AISI 4145H石油钻铤用管轧制工艺开发

D0L:10.13374/.issn1001-053x.2012.s1.009 第34卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.34 Suppl.1 2012年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2012 AISI4145H石油钻铤用管轧制工艺开发 胡旋陈剑南 湖北新治钢有限公司，黄石435001 通信作者，E-mail:sdbyhx@sina.com 摘要为解决Assl轧管机组生产超长特厚壁钻铤用管（径壁比≤3.7）轧制顺行问题和提高纵横向壁厚均匀性，实施了坯 型优选、变形量合理分配、穿孔机和轧管机参数调整以及减径机孔型参数和速度制度优化等一系列技术措施.生产的钻铤管 成品长度达标，包括横向与纵向壁厚均匀性在内的尺寸精度都达到了较高水平，符合指标要求.用户使用表明，与棒料相比， 采用管料加工制造钻挺具有节省材料，合格率高，工效高，和工具消耗降低等综合有优点 关键词轧机：钻铤管：工艺：产品质量 分类号TG335.71 Development of AISI 4145H drill collar tubes HU Xuan☒，CHEN Jian-nan Hubei Xin Yegang Steel Co.,Ltd.,Huangshi 435001,China Corresponding author,E-mail:sdbyhx@sina.com ABSTRACT To solve the problems of rolling along the line of long thick-walled drill collar tubes (the ratio of outer diameter and wall thickness (D/S)s3.7)in Assel mill and promote the uniform of wall thickness,a series of technical measures were carried out,such as optimizing the billet properly,distributing the deformation reasonably,adjusting the parameters of piercer and Assel mill,and opti- mizing the pass parameters and the speed setting of the reducing mill.The length of finished drill collar tubes completely meets the standard,and the uniform of wall thickness in transversal and longitudinal directions reaches the higher standard.The user experience shows that,the use of tubes as raw materials is better than that of bars in saving materials,promoting the pass rate,improving the effi- ciency,and reducing the tool consumption. KEY WORDS rolling mill:drill collar tube:processing:product quality 钻铤是石油钻井工具的重要组成部分，钻井作 目标 业时它下接钻头，上接加重钻杆，工作时承受较大的 湖北新治钢有限公司充分发挥世界规模最大和 交变应力，API Spec7-l标准对其给出了严格的技 工艺装备最先进的Assl三辊热轧机组群的优势， 术要求.按外形分类钻铤可分为整体钻铤及螺旋钻 研制开发了系列钻铤用厚壁管，用户试用后反映良 铤等：其内孔均为圆形，主要特点是壁厚大（相当于 好，很好解决了上述采用棒材钻孔生产钻铤所遇到 普通钻杆壁厚的4~6倍)，具有较大的重力和刚 问题，成为以管代棒节约经济的典范，产生了较高的 度；通常采用轧制或锻造的AISI4145H铬钼钢棒材 经济与社会效益 钻孔加工制造而成0 1钻铤用管技术要求 采用棒材钻孔加工制造钻铤，存在四个不利因 素：(1)材料利用率低：(2)小规格钻孔合格率低； 以下是我公司对钻铤用管的各项技术要求： (3)加工效率低：(4)工具消耗大.以上四项都使得 (1)化学成分如表1所示： 采用棒料加工钻铤的生产成本高，产能释放受限. (2)规格及公差见表2； 对于制造商而言，在保证产品质量前提下，不断降低 (3)外径椭圆度和全长壁厚不均分别小于外径 生产成本，提高生产效率，是企业永恒的课题和追求 和壁厚公差的70%； 收稿日期：201202-23

