Was verursacht ungleichmäßige Wandstärken in gewalzten Stahlrohren?

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Ungleichmäßige Wandstärken bei gewalzten Stahlrohren (insbesondere bei nahtlosen Stahlrohren wie warm-gewalzten nahtlosen Stahlrohren und kalt-gewalzten nahtlosen Stahlrohren) sind ein häufiges Qualitätsproblem im Produktionsprozess. Die Hauptursachen lassen sich vier Hauptkategorien zuordnen: Rohstoffe, Ausrüstung, Prozess und Betrieb. Im Einzelnen lässt es sich in folgende Detailfaktoren unterteilen, die im Zusammenhang mit dem Walzprinzip (z. B. Lochen, kontinuierliches Walzen und reduzierende Kernverfahren) ausführlich erläutert werden:

Rohstoffe sind der Ausgangspunkt für das Walzen von Stahlrohren. Wenn die Rohstoffe selbst Mängel aufweisen, führt dies direkt zu Abweichungen in der Wandstärke des Endprodukts und es ist schwierig, diese in nachfolgenden Prozessen vollständig zu korrigieren.

- Ungleichmäßige Wandstärke/Durchmesser des Rohrbarrens:

Der Rohrbarren (z. B. runder Stahlbarren, Stranggussbarren) selbst weist Elliptizität, Durchmesserschwankungen oder lokale Dicke/Dünnheit auf (z. B. die „lose Zone“, „Schrumpfungshohlraum“, „Entmischung“ des Stranggussbarrens) und die Metallverformung während des Walzens ist inkonsistent - der Metallfluss auf der dickeren Seite ist blockiert und der Fluss auf der dünneren Seite ist zu schnell, was letztendlich zu einer ungleichmäßigen Wandstärke des Endprodukts führt.

- Interne Mängel des Rohrbarrens:

Der Rohrbarren weist Einschlüsse, Poren, Risse usw. auf. Während des Walzprozesses ist die Plastizität des Metalls im Defektbereich schlecht und die Verformung erfolgt nicht kontinuierlich, was dazu führt, dass die lokale Wandstärke zu dünn (das Metall im Defektbereich kann nicht effektiv gefüllt werden) oder zu dick (Metall sammelt sich um den Defekt herum) ist.

- Ungleichmäßige Rohrknüppeltemperatur:

Wenn der Rohrblock erhitzt wird (z. B. in einem Ringheizofen), ist die Erwärmung ungleichmäßig, wobei die lokalen Temperaturen zu hoch (das Metall ist zu weich, der Fluss ist zu schnell) oder zu niedrig (das Metall ist zu hart, der Fluss ist blockiert) sind, was zu Abweichungen in der Wandstärke nach dem Walzen führt (z. B. weist der obere Teil des Rohrblocks eine hohe Temperatur auf, aber die Wandstärke des oberen Teils ist nach dem Walzen zu dünn).

Der erste Schritt beim Walzen nahtloser Stahlrohre ist das „Durchstechen“ (Einfädeln des Rohrrohlings in einen hohlen Rohrrohling). Wenn die Wandstärke des Rohlings selbst ungleichmäßig ist, ist es schwierig, diese in den nachfolgenden kontinuierlichen Walz- und Kalibrierprozessen vollständig zu korrigieren.

Eine unsachgemäße Einstellung des Kegelwinkels und der oberen Position der Rollen in der Lochstanzmaschine (z. B. der Querwalz-Stanzmaschine) führt zu einer „exzentrischen Wandstärke“ (eine Seite dick und die andere Seite dünn) oder einer „spiralförmigen ungleichmäßigen Wandstärke“ (abwechselnde Dicke in Spiralform entlang der Länge des Stahlrohrs) im Rohrohr.

Die Elliptizität des Rohlingsrohrs übertrifft den Standard: Der Querschnitt des Rohlingsrohrs ist nicht rund und die Metallverformung in Umfangsrichtung beim Walzen ist unterschiedlich, was schließlich zu einer ungleichmäßigen Wandstärke führt.

Die Präzision, der Verschleißzustand und die Ausrichtung der Ausrüstung bestimmen direkt die Gleichmäßigkeit der Metallverformung und sind die wichtigsten mechanischen Ursachen für ungleichmäßige Wandstärken.

