地质钻探用无缝钢管是地质普查、矿产勘探、工程地质勘探、水文钻探、盐井钻探、矿泉水钻探、地热钻探、油气井钻探、煤炭勘探等工程所必须的主体材料,其应用范围极为广泛。随着勘探范围的不断扩大,对地质钻探用无缝钢管的需求量也就不断地增大,对产品质量的要求也越来越高[1]。

地质钻探管要求具有良好的综合力学性能、高的耐磨及抗疲劳扭转性能、高的尺寸精度和内外表质量[2-3]。宝钢生产的地质钻探管典型材质有27CrMo、27CrMoV、27CrMo-1,以下简称“27CrMo系列材质”,均为全定尺管,用户对产品的内表质量和壁厚公差上下限要求较严。随着宝钢无缝钢管产品结构的转型,作为盈利产品之一的地质钻探管产量也在增加,提高27CrMo系列钻探管精整成材率(产出成品量占热轧量的百分比)值得研究。

1 热轧工艺简介及问题的提出

宝钢φ140全浮动芯棒连轧机组生产27CrMo系列材质钻探管热轧工艺流程为:管坯切割→环形炉加热→斜轧穿孔→空心坯减径→全浮动芯棒连轧→再加热炉加热→张力减径→冷床冷却→冷锯。

热轧管质量的好坏直接影响到管子精整成材率的高低,2015年27CrMo系列钻探管精整成材率偏低。经调查,27CrMo系列材质较硬,轧制过程中不易轧长,热轧按定尺进行冷锯易导致热轧管尾部(C段)的增厚端切不尽,从而出现C段壁厚正超;且轧制过程中易出现内翘皮、凹坑等内表缺陷,如图1所示。 27CrMo系列钻探管热轧管C段壁厚正超及内表质量缺陷影响了其精整成材率,本文通过一系列轧制试验的研究,使上述质量问题得以改善,从而提高27CrMo系列钻探管精整成材率。

这两个译本的翻译间隔差了将近半个世纪，而这期间，正逢我国经历了很多经济领域重大变革的时期，经济基础决定了上层建筑的改变也是不可避免的。随着与国外联系的日益密切，以及人民本身对外国事务的了解的熟悉度增长，那么在处理“文化缺省”现象时，对不同译者所采取的不同翻译策略进行研究是非常有趣也非常有必要的。

图1 27CrMo系列钻探管典型热轧质量缺陷 Fig.1 Typical hot rolling quality defect of 27CrMo geology drill steel pipe

2 轧制试验材料

轧制试验材料即为27CrMo系列钻探管:27CrMo、27CrMoV、27CrMo-1,主要化学成分如表1所示。

表1 轧制试验材料主要化学成分 Table 1 Main chemical compositions of hot rolling tested materials %

材质wCwSiwMnwPwSwCrwMowV27CrMo0．20～0．350．10～0．380．50～1．60≤0．02≤0．0127CrMoV0．20～0．350．10～0．400．50～1．80≤0．02≤0．0127CrMo-10．20～0．350．10～0．390．50～1．50≤0．02≤0．01适量添加

3 轧制试验过程及分析

轧制试验过程中,依次对轧制计划,管坯切割精度,环形炉出炉温度,穿孔机、连轧机、张减机工艺参数进行优化。

3.1 轧制计划优化

由于顶头前压下率过大、顶头前伸量过小、椭圆度过大、喂入角过小时,轧件在由轧辊、导盘形成的孔型中横向变形大,且在变形区中增加了反复应力的循环次数,从而易导致管坯提前形成孔腔,造成内表氧化翘皮,造成内表质量缺陷[4-6]。因此,针对中小口径(≤101.6 mm)的27CrMo系列钻探管,穿孔工艺具体优化为:实际辊距≥150 mm,实际盘距≤182 mm,实际喂入角10.5°～12.0°,穿孔轧制在保证咬入的情况下应尽量增加顶头前伸量,当前伸量<50 mm时可考虑使用小一档顶头轧制。