第 34 卷 增刊 1 2012 年 6 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 Suppl． 1 Jun． 2012 AISI 4145H 石油钻铤用管轧制工艺开发 胡 旋 陈剑南 湖北新冶钢有限公司，黄石 435001 通信作者，E-mail: sdbyhx@ sina． com 摘 要 为解决 Assel 轧管机组生产超长特厚壁钻铤用管( 径壁比≤3. 7) 轧制顺行问题和提高纵横向壁厚均匀性，实施了坯 型优选、变形量合理分配、穿孔机和轧管机参数调整以及减径机孔型参数和速度制度优化等一系列技术措施． 生产的钻铤管 成品长度达标，包括横向与纵向壁厚均匀性在内的尺寸精度都达到了较高水平，符合指标要求． 用户使用表明，与棒料相比， 采用管料加工制造钻铤具有节省材料，合格率高，工效高，和工具消耗降低等综合有优点． 关键词 轧机; 钻铤管; 工艺; 产品质量 分类号 TG335. 71 Development of AISI 4145H drill collar tubes HU Xuan ，CHEN Jian-nan Hubei Xin Yegang Steel Co． ，Ltd． ，Huangshi 435001，China Corresponding author，E-mail: sdbyhx@ sina． com ABSTRACT To solve the problems of rolling along the line of long thick-walled drill collar tubes ( the ratio of outer diameter and wall thickness ( D/S) ≤3. 7) in Assel mill and promote the uniform of wall thickness，a series of technical measures were carried out，such as optimizing the billet properly，distributing the deformation reasonably，adjusting the parameters of piercer and Assel mill，and opti￾mizing the pass parameters and the speed setting of the reducing mill． The length of finished drill collar tubes completely meets the standard，and the uniform of wall thickness in transversal and longitudinal directions reaches the higher standard． The user experience shows that，the use of tubes as raw materials is better than that of bars in saving materials，promoting the pass rate，improving the effi￾ciency，and reducing the tool consumption． KEY WORDS rolling mill; drill collar tube; processing; product quality 收稿日期: 2012--02--23 钻铤是石油钻井工具的重要组成部分，钻井作 业时它下接钻头，上接加重钻杆，工作时承受较大的 交变应力，API Spec7--1 标准对其给出了严格的技 术要求． 按外形分类钻铤可分为整体钻铤及螺旋钻 铤等; 其内孔均为圆形，主要特点是壁厚大( 相当于 普通钻杆壁厚的 4 ～ 6 倍) ，具有较大的重力和刚 度; 通常采用轧制或锻造的 AISI 4145H 铬钼钢棒材 钻孔加工制造而成［1］． 采用棒材钻孔加工制造钻铤，存在四个不利因 素: ( 1) 材料利用率低; ( 2) 小规格钻孔合格率低; ( 3) 加工效率低; ( 4) 工具消耗大． 以上四项都使得 采用棒料加工钻铤的生产成本高，产能释放受限． 对于制造商而言，在保证产品质量前提下，不断降低 生产成本，提高生产效率，是企业永恒的课题和追求 目标． 湖北新冶钢有限公司充分发挥世界规模最大和 工艺装备最先进的 Assel 三辊热轧机组群的优势， 研制开发了系列钻铤用厚壁管，用户试用后反映良 好，很好解决了上述采用棒材钻孔生产钻铤所遇到 问题，成为以管代棒节约经济的典范，产生了较高的 经济与社会效益． 1 钻铤用管技术要求 以下是我公司对钻铤用管的各项技术要求: ( 1) 化学成分如表 1 所示; ( 2) 规格及公差见表 2; ( 3) 外径椭圆度和全长壁厚不均分别小于外径 和壁厚公差的 70% ; DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.s1.009