- Rollenproblem:
Die Verarbeitungsgenauigkeit der Walzen selbst (z. B. der Arbeitswalzen von kontinuierlichen Walzwerken und der Walzen von Kalibriermaschinen) ist unzureichend (z. B. inkonsistente Walzendurchmesser und Abweichungen in der Zylindrizität der Walzenoberfläche), was zu einer ungleichmäßigen Krafteinwirkung auf das Metall während des Walzens führt.
Ungleichmäßiger Verschleiß der Rollen nach dem Gebrauch (z. B. starker Verschleiß auf einer Seite), ungleichmäßiger Spalt zwischen den Rollen (größer auf der einen Seite und kleiner auf der anderen) und Dickenabweichung beim Metalldurchgang.
Eine ungleichmäßige Temperatur der Walzen (z. B. Verstopfung des Kühlwasserwegs, lokale Überhitzung und Ausdehnung) führt zu Veränderungen des tatsächlichen Walzenspalts.

- Problem mit Oberteil/Dorn:
Die Oberseite der Lochmaschine und der Dorn des kontinuierlichen Walzwerks (der zur Stützung der Innenwand des Stahlrohrs verwendet wird) sind exzentrisch (nicht auf die Mittellinie der Walzen ausgerichtet), was dazu führt, dass eine Seite der Innenwand des Stahlrohrs eng am Dorn anliegt und der Spalt auf der anderen Seite zu groß ist, wodurch eine „innere versetzte Wand“ (ungleichmäßige Dicke der Innenwand) entsteht.
Verschleiß, Verformung des Dorns (z. B. lokales Ausdünnen) oder schlechte Oberflächenschmierung (Metallhaftung) können zu lokalen Wanddickenabweichungen an der Innenwand führen.

- Abweichung der Führungsschutzvorrichtung :
Die Führungs- und Schutzvorrichtungen (z. B. Führungsplatten und Führungsrollen) werden verwendet, um den Rohrblock/Rohrrohling in die Walzen zu führen. Wenn die Position der Führung und des Schutzes versetzt ist oder der Verschleiß ungleichmäßig ist, führt dies zu einer „Abweichung“ des Rohrbarrens und beim Walzen wird die Metallkraft auf eine Seite vorgespannt, was zu einer ungleichmäßigen Wandstärke führt.

Die Ebenheits- und Vertikalitätsabweichungen des Walzwerksrahmens und der Basis (z. B. Setzungen des Fundaments und Lockerung der Schrauben nach längerem Einsatz) führen dazu, dass die Mittellinien der Walzen und Dorne nicht ausgerichtet sind (schlechte Ausrichtung) und die Metallverformung asymmetrisch ist.

Die Mittellinien jedes Gerüsts des mehrgerüstigen kontinuierlichen Walzwerks sind nicht ausgerichtet (die Ausrichtung in Längsrichtung ist schlecht), und die Rohlinge werden beim Durchgang wiederholt „gequetscht und abgelenkt“, was zu periodischen ungleichmäßigen Wandstärken entlang der Längsrichtung führt.

Fehler in den Übertragungskomponenten des Walzwerks wie Motor, Untersetzungsgetriebe und Kupplung (z. B. inkonsistente Drehzahl und übermäßiges Getriebespiel) führen dazu, dass die Drehzahlen jeder Walze nicht synchron sind, was dazu führt, dass das Metall „gezogen“ oder „ungleichmäßig gequetscht“ wird und Schwankungen in der Wandstärke verursacht.

Prozessparameter sind der Schlüssel zur Kontrolle der Metallverformung. Unangemessene Parametereinstellungen können zu Abweichungen bei der Verformungsmenge, der Temperatur und der Geschwindigkeit führen, was zu ungleichmäßigen Wandstärken führen kann.

- Abweichung der Heiztemperatur :
Wenn die Erwärmungstemperatur des Rohrrohlings zu hoch ist (Überhitzung), weist das Metall eine übermäßige Plastizität auf, was leicht zu einer „Überverformung“ (lokale Verdünnung) führen kann. Wenn die Temperatur zu niedrig ist (zu wenig erhitzt), ist die Plastizität des Metalls schlecht, der Verformungswiderstand groß und es kann zu „hartem Zusammendrücken“ (lokaler Dicke) kommen.

