5.4 其他熱加工厚壁鋼管的延伸方法

因坯料條件和穿孔機(jī)延伸能力的限制，造成穿孔后毛管在尺寸大小和精度上不能滿足用戶的使用要求，需對(duì)毛管進(jìn)行進(jìn)一步的加工，熱加工延伸無縫厚壁鋼管的方法很多，除了上述介紹的三種機(jī)型外，目前常用的還有以下幾種方法。

5.4.1 自動(dòng)軋管機(jī)軋管

自動(dòng)軋管機(jī)是瑞士人斯蒂芬爾于1903年發(fā)明的，1906年建立了第一套機(jī)組。上世紀(jì)80年代前它是熱軋無縫厚壁鋼管的主要方法之一。由于其軋制的管長、壁厚精度等的限制，現(xiàn)已逐步被連軋管機(jī)組所替代；目前我國自動(dòng)軋管機(jī)組使用最好的是包頭的400機(jī)組，國外除前蘇聯(lián)及東歐一些自動(dòng)軋管機(jī)組仍在發(fā)揮著作用外，其他大多已拆除。自動(dòng)軋管機(jī)由主機(jī)、前臺(tái)和后臺(tái)三部分組成。主機(jī)是二輥不可逆式縱軋機(jī)，其特點(diǎn)是在工作輥后裝設(shè)了一對(duì)高速反向旋轉(zhuǎn)的回送輥，同時(shí)為滿足回送厚壁鋼管的需要，設(shè)有上工作輥和下回送輥快速升降機(jī)構(gòu)。工作輥上車有園孔型。由穿孔機(jī)和延伸機(jī)送來的毛管，在由園孔型和頂頭（圓錐形頭或球形頂頭）組成的環(huán)形孔型中軋制。通常軋制兩道次。每軋制一道次后，將上工作輥和下回送輥提升一定高度，利用回送輥將毛管送回前臺(tái)，然后將軋管恢復(fù)原工作位置，并將厚壁鋼管翻轉(zhuǎn)90°，再同一孔型中軋制第二道次。各道次的變形量大小靠兩道次頂頭直徑差來調(diào)節(jié)。軋后厚壁鋼管回送至前臺(tái)后橫移至均整機(jī)進(jìn)行均整。其變形過程也是經(jīng)過壓扁、減徑和減壁三個(gè)階段。

自動(dòng)軋管機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)的規(guī)格調(diào)整靈活，就鋼種而言，適用范圍寬，可生產(chǎn)低、中炭鋼和低合金鋼、不銹鋼等；適于小批量、多品種生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是變形能力差，兩個(gè)道次的總延伸只有2.5以下；壁厚不均勻，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)劃道，必須用均整機(jī)消除；荒管長度短，影響成材率的提高。生產(chǎn)效率低（軋制節(jié)奏慢，但重小）。

5.4.2 Accu-Roll軋管機(jī)軋管

Accu-Roll軋管機(jī)軋管是上世紀(jì)90年代初起步于我國煙臺(tái)魯寶、成都等地，當(dāng)時(shí)曾喧囂一時(shí)，大有取代其他斜軋、連軋機(jī)組的勢頭，但后經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，因其軋制的荒管長度較短使生產(chǎn)部分規(guī)格的3倍尺管受限制以及軋制薄壁管時(shí)荒管表面螺旋印較深影響厚壁鋼管外觀質(zhì)量，至今也只在我國生存，特別是近期一些民營企業(yè)新建了一批小型Accu-Roll軋管機(jī)組，目前尚未見到國外興建該類型軋管機(jī)的報(bào)道。該機(jī)型不適宜生產(chǎn)大中口徑的無縫厚壁鋼管。它實(shí)際是一種帶主動(dòng)導(dǎo)盤的二輥臥式長芯棒斜軋機(jī)。

其軋機(jī)結(jié)構(gòu)上有以下特點(diǎn)：

兩個(gè)軋輥是錐形的。與錐形輥穿孔機(jī)一樣，既有喂入角還有輾軋角，使軋輥直徑順軋制方向逐漸增大，有利于減少滑動(dòng)，促進(jìn)金屬縱向延伸和減輕附加扭轉(zhuǎn)變形。