增刊1 胡旋等：AISI4145H石油钻铤用管轧制工艺开发 ·45· 表1实验材料(AISI4145H)的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the experimental material C Si Mn Cr Mo Cu Ni N 0.420-0.480 0.150-0.250 0.800-1.2000.800-1.200 0.200-0.300 ≤002) ≤0.020 ≤0200 ≤0.500 ≤0.015 表2规格及公差要求 (4)长度及公差：9700，io0mm; Table 2 Demands of specification and tolerance (5)弯曲度不大于2mmm',全长总弯曲度不 公差/mm 规格/(mm×mm） 大于4mm; 外径 壁厚 (6)交货状态：退火： 79.5×26 79.5615 26.25 (7)对试样毛坯进行热处理测定力学性能，按 89×28 89.15 28.25 照ASTM A370标准进行检验.其力学性能满足表3 105×28.5 105.15 28.5625 要求. 121×37 121.1s 37.25 从以上技术要求可以看出，钻铤制造厂家为了 b166×49 166.3 49。a5 确保成品钻铤各项质量指标达到API标准，对原料 168×51 $168.3 51。a5 钢管提出了较高要求，简要概括为：钢质纯净，尺寸 b178×56 178。*3 56。s 精度高，平直度好，综合力学性能优良.特别需要指 b203×69 d203.3 690s 出的是，为更加凸显钻铤管在内孔扩孔上相比棒材 表3力学性能要求(AISI4145H) Table 3 Requirements for mechanical properties (AlSI 4145H) 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/% 面缩率/% 硬度，HBW V型冲击功（纵向，常温）小 ≥850 ≥1000 ≥15 ≥48 285-341 平均值≥70，单个值≥65 钻孔的优势，钻铤制造厂家对钢管尺寸精度（外径 时，对于钻铤管9.7m左右的超长定尺，采用机组 公差、壁厚公差及全长壁厚均匀性)和平直度提出 常规坯型轧制无法完成。因此，如何合理选取特殊 了较高要求 管坯坯型，制定工艺，把钻铤管轧制成型并达到尺 2轧制工艺开发 寸和长度要求，是亟待解决的第一个难题.第二， 通过试轧，掌握4145H钻铤管各工序变形规律，了 表4列出我公司己研制的各规格钻铤管的径 解影响钻铤管尺寸精度的因素，优化变形量分配， 壁比(D/S),范围在2.94~3.69.由此说明钻铤管 调整各轧机工艺参数，改进工具设计及优选工具， 属于特厚壁管，即便对于以轧制中厚壁管见长的 使成品管的尺寸精度特别是纵横向壁厚均匀性达 Assl机组而言，也属于接近极限的难轧规格.同 到技术协议要求 表4各规格钻铤管径壁比(D/S) Table 4 Ratios of outer diameter and wall thickness (D/S)of drill collar tubes in different specifications 规格/(mm×mm) b79.5×26 b89×28 b105×28.5b121×37b166×49 168×51 Φ178×56 d203×69 径壁比 3.06 3.18 3.69 3.27 3.39 3.29 3.19 2.94 2.1选取适用坯型 管见长，尺寸精度高，内外表面质量好 .不过 表5显示，为了确保钻铤管成品长度满足要求， 对于极限超厚规格的钻铤管，要实现这一点并非 各规格选用的管坯坯型都比现行机组同样外径的常 易事.从轧制顺行角度分析，生产特厚壁钻铤管， 规品种所采用的坯型要大一个组距，换句话说，轧制 轧管机在极限大压下量情形下，轧制后芯棒与荒 钻铤管总减径量是常规品种轧制总减径量的1.5~ 管在小间隙下能否顺利脱离，是决定穿孔→轧管 2.0倍. →减径整条轧制线生产是否顺行的关键环节.因 2.2制定并优化工艺 此，要根据轧管机的变形量合理选定轧管机各项 2.2.1解决顺行问题 调整参数，优选芯棒大小，规范操作以实现轧制 众所周知，Assl三辊轧管机组以轧制中厚壁 顺行

增刊 1 胡 旋等: AISI 4145H 石油钻铤用管轧制工艺开发 表 1 实验材料 ( AISI 4145H) 的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the experimental material % C Si Mn Cr Mo S P Cu Ni N 0. 420 ～0. 480 0. 150 ～0. 250 0. 800 ～1. 200 0. 800 ～1. 200 0. 200 ～0. 300 ≤0. 020 ≤0. 020 ≤0. 200 ≤0. 500 ≤0. 015 表 2 规格及公差要求 Table 2 Demands of specification and tolerance 规格/( mm × mm) 公差/mm 外径 壁厚 79. 