无缝钢管生产工艺

无缝钢管生产 manufacturing process of seamless tube and pipe 　　用穿孔等方法生产周边无接缝的钢管或其他金属管和合金管。无缝钢管的外径范围为 0.1～1425mm，壁厚为0.01～200mm。除圆形管外,还有各种异形断面管和交断面管。 　　生产方法和简史 无缝钢管的生产方法很多。无缝钢管根据交货要求，可用热轧(约占80～90％)或冷轧、冷拔（约占11～20％）方法生产。热轧管用的坯料有圆形、方形或多边形的锭、轧坯或连铸管坯，管坯质量对管材质量有直接的影响。热轧管有三个基本工序：①在穿孔机上将锭或坯穿成空心厚壁毛管；②在延伸机上将毛管轧薄，延伸成为接近成品壁厚的荒管；③在精轧机上轧制成所要求的成品管。轧管机组系列以生产钢管的最大外径来表示（见轧机）。无缝钢管生产方法见表1，括号中数字为创制年代。

无缝钢管生产有近 110年的历史。德国人曼尼斯曼兄弟于1885年首先发明二辊斜轧穿孔机，1891年又发明周期轧管机,1903年瑞士人施蒂费尔（R.C.Stiefel）发明自动轧管机（也称顶头式轧管机），以后又出现了连续式轧管机和顶管机等各种延伸机，开始形成近代无缝钢管工业。20世纪30年代由于采用了三辊轧管机、挤压机、周期式冷轧管机，改善了钢管的品种质量。60年代由于连轧管机的改进，三辊穿孔机的出现，特别是应用张力减径机和连铸坯的成功，提高了生产效率，增强了无缝钢管与焊管竞争的能力。70年代无缝钢管与焊管正并驾齐驱，世界钢管产量以每年 5％以上的速度递增。中国1953年后重视发展无缝钢管工业，已初步形成轧制各种大、中、小型管材的生产体系。铜管一般也采用锭坯斜轧穿孔、轧管机轧制、盘管拉伸工艺。 　　自动轧管生产 生产无缝钢管的方式之一。生产设备由穿孔机、自动轧管机、均整机、定径机和减径机等组成。其生产工艺流程见图1。

穿孔机 常用的二辊斜轧穿孔过程见图2。圆管坯穿轧成空心的厚壁管（毛管），两个轧辊的轴线与轧制线构成一个倾斜角。近年来倾斜角已由6°～12°增至13°～17°,使穿孔速度加快。生产直径250mm以上钢管，采用二次穿孔,以减少毛管的壁厚。带主动旋转导盘穿孔、带后推力穿孔、轴向出料和循环顶焊等新工艺也取得一定的发展,从而强化了穿孔过程,改进了毛管质量。

自动轧管机 把厚壁毛管轧成薄壁荒管。一般经2～3道次，轧制到成品壁厚,总延伸率约为1.8～2.2。70年代以来，用单孔槽轧辊、双机架串列轧机、双槽跟踪轧制和球形顶头等技术，都提高了生产效率，实现了轧管机械化。 　　均整机 结构与穿孔机相似。均整的目的在于消除内外表面缺陷和荒管的椭圆度，减少横向壁厚不均匀。近年采用三辊均整机，提高了均整机变形量和均整效率。 　　定径机 由3～12架组成，减径机由 12～24架组成，减径率约达3～28％。50年代出现的张力减径机,在调整辊速和减径的同时，以适当的张力控制壁厚。新型张力减径机一般用三辊式，有18～28架，最大减径率达80％，减壁率达44％，出口速度达每秒18mm。张力减径机有两端增厚的缺点，可用“头尾端部突加电气控制”或微张力减径消除。 　　自动轧管机组 常用系列有外径为110mm、140mm、250mm和400mm四种,生产外径17～426mm钢管。机组的特点是在穿孔机上实现主要变形，规格变化较灵活，生产品种范围较广。由于连续轧管技术的发展，已不再建造140mm以下的机组。 　　连续轧管生产 生产设备由穿孔机、连续轧管机、张力减径机组成。工艺流程见图1。圆坯穿成毛管后插入芯棒，通过7～9架轧辊轴线互呈90°配置的二辊式轧机连轧。轧后抽芯棒，经再加热后进行张力减径,可轧成长达165m的钢管。140mm连续轧管机组年产40～60万吨，为自动轧管机组的2～4倍。这种机组的特点是适于生产外径168mm以下钢管,设备投资大,装机容量大,芯棒长达30m,加工制造复杂。70年代后期出现的限动芯棒连续轧管机（MPM）,轧制时外力强制芯棒以小于钢管速度运动，可改善金属流动条件，用短芯棒轧制长管和大口径钢管。