图2 轧制计划优化 Fig.2 Optimizing hot rolling plan

3.2 管坯切割精度优化

保证管坯切割长度和精度,提高管坯切割检测频度;为便于轧制时三大机组轧制参数的调整,首次切割27CrMo系列钻探管轧批时需精确调整挡板位置。

随着壁厚精度及内表质量的改进,2016年27CrMo系列钻探管精整成材率较2015年提升了6.7%。

3.3 环形炉出炉温度优化

针对27CrMo系列钻探管内表缺陷,通过高温热塑性试验,确认管坯的热加工最佳温度,为环形炉加热制度的改进奠定基础。由于本文所研究的27CrMo系列钻探管材质化学成分较为相近,故选取典型材质27CrMo-1进行高温热塑性试验。试验采用Gleeble-3800热模拟机进行不同加热温度下的拉伸试验,研究不同的加热温度下试样的塑性指标变化。热拉伸试样以10 K/s速率升温至各试验温度,然后保温5 min;均热后采用变形速率为1.0 s-1和0.3 s-1(分别对应φ140机组穿孔工序的最大、最小应变速率)拉伸至试样断裂;拉断后快速冷却(冷速大于10 K/s),试验完成后计算试样拉伸断面收缩率。高温热塑性试验结果如表2所示。

表2 27CrMo-1材质在不同温度下的断面收缩率 Table 2 27CrMo-1 fracture shrink ratio under different temperature

指标温度/℃1250～12601240～12501230～12401220～12301210～12201200～1210断面收缩率/%95．091．084．292．090．090．093．091．085．092．088．089．093．591．092．592．092．088．094．091．092．092．089．0—均值/%93．491．088．492．089．289．0

针对27CrMo系列钻探管精整成材率偏低的问题,通过轧制试验研究,对轧制计划,管坯切割精度,环形炉出炉温度,穿孔机、连轧机、张减机工艺参数进行优化,热轧管壁厚精度及内表质量改进效果显著,2016年27CrMo系列钻探管精整成材率较2015年提升了6.7%。

3.4 穿孔工艺优化

为保证金属在连轧过程中的流动性,将荒管轧制到规定的长度,对27CrMo系列钻探管热区轧制计划进行优化,避免冷芯棒开轧,如图2所示。

3.5 连轧工艺优化

针对中小口径的中厚壁(壁厚≥5 mm) 27CrMo系列钻探管,为保证连轧荒管长度,生产时调用竹节因子表,随后根据测厚仪情况及冷床取样结果进行调整,适当轧长,从而避免热轧管C段壁厚正超。

其次，在实际应用中，由于光源并不是理想的单色光，一般具有一定的光谱宽度，因而采用各波长强度呈现高斯分布的宽带光源，其表达式为

(1) 27CrMo系列钻探管热轧管C段壁厚正超及内表质量缺陷直接影响了其精整成材率。

3.6 张减工艺优化

针对中小口径的中厚壁27CrMo系列钻探管,为控制张减管增厚端长度,使壁厚在长度方向上分布得更加均匀,生产时调用张减机CEC。

轧制时参考前一个规格测厚仪的实际情况,并根据冷床取样结果及冷锯操作人员的通知控制张减管壁厚,在冷床取样最小壁厚距离壁厚内控下限有足够余量的前提下,张减管平均壁厚可比轧制名义壁厚偏薄,以确保轧制长度。

4 轧制结果

4.1 C段壁厚情况

常用的选矿工艺指标有：破碎循环负荷及破碎效率、筛分效率、磨机生产能力和磨矿效率、分级效率、返砂比、浮选效率、数质量流程图等，以及主要易耗材料的数据变化分析，如衬板损耗、钢耗、药剂单耗等。通常根据单个生产指标的变化，直接对参数进行调节使其达到最佳参数即可。但是每个选厂实际情况不同，需要从整个流程的多个生产指标来分析，经过综合对比，达到整体效益的最优化。因此，除了对单个环节的生产大数据分析，还需要对不同流程之间的生产数据关系分析，就此，文章分析几组重要的参数关系如下：

以轧批534 191(规格:φ82.5×9 mm,材质:27CrMo-1)为例,表3为按照此控制技术进行轧制所测得的热轧管C段增厚端壁厚、外径(靠近B段侧)及长度(理论连轧长度为25.1 m,实际连轧长度为25.6 m;理论张减长度为48.75 m,实际张减长度为49.1～51.3 m),可以看出,通过运用本轧制技术能够很好地控制27CrMo系列钻探管的热轧长度,增厚端得以切尽,从而减少C段壁厚正超。

4.2 内表质量情况

通过实施上述轧制控制技术后,27CrMo系列钻探管内表质量得到了很大程度的改善,2016年内表缺陷率较2015年降低了8.74%,改善后管子的内表质量如图3所示。