5 × 26 79. 5 + 1. 5 0 26 + 2. 5 0 89 × 28 89 + 1. 5 0 28 + 2. 5 0 105 × 28. 5 105 + 1. 5 0 28. 5 + 2. 5 0 121 × 37 121 + 1. 5 0 37 + 2. 5 0 166 × 49 166 + 3 0 49 + 3. 5 0 168 × 51 168 + 3 0 51 + 3. 5 0 178 × 56 178 + 3 0 56 + 3. 5 0 203 × 69 203 + 3 0 69 + 3. 5 0 ( 4) 长度及公差: 9 700 + 100 0 mm; ( 5) 弯曲度不大于 2 mm·m － 1 ，全长总弯曲度不 大于 4 mm; ( 6) 交货状态: 退火; ( 7) 对试样毛坯进行热处理测定力学性能，按 照 ASTM A370 标准进行检验． 其力学性能满足表 3 要求． 从以上技术要求可以看出，钻铤制造厂家为了 确保成品钻铤各项质量指标达到 API 标准，对原料 钢管提出了较高要求，简要概括为: 钢质纯净，尺寸 精度高，平直度好，综合力学性能优良． 特别需要指 出的是，为更加凸显钻铤管在内孔扩孔上相比棒材 表 3 力学性能要求( AISI 4145H) Table 3 Requirements for mechanical properties ( AISI 4145H) 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/% 面缩率/% 硬度，HBW V 型冲击功( 纵向，常温) /J ≥850 ≥1 000 ≥15 ≥48 285 ～ 341 平均值≥70，单个值≥65 钻孔的优势，钻铤制造厂家对钢管尺寸精度( 外径 公差、壁厚公差及全长壁厚均匀性) 和平直度提出 了较高要求． 2 轧制工艺开发 表 4 列出我公司已研制的各规格钻铤管的径 壁比( D/S) ，范围在 2. 94 ～ 3. 69． 由此说明钻铤管 属于特厚壁管，即便对于以轧制中厚壁管见长的 Assel 机组而言，也属于接近极限的难轧规格． 同 时，对于钻铤管 9. 7 m 左右的超长定尺，采用机组 常规坯型轧制无法完成． 因此，如何合理选取特殊 管坯坯型，制定工艺，把钻铤管轧制成型并达到尺 寸和长度要求，是亟待解决的第一个难题． 第二， 通过试轧，掌握 4145H 钻铤管各工序变形规律，了 解影响钻铤管尺寸精度的因素，优化变形量分配， 调整各轧机工艺参数，改进工具设计及优选工具， 使成品管的尺寸精度特别是纵横向壁厚均匀性达 到技术协议要求． 表 4 各规格钻铤管径壁比( D/S) Table 4 Ratios of outer diameter and wall thickness ( D/S) of drill collar tubes in different specifications 规格/( mm × mm) 79. 5 × 26 89 × 28 105 × 28. 5 121 × 37 166 × 49 168 × 51 178 × 56 203 × 69 径壁比 3. 06 3. 18 3. 69 3. 27 3. 39 3. 29 3. 19 2. 94 2. 1 选取适用坯型 表 5 显示，为了确保钻铤管成品长度满足要求， 各规格选用的管坯坯型都比现行机组同样外径的常 规品种所采用的坯型要大一个组距，换句话说，轧制 钻铤管总减径量是常规品种轧制总减径量的 1. 5 ～ 2. 0 倍． 2. 2 制定并优化工艺 2. 2. 1 解决顺行问题 众所周知，Assel 三辊轧管机组以轧制中厚壁 管见长，尺 寸 精 度 高，内外表面质量好［2］． 不 过 对于极限超厚规格的钻铤管，要实现这一点并非 易事． 从轧制顺行角度分析，生产特厚壁钻铤管， 轧管机在极限大压下量情形下，轧制后芯棒与荒 管在小间隙下能否顺利脱离，是决定穿孔→轧管 →减径整条轧制线生产是否顺行的关键环节． 因 此，要根据轧管机的变形量合理选定轧管机各项 调整参数，优选芯棒大小，规范操作以实现轧制 顺行． ·45·

·46· 北京科技大学学报 第34卷 表5各规格钻铤管轧制采用的坯型 孔毛管具有纠偏作用，从而可生产出壁厚均匀的荒 Table 5 Rolling billet types for drill collar tubes in different specifica- 管.但不幸的是，机组随后匹配的减径机（不论是二 tions 辊还是三辊结构)，其不带芯棒的微张力减径方式， 规格/(mm×mm) 坯型/mm 常规坯型/mm 对荒管的壁厚均匀性有恶化作用.特别对特厚壁 79.5×26 d130 110 管，大减径量下壁厚均匀性的恶化作用更加明显，即 b89×28 中150 130 出现内四方（二辊）和内六方（三辊）现象，如图1所 中105×28.5 中160 中130 示.显然，钻铤管减径工艺的制定，以及减径孔型的 b121×37 d190 b160 优化，应以将内方程度降至最小为控制目标.