周期轧管生产 以多边形和圆形钢锭或连铸坯作原料，加热后经水压穿孔成杯形毛坯，再经二辊斜轧延伸机轧成毛管,然后在带有变直径孔槽的周期轧管机上,轧辊转一圈轧出一段钢管（图3）。周期轧管机又称皮尔格尔（Pilger）轧管机。周期轧管生产是用钢锭作原料，宜于轧制大直径的厚壁钢管和变断面管。

三辊轧管生产 主要用于生产尺寸精度高的厚壁管。这种方法生产的管材，壁厚精度达到 ±5％，比用其他方法生产的管材精度高一倍左右。工艺流程见图4。60年代由于新型三辊斜轧机（称Transval轧机）的发明，这种方法得到迅速发展。新轧机特点是轧到尾部时迅速转动入口回转机架来改变辗轧角，从而防止尾部产生三角形，使生产品种的外径与壁厚之比，从12扩大到35，不仅可生产薄壁管，还提高了生产能力。

顶管生产 传统的方法是方坯经水压穿孔和斜轧延伸成杯形毛管，由推杆将长芯棒插入毛管杯底，顺序通过一系列孔槽逐渐减小的辊式模架，顶轧成管。这种生产方法设备投资少，可用连铸坯，能生产直径达1170mm、壁厚到200mm的特大特厚的管，但生产效率低,壁厚比较厚，管长比效短。出现CPE法的新工艺后,管坯经斜轧穿孔成荒管，收口后顶轧延伸成管，克服了传统方法的一些缺点，已成为无缝钢管生产中经济效益较好的方法。 　　挤压管生产 首先将剥皮圆坯进行穿孔或扩孔，再经感应加热或盐浴加热，并在内表面涂敷润滑剂送入挤压机,金属通过模孔和芯棒之间环状间隙被挤成管材(图5)。主要用于生产低塑性的高温合金管、异型管及复合管、有色金属管等。这种方法生产范围广，但产量低。近年来，由于模具材料、润滑剂、挤压速度等得到改进，挤压管生产也有所发展。

导盘轧管生产 又称狄塞耳(Diessel)法。穿孔后带长芯棒的毛管在导盘轧管机上轧成薄壁管材。轧机类似二辊斜轧穿孔机，只是固定导板改成主动导盘。由于用长芯棒生产，管材内壁光滑，且无刮伤；但工具费用大，调整复杂。主要用于生产外径 150mm以下普通用途的碳素钢管。目前使用较少，也无很大的发展前景。 　　旋压管生产 将平板或空心毛坯在旋压机上经一次或多次旋压加工成薄壁管材。管子精度高，机械性能好，尺寸范围广，但生产效率低。主要用于生产有色金属管材，但也越来越多地用于生产钢管。旋压管材除用于生产生活器具、化工容器和机器零件外，多用于军事工业。 　　70年代，采用强力旋压法已能生产管径达4000mm、直径与壁厚之比达 11000以上的大直径极薄圆管和异形管件。 　
冷轧、冷拔管生产 用于生产小口径薄壁、精密和异形管材。生产特点是多工序循环工艺。用周期式冷轧管机冷轧,其延伸率可达6～8（图6）。60年代开始向高速、多线、长行程、长管坯方向发展。此外，小辊式冷轧管机也得到发展。主要用于生产壁厚小于1mm极薄精密管材，冷轧设备复杂，工具加工困难，品种规格变换不灵活；通常采用冷轧、冷拔联合工艺，即先以冷轧减壁，获得大变形量，然后以冷拔获得多种规格。