Unzureichende Aufheizzeit oder ungleichmäßige Wärmespeicherung, übermäßiger Temperaturunterschied zwischen der Innen- und Außenseite des Rohrbarrens oder zwischen Ober- und Unterseite (z. B. zu dichtes Stapeln von Rohrbarren in einem Ringheizofen) und ungleichmäßige Verformung beim Walzen.

- Fehler der Temperaturregelung während des Walzvorgangs:
Wenn das Rohrohr zu schnell gewalzt und abgekühlt wird (z. B. bei übermäßigem Kühlwasser oder ungleichmäßiger Abkühlung), härtet das lokale Metall vorzeitig aus, was die anschließende Verformung erschwert und zu Abweichungen in der Wandstärke führt.

Beim kontinuierlichen Walzen sind die Temperaturschwankungen zwischen den einzelnen Rahmen zu groß (z. B. ist die Austrittstemperatur des vorderen Rahmens zu hoch und die Verformung des hinteren Rahmens während des Walzens ist zu groß).

- Falsche Einstellung des Walzenspalts:

Der Walzspalt ist ein zentraler Parameter, der die Wandstärke des Stahlrohrs bestimmt. Wenn der Spalt auf einer Seite während der Einstellung des Walzspalts zu groß ist (z. B. wenn nicht entsprechend der tatsächlichen Größe des Rohlingsrohrs kalibriert wird) oder die Walzspalteinstellungen jedes Rahmens nicht kontinuierlich sind (z. B. ein großer Walzspalt im vorderen Rahmen und ein kleiner Walzspalt im hinteren Rahmen), führt dies zu einer plötzlichen Änderung der Metallverformung und einer ungleichmäßigen Wandstärke.

- Unangemessener Dehnungskoeffizient:

Der Dehnungskoeffizient (das Verhältnis der Länge nach dem Walzen zur Länge vor dem Walzen) ist zu groß oder zu klein, oder der Dehnungskoeffizient ist ungleichmäßig auf die einzelnen Rahmen verteilt -. Wenn der Dehnungskoeffizient zu groß ist, fließt das Metall zu schnell, was zu einer lokalen Ausdünnung führt. Eine ungleichmäßige Verteilung führt zu Unterschieden im Verformungsgrad der einzelnen Abschnitte, was zu Schwankungen in der Wandstärke führt.

- Falsche Geschwindigkeitsparameter:

Die Vorschubgeschwindigkeit des Knüppels (Einstechgeschwindigkeit), die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen und die Auszugsgeschwindigkeit des Dorns stimmen nicht überein, was zu einer unzureichenden Metallversorgung oder -ansammlung führt. Wenn beispielsweise die Einstechgeschwindigkeit zu hoch ist und die Dornunterstützung nicht rechtzeitig erfolgt, wird die Innenwand des Stahlrohrs lokal dünner.

Unzureichende Schmierung beim Walzen (z. B. unzureichendes Schmieröl oder beschädigtes Fett) führt zu übermäßiger Reibung zwischen dem Metall und den Walzen oder dem Dorn, was zu einem erhöhten Widerstand gegen lokale Verformung und einer größeren Wandstärke führt.

Ungleichmäßiger Kühlprozess (z. B. Verstopfung der Kühlwasserwege, Abweichung der Düsenwinkel), schnelle lokale Abkühlung der Stahlrohroberfläche, erhöhte Härte und Unfähigkeit, diese in nachfolgenden Prozessen effektiv zu korrigieren, was zu Abweichungen in der Wandstärke führt.

Die Fähigkeiten der Bediener, die Pünktlichkeit der Inspektion und Einstellung wirken sich direkt auf die Ausführungswirkung des Prozesses aus und sind die „menschlichen Ursachen“ für ungleichmäßige Wandstärken.