同时， 166×49 d255 215 减径机各架孔型速度的选配合理与否，将决定是否 b168×51 6255 b215 能将减径成品管纵向内径均匀性控制在标准允许范 178×56 4270 230 围内. b203×69 中330 b270 2.2.2解决壁厚精度问题 (1)穿孔机. 穿孔机是整条生产线的第一个变形轧机，因此， 穿出横向与纵向壁厚均匀特别是头部壁厚均匀的毛 管，对最终得到内孔均匀性好和同轴度高的成品管 至关重要.由表5可以看出，各规格钻铤管采用的 坯料直径与成品直径相差较大，即总减径量大.为 避免因减径机减径量过大而导致成品管内方的严重 问题司，在变形量分配原则上是减径量尽量前移， 图1内四方钢管实物 Fig.1 Tubes of inner square 穿孔机由通常的扩径穿孔调整为减径穿孔，这是钻 铤管轧制的第一个特点。钻铤穿孔毛管壁厚特厚是 另一方面，由于微张力减径特点，轧管荒管减径 钻铤管轧制的第二个特点.以上二点，决定了相比 后壁厚会发生一定变化，其影响因素包括：钢种、温 扩径穿孔，减径穿孔生产小直径厚壁毛管必然要求 度、总减径量、单架减径量、和壁厚等因.钻铤管壁 选用较小的穿孔顶头和顶杆直径，由此可能出现的 厚大，减径量大，轧管荒管经减径后壁厚变化会非常 后果就是，穿孔时顶杆刚性小，稳定性差，抖动剧烈， 显著.因此，通过试轧，掌握4145H合金钻铤管在一 增加了毛管壁厚不均程度.因此，为实现既定的缩 定温度一定减径量下壁厚的变化规律，是控制成品 径穿孔，在工艺允许范围内尽量优先选用较大直径 管壁厚及公差在标准范围内的关键，也是确定轧管 的顶杆和顶头，在此基础上匹配其他穿孔机调整参 机荒管壁厚的依据 数，最大限度提高穿孔稳定性，成为特厚壁钻铤管穿 孔工艺制定的首要原则 3生产和应用实例 (2)轧管机. 三辊轧管过程中，芯棒的稳定性是影响轧制荒 3.1生产实例 管壁厚均匀性的关键因素0.特厚壁钻铤管轧制， 以现场轧制b89mm×28mm和b166mm×49 由于轧管机需实现大压下量，选用的芯棒相对较小， mm成品管为例，按照以上阐述的原则制定工艺，具 这样芯棒在轧制时的甩动和抖动相对剧烈，影响荒 体参数见表6和表7.图2是中166mm×49mm成品 管壁厚均匀性.因此，在实现既定轧管机变形量前 管横截面图，从图中看出管子具有较好的壁厚均匀 提下，通过优化轧机调整参数尤其是角度、速度参 性.测量结果显示，管子纵横向壁厚差控制在2.5 数，和调整轧机前后台导卫装置，最大限度降低小芯 mm以内. 棒甩动对荒管壁厚精度的影响，是轧管机制定钻铤 3.2应用实例 管轧制工艺时应充分考虑的环节因 表8是国内某钻具厂采用棒料和我公司采用管 (3)减径机. 料加工生产钻挺的生产数据，从表中看出，采用管料 Assl三辊轧管机由于其特殊结构，轧管时对穿 具有明显的综合优势

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 表 5 各规格钻铤管轧制采用的坯型 Table 5 Rolling billet types for drill collar tubes in different specifica￾tions 规格/( mm × mm) 坯型/mm 常规坯型/ mm 79. 5 × 26 130 110 89 × 28 150 130 105 × 28. 5 160 130 121 × 37 190 160 166 × 49 255 215 168 × 51 255 215 178 × 56 270 230 203 × 69 330 270 2. 2. 2 解决壁厚精度问题 ( 1) 穿孔机． 穿孔机是整条生产线的第一个变形轧机，因此， 穿出横向与纵向壁厚均匀特别是头部壁厚均匀的毛 管，对最终得到内孔均匀性好和同轴度高的成品管 至关重要． 由表 5 可以看出，各规格钻铤管采用的 坯料直径与成品直径相差较大，即总减径量大． 为 避免因减径机减径量过大而导致成品管内方的严重 问题［3］，在变形量分配原则上是减径量尽量前移， 穿孔机由通常的扩径穿孔调整为减径穿孔，这是钻 铤管轧制的第一个特点． 钻铤穿孔毛管壁厚特厚是 钻铤管轧制的第二个特点． 以上二点，决定了相比 扩径穿孔，减径穿孔生产小直径厚壁毛管必然要求 选用较小的穿孔顶头和顶杆直径，由此可能出现的 后果就是，穿孔时顶杆刚性小，稳定性差，抖动剧烈， 增加了毛管壁厚不均程度． 因此，为实现既定的缩 径穿孔，在工艺允许范围内尽量优先选用较大直径 的顶杆和顶头，在此基础上匹配其他穿孔机调整参 数，最大限度提高穿孔稳定性，成为特厚壁钻铤管穿 孔工艺制定的首要原则． ( 2) 轧管机． 三辊轧管过程中，芯棒的稳定性是影响轧制荒 管壁厚均匀性的关键因素［4］． 特厚壁钻铤管轧制， 由于轧管机需实现大压下量，选用的芯棒相对较小， 这样芯棒在轧制时的甩动和抖动相对剧烈，影响荒 管壁厚均匀性． 因此，在实现既定轧管机变形量前 提下，通过优化轧机调整参数尤其是角度、速度参 数，和调整轧机前后台导卫装置，最大限度降低小芯 棒甩动对荒管壁厚精度的影响，是轧管机制定钻铤 管轧制工艺时应充分考虑的环节［5］． ( 3) 减径机． Assel 三辊轧管机由于其特殊结构，轧管时对穿 孔毛管具有纠偏作用，从而可生产出壁厚均匀的荒 管． 