),著重對不同材料的技術性能和性價比進行了分析比較,同時結合軋輥的實際使用情況及維修效果跟蹤,對軋輥在使用過程中出現的損壞和維修情況進行了分析,總結出軋輥常見的幾種損壞現象,并提出了應對措施,以提高軋輥的使用壽命,為鋼管生產企業和軋輥制造廠家對軋輥材料的選用提供一定的參考。

高頻直縫焊(HFW)管在海底和陸地石油天然氣輸送、城市管網及建筑等領域已得到廣泛應用,需求量不斷增加,為鋼管生產企業和設備制造業帶來了新的發展機遇。軋輥作為鋼管生產中的主要工具,其材質的選用、使用方法和維修對軋輥的壽命和經濟性都有重要影響。軋輥在使用中一旦出現損壞碎裂掉塊現象,一般只能進行報廢處理,有的也采用激光熔覆的焊接方式進行維修,但一直達不到理想效果,使軋輥的使用成本居高不下。因此,合理選用材料和延長使用壽命,是降低軋輥成本的重要途徑。

1軋輥不同材質的比較及性能特點

常用的模具鋼材料有5種,其化學成分對比見表1。目前高頻直縫焊管生產線所使用的各類軋輥材料主要有43-71Cr12MoVCr12MolV1)、9Cr2Mo、86CrMoV7、4Cr5MoSiV1。

Cr12MoV鋼是常用的優質冷作模具鋼,其化學成分與韓國的STD211、日本的SKD11、德國的X165CrMoV12相當。其中C、Cr、V含量較高,材料具有良好的淬透性和淬硬性,耐磨性、淬透性、淬硬性、強韌性、熱穩定性、抗壓強度等得到提高,受熱軟化溫度為520℃,在表層4mm以下可以完全淬透,淬火層深度20mm,耐磨性是一般模具鋼的3~4倍。

9Cr2Mo鋼是通用的冷軋軋輥用鋼,與我國普遍使用的GCr15軸承鋼相比,其成分中提高了Cr含量并增加了Mo元素,從而增強了材料的淬透性和淬硬性,淬火層比GCr15鋼要深2~3mm,耐磨性提高15%左右,比較適合用于HFW管生產線軋輥的制造;淬火硬度58-62HRC,淬火層深度13mm。

86CrMoV7鋼是近年來新開發的軋輥材料,屬于鍛鋼冷軋軋輥用鋼。與9cr2Mo鋼相比較,86CrMoV7鋼的成分中Cr含量稍有減少,但同時增加了V元素的含量,其淬透性、淬硬性和耐磨性進一步改善,淬火層比GCr15鋼要深5mm左右,耐磨性提高了近30%,因此更加適合用于HFW管生產線大規格軋輥的制造;淬火硬度58~62HRC,淬火層深度15mm。

4Cr5MoSiV1是通用的熱作模具鋼,與美國的H13和日本的SKD61差不多,其性能和用途與4Cr5MoSiV鋼的基本相同;相比于國內常用的3Cr2W8V熱作模具鋼,其整體性能更加優越。主要表現在硬度高、抗熱裂性能好,一般淬火硬度可達50~54HRC,廣泛使用在除承受巨大的機械應力外還要承受反復受熱和冷卻作用而引起很大熱應力的場合;因此,4Cr5MoSiV1鋼目前普遍用于HFW管生產線的上擠壓輥制造。

2軋輥不同材質的經濟性及合理選用

HFW管生產現場使用的3種材質軋輥的使用情況及壽命進行了統計分析,結果見表2。

從表2可以看出:86CrMoV7軋輥使用壽命和損壞頻次都要優于9Cr2Mo軋輥,但較之Cr12MoV材質軋輥稍差。Cr12MoV材質軋輥在使用的10年期間出現2次碎裂現象,而86CrMoV79Cr2Mo兩種材質軋輥在使用的8年期間共損壞9次。

HFW管生產線軋輥的損壞主要集中在精成型上下輥、側擠壓輥和定徑水平輥。精成型上輥(組合件,容易損壞,故以此為例)平均質量1.5t,Cr12MoV材質軋輥單價9萬元t,維修兩次2萬元,合計費用為15.5萬元,壽命10年,折合后單個軋輥生產1t鋼管成本約5500元;86CrMoV79Cr2Mo材質軋輥單價4萬元t,維修44萬元,合計費用為10萬元,壽命8年,折合后單個軋輥生產1t鋼管成本約4167元,費用比Cr12MoV材質低。軋輥的主要損壞形式為邊緣崩裂,而不是正常的磨損損壞,因此Cr12MoV材質的高耐磨性無法體現出來,與86CrMoV79Cr2Mo材料相比無明顯優勢。而86CrMoV79Cr2Mo材質單價費用約為Cr12MoV材質的一半,其一次性投資減少50%,而且這些軋輥材料已具備較好的耐磨性和硬度;因此選用86CrMoV79Cr2Mo材質,其經濟性更加明顯。