采用兩個(gè)大直徑的主動(dòng)導(dǎo)盤。

采用限動(dòng)芯棒操作方式。

采用無輥肩軋輥輥型，據(jù)介紹這樣克服了ASSEL因輥肩部分的減壁量集中，而降低軋輥壽命和均壁效果，從而提高荒管的壁厚精度。

5.4.3 頂管機(jī)頂管

頂管法生產(chǎn)無縫厚壁鋼管早在1892年由德國海因里希·艾哈德提出。初期的頂管機(jī)組的穿孔工藝分為由水壓穿孔法，用立式水壓機(jī)將放在模具中的鋼錠擠壓成帶杯底的毛管，而后用吊車取出毛管，放倒，將杯狀的毛管套在長芯棒上，頂推芯棒使杯狀毛管依次通過一組直徑遞減的環(huán)形模孔獲得減徑、減壁、延伸。變形的動(dòng)力全部集中在頂桿尾部。頂管后需脫棒，然后切除杯底，特點(diǎn)是：生產(chǎn)率低，壁厚不均嚴(yán)重，厚壁鋼管的L/D受限制，目前僅用此方法生產(chǎn)大口徑（400～1400m的無縫厚壁鋼管）。另一種方法被稱為CPE法，是用斜軋穿孔法生產(chǎn)毛管，在將毛管一端進(jìn)行縮口的方法為頂管機(jī)提供毛管。它可以提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，為頂管工藝生產(chǎn)小口徑無縫厚壁鋼管恢復(fù)了生命力。

頂管法的優(yōu)點(diǎn)是：

1）投資少，設(shè)備、工具簡單，生產(chǎn)成本低。

2）頂管機(jī)組延伸大，可達(dá)10～17。因而軋制同類產(chǎn)品頂管法所需的設(shè)備、工具數(shù)量可較少。

3）品種規(guī)格范圍寬。

缺點(diǎn)是壁厚精度不高，且內(nèi)外表面容易出現(xiàn)劃道缺陷。

5.4.4 擠壓厚壁鋼管

所謂擠壓法是指將金屬坯料置于由擠壓筒、擠壓模和擠壓桿組成的“封閉”容器內(nèi)，由擠壓桿施加壓力迫使金屬從擠壓模孔流出，而獲得金屬塑性成型的方法,這是一種歷史悠久的無縫厚壁鋼管制造方法。根據(jù)擠壓桿施力方向與金屬流動(dòng)方向相對(duì)關(guān)系，擠壓法可分為正擠壓和反擠壓兩種。正擠壓施力方向與金屬流動(dòng)方向一致，反擠壓相反。反擠壓具有擠壓力小、擠壓比大、擠壓速度快、可降低擠壓溫度、改善擠壓條件、容易實(shí)現(xiàn)等溫/等壓/等速擠壓、提高產(chǎn)品組織性能和尺寸精度、可減少擠壓結(jié)束時(shí)金屬壓余量，提高金屬收得率等優(yōu)點(diǎn)；但其操作相對(duì)不方便，且制品斷面尺寸受擠壓桿尺寸的限制。

金屬擠壓技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用已有百余年的歷史，但鋼的熱擠壓技術(shù)在生產(chǎn)中使用是在1941年“塞希”發(fā)明玻璃擠壓潤滑劑后才逐漸發(fā)展起來的，尤其是無氧化加熱、高速擠壓技術(shù)、模具材料的發(fā)展，以及張力減徑等技術(shù)的進(jìn)步，使熱擠壓生產(chǎn)無縫厚壁鋼管更加經(jīng)濟(jì)合理，產(chǎn)量和質(zhì)量大大提高，品種范圍進(jìn)一步拓寬，從而受到各國的重視。

目前用擠壓法生產(chǎn)厚壁鋼管的產(chǎn)品范圍一般為：外徑：18.4～340mm，最小壁厚可達(dá)2mm，長度為15m左右，小口徑管可以得到60m的厚壁鋼管。擠壓機(jī)的能力一般為2000～4000噸，最大達(dá)12000噸。

擠壓無縫厚壁鋼管生產(chǎn)與其他熱軋法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

加工工序少，在產(chǎn)量相同的情況下可節(jié)省投資。

由于擠壓金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，因此可以生產(chǎn)很難或不可軋制、鍛造的材料，如鎳基合金。

由于擠壓時(shí)金屬變形量大（擠壓比大），同時(shí)在很短時(shí)間內(nèi)完成完全變形，使產(chǎn)品的組織均勻，性能好。

內(nèi)外表面缺陷少，幾何尺寸精度較高。

組織生產(chǎn)靈活，適合小批量、多品種生產(chǎn)。

可以生產(chǎn)復(fù)雜斷面的管材及雙金屬復(fù)合管材。

缺點(diǎn)為：

1) 對(duì)潤滑劑和加熱要求高，從而使生產(chǎn)成本增加。

2）以及工具壽命低、消耗量大，且價(jià)格昂貴。

3）成材率偏低，使產(chǎn)品競爭力下降。

5.4.5 周期軋管機(jī)（皮爾格軋管機(jī)）軋管

周期軋管機(jī)1990年投入工業(yè)生產(chǎn)，是單機(jī)架二輥式軋機(jī)，在軋輥上車有一個(gè)變斷面孔型，兩個(gè)軋輥反向旋轉(zhuǎn)，毛管逆軋輥轉(zhuǎn)向喂入。軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)一周軋輥推出毛管，使毛管在孔型內(nèi)受到減徑、減壁、精軋而完成一段毛管的軋制。然后毛管再次喂入軋制，一支毛管需在孔型中循環(huán)往復(fù)多次，才能完成整個(gè)軋制過程，故稱為周期式軋管機(jī)，又稱皮爾格軋管機(jī)。采用變斷面的軋輥孔型對(duì)管材進(jìn)行周期性的加工，并配合管料的喂入和回轉(zhuǎn)操作，使管壁受到多次積累變形，獲得較大的減壁量和延伸率。