但不幸的是，机组随后匹配的减径机( 不论是二 辊还是三辊结构) ，其不带芯棒的微张力减径方式， 对荒管的壁厚均匀性有恶化作用． 特别对特厚壁 管，大减径量下壁厚均匀性的恶化作用更加明显，即 出现内四方( 二辊) 和内六方( 三辊) 现象，如图 1 所 示． 显然，钻铤管减径工艺的制定，以及减径孔型的 优化，应以将内方程度降至最小为控制目标． 同时， 减径机各架孔型速度的选配合理与否，将决定是否 能将减径成品管纵向内径均匀性控制在标准允许范 围内． 图 1 内四方钢管实物 Fig． 1 Tubes of inner square 另一方面，由于微张力减径特点，轧管荒管减径 后壁厚会发生一定变化，其影响因素包括: 钢种、温 度、总减径量、单架减径量、和壁厚等［6］． 钻铤管壁 厚大，减径量大，轧管荒管经减径后壁厚变化会非常 显著． 因此，通过试轧，掌握 4145H 合金钻铤管在一 定温度一定减径量下壁厚的变化规律，是控制成品 管壁厚及公差在标准范围内的关键，也是确定轧管 机荒管壁厚的依据． 3 生产和应用实例 3. 1 生产实例 以现场轧制 89 mm × 28 mm 和 166 mm × 49 mm 成品管为例，按照以上阐述的原则制定工艺，具 体参数见表6 和表7． 图2 是 166 mm × 49 mm 成品 管横截面图，从图中看出管子具有较好的壁厚均匀 性． 测量结果显示，管子纵横向壁厚差控制在 2. 5 mm 以内． 3. 2 应用实例 表 8 是国内某钻具厂采用棒料和我公司采用管 料加工生产钻铤的生产数据，从表中看出，采用管料 具有明显的综合优势． ·46·

增刊1 胡旋等：AISI4145H石油钻铤用管轧制工艺开发 47 表689mm×28mm钻铤管轧制工艺 Table 6 Rolling parameters of drill collar tube (089 mm x 28 mm) 穿孔机调整参数 毛管规格/(mm×mm) 顶头直径/mm 辊距/mm 导距/mm 顶头伸出量/mm顶前压下量/% 总压下量/% b145×32 72 129 150 110 6.6 14 轧管机调整参数 荒管规格/(mm×mm)芯棒直径/mm喉径/mm牌坊转角/(~)碾轧角/(o)芯棒与穿孔毛管间隙值/mm芯棒与轧管荒管间隙值/mm 112×30 50 110 18 3 2 2 减径机调整参数（成品规格：b89mm×28mm) 机架数 2 3 456 7 8 9 10 11 孔型直径/mm 111.97 109.7 107 106103100 97.3 95.8 93.290.6 90.6 电机转数/(rmin) 800 770 760 740700680 640 620 610600 600 表7l66mm×49mm钻铤管轧制工艺 Table 7 Rolling parameters of drill collar tube (166 mmx49 mm) 穿孔机调整参数 毛管规格/(mm×mm) 顶头直径/mm 辊距/mm 导距/mm 顶头伸出量/mm 顶前压下量/% 总压下量/% 243×58 117 220 246 170 6.8 13.7 轧管机调整参数 荒管规格/ 芯棒直径/ 喉径/ 牌坊转角/ 碾轧角/ 芯棒与穿孔毛管 芯棒与轧管荒管 (mm×mm） mm mm () () 间隙值/mm 间隙值/mm 4202×54 84 192 8 43 10 减径机调整参数（成品规格：b166mm×49mm) 机架数 3 6 8 9 10 11 孔型直径/mm 198.8 195.6 192.5 189 185.6 182.3 179 175.8 172.6 170.5 169.7 电机转数/(rmin) 1050 1020 1000970 930 900 870 830 810 790 780 4结论 (1)根据轧管机的变形量合理选定轧管机各项 调整参数，优选芯棒大小，规范操作，完全可以实现 特厚壁钻铤管的轧制顺行 (2)钻铤管采用缩径穿孔，在工艺允许范围内 尽量选用较大直径的顶杆和顶头，可最大限度提高 穿孔稳定性，提高穿孔毛管的横向壁厚均匀性.在 钻铤管轧管采用极限大压下量情形下，芯棒的稳定 性是影响轧制荒管壁厚均匀性的关键因素.通过优 图2钢管成品管 Fig.2 Finished steel tube 化轧机调整参数尤其是角度、速度参数、和调整轧机 前后台导卫装置，最大限度降低小芯棒甩动对荒管 表8国内某钻具厂采用棒料和管料加工钻铤的生产对比数据 壁厚精度的影响.微张力减径机对特厚壁管在大减 Table8 Production comparison data in manufacturing drill collar (using 径量下壁厚均匀性的恶化作用特别明显.生产实践 tube and bar) 表明，尽量减少减径机减径量，优化减径机孔型，合 材料利用合格加工工效/工具损耗/ 材料 理制定各机架转速，可有效减轻内方程度，生产出纵 率/%率/%（支）（元·支1） 横向壁厚均匀性好的成品管 棒料（中120mm） 44.9490 2 30 (3)用户应用表明，采用管料加工制造钻铤比 管料(d89mm×28mm) 94.79100 1 15 采用棒料具有节省材料，合格率高，工效高，和工具