表3 27CrMo-1材质热轧试验管C段尺寸 Table 3 The C part size of hot rolling tested 27CrMo-1 steel pipe

序号切尾长度/m壁厚范围/mm外径范围/mm理论实际理论实际理论实际1234560．851．431．651．681．331．701．868．19～9．908．50～9．388．62～9．308．50～9．208．40～9．208．40～9．108．60～9．1082．38～83．8383．16～83．4683．18～83．4683．10～83．4083．12～83．4283．14～83．4483．12～83．46

图3 改善后的内表质量 Fig.3 Improved inner surface quality

4.3 精整成材率

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5 结论

从表2中可以看出,在整个试验温度范围内,1 250～1 260 ℃时27CrMo-1材质的断面收缩率最高,为93.4%,故从热塑性的角度考虑,27CrMo-1材质最佳热加工温度为1250～1 260 ℃。为此,为提高27CrMo系列钻探管的热塑性及加热的均匀性,减少轧制过程中内表产生缺陷,将环形炉出炉目标温度设为1 250～1 260 ℃。

此外,连轧过程中,为充分保证金属的流动性,除了避免冷芯棒开轧外,还需确保芯棒表面润滑剂的喷涂量和喷涂均匀性,由于芯棒3、4组辊道的输送速度也会影响润滑剂的喷涂量和喷涂均匀性,故对芯棒润滑剂喷涂厚度和3、4组辊道输送速度进行优化。

(2) 为保证金属在连轧过程中的流动性,开轧需避免冷芯棒轧制。

通过试验上述轧制技术,轧制27CrMo系列钻探管时,大大减少了C段壁厚正超的问题,壁厚的精确控制得到了很大程度的改善。

(3) 从热塑性的角度考虑,27CrMo-1材质最佳热加工温度为1 250～1 260 ℃。

(4) 通过改变穿孔辊距、盘距等参数,优化了顶头前压下率、椭圆度,与穿孔喂入角、顶头前伸量匹配,对27CrMo系列钻探管内壁质量的改善有一定作用。

责任椎体判定：局部明显叩痛，X线片及CT表现椎体压缩，MRI显示T1加权像低信号，T2加权像及脂肪抑制像上高信号表现，影像学表现与临床表现一致。

(5) 芯棒表面润滑剂的喷涂量和喷涂均匀性对荒管长度及其内表质量也有所影响。

（6）学校英语资源利用情况。有195人（10.3%）经常利用学校图书馆学习医学专业英语，且不同院系、年级、性别的学生之间利用情况的差异有显著性（P=1.554×10-11，P=0.003，P=0.002），学生干部与非学生干部的利用情况之间无显著性差异（P=0.779）。152人（8.0%）经常参加学校组织的英语活动，且不同院系、年级、性别的学生之间参与度差异有显著性（P=7.746×10-10，P=4.859×10-6，P=0.005），学生干部的参与度高于非学生干部（P=0.006）。结果见表1。

从各部件的应力图及其表1中的数据看出，对于推力杆头和销轴在受力一端处相较于约束一端应力值较大，而对于橡胶套来说则相反，其最大的应力出现在约束一端处，橡胶套的最大应力相对于其他部件小了两个数量级，不易造成失效。推力杆头的最大应力值是360 MPa，销轴的最大应力为225 MPa，大于推杆的材质45号钢的许用应力180 MPa，使用过程中可能最先发生失效，这一分析结果与实际故障位置是吻合的。

(6) 针对中小口径的中厚壁27CrMo系列钻探管,保证管坯切割精度、适当调用连轧前后竹节因子及张减机CEC能有效保证热轧管长度,减少C段壁厚正超。

参考文献

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[2] 王晓凯.地质钻探用工件在机械加工过程中的问题分析与建议[J].金属加工,2013(4):15.

[3] 苏忠富,张顺.40Cr DZ40钢级地质钻探用管的研制[J].天津冶金,2001(S1):19-21.

[4] 田党.关于锥形辊穿孔机轧辊转速对毛管分层缺陷影响的讨论[J].钢管,2006,35(4):12-16.

[5] 田党,张根良,卜玉钦.二辊斜轧穿孔时高合金钢的变形分布和分层缺陷形成机制[J].钢铁,1995,30(1):40.

[6] 高秀华.钢管生产知识问答[M].北京:冶金工业出版社,2007:83-84.