一般来讲,为了减小管坯在顶头前的压下量和压缩次数,穿孔时要尽量将顶头伸向孔型的人口,也就是说,要增加顶头的顶伸量。此时,管坯从一次咬入到二次咬入的距离会变短,在轴向滑移系数不变的条件下,管坯在顶头前的压下量和受压缩次数都会减少。但问题是,当顶头过分前置时,一方面会带来管坏二次咬入的动力不足,另一方面会增大管坯前进的阻力,由此使得管坯在变形区中的轴向滑移系数减小。或者说,管坯每旋转1周所前进的距离缩短,反而会增加管坯在顶头前的受压缩次数,严重时会发生打滑或前卡现象,使得穿孔过程不能完成。所以说,顶头前压下量也不是越小越好。并且,人们还希望利用斜轧穿孔时管坏形成孔腔的这种自然规律,使管坯的中心产生适当的疏松或较小的孔腔,以减小穿孔时顶头鼻部的单位压力,提高管坯的轴向滑移系数,进而提高穿孔的效率和顶头的使用寿命。
北京科技大学朱景清教授等在分析了二辊斜轧穿孔的轧卡试样后认为,即使管坯的中心存在疏松和较小的孔腔,因顶头前存在“隔墙”,此“隔墙”可以阻止管坯孔腔周围的金属发生氧化,并不会造成穿孔毛管的内折缺陷,但当管坯孔腔太大时,“隔墙”会遭到破坏并产生穿孔毛管内折。
由此可见,无缝钢管管坯适当的疏松和较小的孔腔对穿孔毛管内折缺陷的影响是有限的。因此,追求太小的顶头前压下量既不现实,也没有太大的必要。
顶头前压下量到底以多大为宜,有学者提出了临界压下量的概念,认为当顶头前压下量小于临界压下量时,斜轧穿孔时管坏是不会形成孔腔的。
人们习惯用顶头前压下率ε=∆D/DB(ε为顶头前压下率,∆D为顶头前压下量,DB为管坯直径)来表示管坯形成孔腔的危险程度,并用此参数作为确定穿孔机孔型设计及顶头位置调整的重要依据之一。
大量的试验证明,钢的强度极限和塑性不同,其临界压下率也不同。也就是说,钢种不同,其临界压下率不同,而管坯的低倍组织和高倍组织以及管坯的加热质量不同,其临界压下率也不同。实际生产中,选择顶头前压F率可以用临界压下率作为参考值。对于连铸圆管坯,顶头前压下率一般选择4%-7%;对于轧制圆管坏,因管坯经轧制后低倍组织等得到了改善,顶头前压下率可取得大一些,一般选择6%-9%;而钢锭因其中心处的低倍组织状态较差,顶头前压下率应尽可能取得小一些,一般为5%左右。
对于一些塑性比较差的钢,如Cr, Mo钢,在穿孔时,管坯中心容易产生大的孔腔进而形成毛管的内折。实际生产中,可以先通过轧制(锻制)方式对管坯内部结晶组织进行改造,以期增大管坯中心金属的强度极限应力和临界压下量;然后再将轧(锻)制后的管坯进行穿孔。这样一来,就能有效地抑制穿孔毛管内折的产生。其效果已在生产实践中得到了验证。