增刊 1 胡 旋等: AISI 4145H 石油钻铤用管轧制工艺开发 表 6 89 mm × 28 mm 钻铤管轧制工艺 Table 6 Rolling parameters of drill collar tube ( 89 mm × 28 mm) 穿孔机调整参数 毛管规格/( mm × mm) 顶头直径/mm 辊距/mm 导距/mm 顶头伸出量/mm 顶前压下量/% 总压下量/% 145 × 32 72 129 150 110 6. 6 14 轧管机调整参数 荒管规格/( mm × mm) 芯棒直径/mm 喉径/mm 牌坊转角/( °) 碾轧角/( °) 芯棒与穿孔毛管间隙值/mm 芯棒与轧管荒管间隙值/mm 112 × 30 50 110 18 3 31 2 减径机调整参数 ( 成品规格: 89 mm × 28 mm) 机架数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 孔型直径/mm 111. 97 109. 7 107 106 103 100 97. 3 95. 8 93. 2 90. 6 90. 6 电机转数/( r·min － 1 ) 800 770 760 740 700 680 640 620 610 600 600 表 7 166 mm × 49 mm 钻铤管轧制工艺 Table 7 Rolling parameters of drill collar tube ( 166 mm × 49 mm) 穿孔机调整参数 毛管规格/( mm × mm) 顶头直径/mm 辊距/mm 导距/mm 顶头伸出量/mm 顶前压下量/% 总压下量/% 243 × 58 117 220 246 170 6. 8 13. 7 轧管机调整参数 荒管规格/ ( mm × mm) 芯棒直径/ mm 喉径/ mm 牌坊转角/ ( °) 碾轧角/ ( °) 芯棒与穿孔毛管 间隙值/mm 芯棒与轧管荒管 间隙值/mm 202 × 54 84 192 18 3 43 10 减径机调整参数( 成品规格: 166 mm × 49 mm) 机架数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 孔型直径/mm 198. 8 195. 6 192. 5 189 185. 6 182. 3 179 175. 8 172. 6 170. 5 169. 7 电机转数/( r·min － 1 ) 1 050 1 020 1 000 970 930 900 870 830 810 790 780 图 2 钢管成品管 Fig． 2 Finished steel tube 表 8 国内某钻具厂采用棒料和管料加工钻铤的生产对比数据 Table 8 Production comparison data in manufacturing drill collar ( using tube and bar) 材料 材料利用 率/% 合格 率/% 加工工效/ ( h·支 － 1 ) 工具损耗/ ( 元·支 － 1 ) 棒料 ( 120 mm) 44. 94 90 2 30 管料 ( 89 mm ×28 mm) 94. 79 100 1 15 4 结论 ( 1) 根据轧管机的变形量合理选定轧管机各项 调整参数，优选芯棒大小，规范操作，完全可以实现 特厚壁钻铤管的轧制顺行． ( 2) 钻铤管采用缩径穿孔，在工艺允许范围内 尽量选用较大直径的顶杆和顶头，可最大限度提高 穿孔稳定性，提高穿孔毛管的横向壁厚均匀性． 在 钻铤管轧管采用极限大压下量情形下，芯棒的稳定 性是影响轧制荒管壁厚均匀性的关键因素． 通过优 化轧机调整参数尤其是角度、速度参数、和调整轧机 前后台导卫装置，最大限度降低小芯棒甩动对荒管 壁厚精度的影响． 微张力减径机对特厚壁管在大减 径量下壁厚均匀性的恶化作用特别明显． 生产实践 表明，尽量减少减径机减径量，优化减径机孔型，合 理制定各机架转速，可有效减轻内方程度，生产出纵 横向壁厚均匀性好的成品管． ( 3) 用户应用表明，采用管料加工制造钻铤比 采用棒料具有节省材料，合格率高，工效高，和工具 ·47·