3軋輥的損壞形式與應對措施

HFW管生產線軋輥損壞的形式主要是正常磨損和崩裂掉塊兩種。

3.1正常磨損

軋輥在使用中一般定期使用孔型板進行檢測,其磨損量一旦超過限定范圍就報廢并更換處理。為減少軋輥的磨損量,調型時可采用合理的孔型和各架次適當均衡的擠壓量等措施來保證,同時在軋輥拆下待用時作清潔處理并涂防銹油保養,以減少軋輥表面銹蝕。

3.2軋輥邊緣崩裂掉塊

3.2.1精成型軋輥

采用四輥成型時精成型上輥的內邊緣容易崩裂掉塊損壞,這是因為精成型上輥采用的組裝式結構,在焊管成型過程中軋輥中間接近導向片處的凹面受力最大,最容易出現崩裂掉塊。目前此類損壞現象最常見山。在軋輥內邊緣崩裂損壞后,可將軋輥損壞的內邊緣切削掉厚度約為40mm的圓環(內徑500mm,外徑580mm),再加工出相同尺寸的圓環,經熱處理后熱套在軋輥上。由于在成型時精成型上輥的受力是由內到外,因此對圓環的受力無太大影響,從而使得軋輥整體壽命得到延長,使用效果與新軋輥相差不大。

采用兩輥成型時精成型軋輥的外邊緣容易崩裂損壞,主要原因是在鋼管成型過程中受到鋼管高鋼級大壁厚的影響而受力過大造成,或因3個成型機架的減徑量分配不均衡引起。此種損壞無法修復,但可適當增加邊沿厚度來增加其強度。

3.2.2側擠壓輥

側擠壓輥上部邊緣崩裂掉塊損壞的原因是:成型焊接調整時的焊接擠壓力過大,或兩側進給量不均造成;軋輥在生產中承受交變應力,尤其是帶鋼接頭焊縫處高于管體母材,導致焊縫通過時壓力成倍增加,致使軋輥邊沿崩裂2]。對于側擠壓輥受力過大造成的上部邊緣損壞情況,可通過適當增厚軋輥上部結構來增加其強度,從而延長使用壽命。

3.2.3定徑輥

定徑水平輥邊緣崩裂損壞的主要原因是:生產線在調型引料時各架次未調整到位,導致焊縫扭轉偏斜,正好處于定徑水平輥的邊緣,對接管或停機管處的殘留外毛刺會擠壓在軋輥邊緣,造成軋輥邊緣受力過大而崩裂。這種損壞無法修復,需要在調型時保證焊縫不偏斜,才能避免軋輥損壞。

3.3軋輥加工缺陷損壞

軋輥在加工過程中,如果在材料鍛打時未發現其內部裂紋缺陷,導致在使用過程中軋輥受力后崩裂。要避免這類問題,需在軋輥鍛造和熱處理工序后進行探傷檢測,發現有裂紋后立即停止后續加工,以免有缺陷的軋輥投入鋼管生產。

4結語

目前國內焊管生產線的軋輥材質若采用Cr12MoV,則每套的費用約為400萬元;若采用86CrMoV79Cr2Mo,則每套費用約為200萬元。

盡管Crl2MoV材質軋輥的整體性能、使用壽命要優于86CrMoV79Cr2Mo材質軋輥的,但是考慮到企業的資金成本、產能和實際使用的損壞情況,86CrMoV79Cr2Mo材質軋輥更符合企業的實際生產需要,其良好的性能和相對便宜的加工費用,將減少企業的資金占用,經濟性優良。而在這兩種材料中,綜合來看,選擇86CrMoV7更好。

在軋輥使用上通過維護保養和平衡分配各架次受力來降低軋輥的自然磨損和異常損壞,對精成型上輥內側邊緣和側擠壓輥上邊緣的崩裂掉塊情況,可通過軋輥內邊緣鑲環修復和側擠壓輥上邊緣增厚來延長軋輥使用壽命,降低生產成本。

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