Der Bediener versäumte es, Parameter wie Walzspalt, Rotationsgeschwindigkeit und Temperatur entsprechend den Spezifikationen und Materialien des Rohrbarrens anzupassen (z. B. indem er die alten Parameter zur Herstellung von Stahlrohren mit unterschiedlichen Spezifikationen verwendete), was zu einer Diskrepanz zwischen den Parametern und den Rohmaterialien führte.
Bei der Einstellung des Walzenspalts wurde dieser nicht kalibriert (z. B. nur auf der Grundlage von Erfahrungswerten eingestellt, ohne Werkzeuge wie eine Messuhr zur Messung zu verwenden), was zu einer Abweichung zwischen dem tatsächlichen Walzenspalt und dem eingestellten Wert führte.

- Der Verschleißzustand von Komponenten wie Rollen, Dornen und Führungsschutz wurde nicht regelmäßig überprüft (z. B. wurden die Rollen nicht ausgetauscht, wenn der Verschleiß den Standard überschritt), oder die Metallanhaftungen und Oxidablagerungen auf der Oberfläche der Komponenten wurden nicht rechtzeitig gereinigt, was zu ungleichmäßiger Verformung führte.

- Fehler bei der Geräteausrichtung werden nicht rechtzeitig erkannt (z. B. Rahmenversatz, lockere Führungsschutzvorrichtungen) oder es werden keine rechtzeitigen Anpassungen nach der Entdeckung vorgenommen.

Die Bediener versäumten es, Aussehens- und Maßprüfungen an den Rohrbarren durchzuführen (z. B. durch die Verwendung von Rohrbarren mit übermäßiger Elliptizität), was dazu führte, dass „inhärente Mängel“ in den Walzprozess einflossen.

an der Walzenoberfläche haftende Verunreinigungen, ungleichmäßige Abkühlung
Kalibrier-/Reduzierprozess: Ungleichmäßige Wandstärke am Ende, zu niedrige Temperatur am Ende des Rohlingsrohrs, falsche Einstellung des Walzenspalts der Kalibriermaschine, Abweichung von Führung und Schutz

Verwenden Sie ein Ultraschall-Dickenmessgerät, um entlang des Umfangs des Stahlrohrs (mindestens vier Richtungen) und der Längenrichtung (alle 100-200 mm) zu messen, um die Form der Ungleichmäßigkeit (Exzentrizität, Spirale, periodisch) zu bestimmen.

- Exzentrische Wand: Überprüfen Sie vorrangig die Ausrichtung der Ausrüstung (Rolle-Mittellinie des Dorns), die Exzentrizität der Oberseite/des Dorns und die ungleichmäßige Erwärmung des Rohrbarrens.

- Ungleichmäßige Spiralform: Überprüfen Sie den Führungsschutz der Stanzmaschine, den Kegelwinkel der Rollen und die Abweichung des Rohlingsrohrs.

- Periodische Schwankungen: Überprüfen Sie die Synchronisierung der kontinuierlichen Walzwerksgeschwindigkeit, den Verschleißzyklus der Walzen und die Einstellung des Walzspalts.

- Rohstoffe:

Sieben Sie qualifizierte Rohrbarren (mit einheitlicher Größe und Temperatur) und entfernen Sie fehlerhafte Rohmaterialien.

- Ausrüstung:

Kalibrieren Sie Ausrichtung und Ebenheit, ersetzen Sie verschlissene Teile (Rollen, Dorne, Führungsschutz) und reinigen Sie die Oberflächen von Komponenten;

- Prozess:

Optimieren Sie die Heiztemperatur (gleichmäßige Isolierung), passen Sie den Walzenspalt/die Geschwindigkeit an und verbessern Sie die Schmierung und Kühlung.

- Vorgang:

Verstärken Sie die Inspektion (Kalibrieren von Parametern und Überprüfen des Gerätestatus für jede Charge) und verbessern Sie die Fähigkeiten der Bediener.

Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, dass die ungleichmäßige Wandstärke gewalzter Stahlrohre das Ergebnis des koordinierten Versagens mehrerer Verbindungen wie „Rohstoffe - Ausrüstung - Prozess - Betrieb“ ist und der Kern in der Zerstörung der Gleichmäßigkeit der Metallverformung liegt. In der Produktion ist eine vollständige-Prozesskontrolle von „Quelle (Rohstoffe) - Prozess (Ausrüstung + Technologie) - Ausführung (Betrieb)“ erforderlich, um die Wahrscheinlichkeit einer ungleichmäßigen Wandstärke effektiv zu reduzieren.

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