·48· 北京科技大学学报 第34卷 消耗降低等四大综合优势 lurgical Industry Press,1994 (王北明.热轧钢管的质量.北京：治金工业出版社，1994) 4]Lv QG.The Mechanism and Control Pattern of Seamless Steel Tube 参考文献 Thickness Precision [Dissertation].Beijing:University of Science [1]Yang X Q.Present status on supply and demand of OCTG and its and Technology Beijing,1998 development in China//Proceedings of the 7th International Sympo- (吕庆功.无缝钢管壁厚不均的机理和壁厚精度的控制模式 sium of Seamless Steel Tube Technology in University of Science and [学位论文].北京：北京科技大学，1998) Technology Beijing.Beijing,2010:50 5]Hu X.Analysis of Deformation Characteristics on Assel Mill and (杨秀琴.我国油井管的供求现状与发展//北京科技大学第七 Process Improvement [Dissertation].Beijing:University of Sci- 届无缝钢管生产技术研讨会（国际）论文集.北京，2011：50) ence and Technology Beijing,1999 Qian G.Hu X.Development of process of rolling light-wall seam- (胡旋.Assl轧管机变形特征分析与工艺改进[学位论文]. less tube with 6273 mm Assel pipe mill.Steel Pipe,2010,39(3): 北京：北京科技大学，1999) 24 [6]Li LS,Han G C.The Production of Minitype Seamless Steel Tube (钱刚，胡旋.273 mm Assel轧管机组生产薄壁无缝钢管的工 Mill.Beijing:Metallurgical Industry Press,1989 艺开发.钢管，2010,39(3)：24) (李连诗，韩观昌.小型无缝钢管生产。北京：治金工业出版 3]Wang B M.The Quality of Hot-Rolling Steel Tube.Beijing:Metal- 社，1989)

北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 消耗降低等四大综合优势． 参 考 文 献 ［1］ Yang X Q． Present status on supply and demand of OCTG and its development in China / /Proceedings of the 7th International Sympo￾sium of Seamless Steel Tube Technology in University of Science and Technology Beijing． Beijing，2010: 50 ( 杨秀琴． 我国油井管的供求现状与发展/ /北京科技大学第七 届无缝钢管生产技术研讨会( 国际) 论文集． 北京，2011: 50) ［2］ Qian G，Hu X． Development of process of rolling light-wall seam￾less tube with 273 mm Assel pipe mill． Steel Pipe，2010，39( 3) : 24 ( 钱刚，胡旋． 273 mm Assel 轧管机组生产薄壁无缝钢管的工 艺开发． 钢管，2010，39( 3) : 24) ［3］ Wang B M． The Quality of Hot-Rolling Steel Tube． Beijing: Metal￾lurgical Industry Press，1994 ( 王北明． 热轧钢管的质量． 北京: 冶金工业出版社，1994) ［4］ Lv Q G． The Mechanism and Control Pattern of Seamless Steel Tube Thickness Precision ［Dissertation］． Beijing: University of Science and Technology Beijing，1998 ( 吕庆功． 无缝钢管壁厚不均的机理和壁厚精度的控制模式 ［学位论文］． 北京: 北京科技大学，1998) ［5］ Hu X． Analysis of Deformation Characteristics on Assel Mill and Process Improvement ［Dissertation］． Beijing: University of Sci￾ence and Technology Beijing，1999 ( 胡旋． Assel 轧管机变形特征分析与工艺改进［学位论文］． 北京: 北京科技大学，1999) ［6］ Li L S，Han G C． The Production of Minitype Seamless Steel Tube Mill． Beijing: Metallurgical Industry Press，1989 ( 李连诗，韩观昌． 小型无缝钢管生产． 北京: 冶金工业出版 社，1989) ·48·