這種生產(chǎn)方式的特點(diǎn)是：

1）較適合于厚壁管的生產(chǎn)，其壁厚可達(dá)60～120mm；

2) 加工的鋼種范圍較寬，由于其變形方式是鍛軋結(jié)合，可以生產(chǎn)低塑性難變形金屬的管材，且厚壁鋼管的機(jī)械性能優(yōu)異。

3）軋出的厚壁鋼管長度大，可達(dá)35m。

4）軋機(jī)生產(chǎn)率低，一般為60～80％，因而產(chǎn)量低；因此一臺(tái)穿孔機(jī)需配備兩臺(tái)周期軋管機(jī)才能平衡。

5）尾部不能加工，造成較大切損，成材率低。

6）表面質(zhì)量差，壁厚不均嚴(yán)重。

7）工具消耗大，一般為9～35kg/t。

5.4.6 熱擴(kuò)厚壁鋼管

熱軋無縫厚壁鋼管機(jī)組生產(chǎn)的最大成品厚壁鋼管外徑，自動(dòng)軋管機(jī)組小于530mm；連軋管機(jī)組小于460mm；大型皮爾格小于660mm。當(dāng)需要更大直徑的厚壁鋼管時(shí)，除了使用頂管方法、擠壓方法外，則可采用厚壁鋼管熱擴(kuò)徑方法，這種方法目前可生產(chǎn)的最大無縫厚壁鋼管外徑達(dá)1500mm的薄壁管。

厚壁鋼管熱擴(kuò)徑有斜軋式、拉拔式和推進(jìn)式三種方法，這三種方法先后起步于上世紀(jì)30年代，斜軋式和拉拔式需對(duì)厚壁鋼管整體加熱后才能進(jìn)行變形加工，而推進(jìn)式不需要加熱整根厚壁鋼管。

斜軋擴(kuò)徑機(jī)：

斜軋擴(kuò)徑工藝流程為：經(jīng)加熱后的管料運(yùn)往斜軋擴(kuò)徑機(jī)擴(kuò)徑。斜軋擴(kuò)徑機(jī)由兩個(gè)形狀相同的軋輥組成。兩個(gè)軋輥軸線分別與軋制線成30°角，兩個(gè)軋輥分別由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，作同向旋轉(zhuǎn)。擴(kuò)徑變形區(qū)內(nèi)有頂頭參與變形，厚壁鋼管在變形區(qū)內(nèi)作螺旋運(yùn)動(dòng)，管壁經(jīng)軋輥與頂頭輾軋，而使擴(kuò)徑擴(kuò)大，壁厚變薄，頂頭的軸向力由頂桿承受，其頂桿既可布置在入口側(cè)也可以安裝在出口測。

斜軋擴(kuò)徑可生產(chǎn)壁厚為6～30mm，最大外徑710mm的厚壁鋼管。其缺點(diǎn)是厚壁鋼管內(nèi)外表面存在殘留的螺旋狀痕跡，使表面質(zhì)量降低，為此必須曾設(shè)均整機(jī)和定徑機(jī)。這種擴(kuò)徑機(jī)設(shè)備龐大、投資費(fèi)用高，且品種受到一定的限制，不能生產(chǎn)厚壁管。

拉拔式擴(kuò)徑機(jī)

拉拔式擴(kuò)徑是一種生產(chǎn)能力較低的生產(chǎn)方式，但由于其設(shè)備和加工簡單，易于機(jī)械化操作，目前還在應(yīng)用。拉拔式擴(kuò)徑機(jī)既可冷拔也可熱拔擴(kuò)徑，當(dāng)擴(kuò)徑量不大和要求改善厚壁鋼管的物理和機(jī)械性能及尺寸精度時(shí)，可采用冷拔擴(kuò)徑。厚壁鋼管熱拔擴(kuò)徑工藝流程為：管料加熱、管端擴(kuò)口、擴(kuò)拔管、矯直、切頭尾、檢驗(yàn)。每加熱一次的擴(kuò)徑率為60～70％，最大可生產(chǎn)直徑750mm的厚壁鋼管。

拉拔式熱擴(kuò)徑的主要工作原理是：通過一組（一般1～4個(gè)）直徑逐漸增大的頂頭，插入并通過厚壁鋼管內(nèi)孔全長，使厚壁鋼管直徑擴(kuò)大，壁厚減薄，長度略有縮短。

拉拔式擴(kuò)徑機(jī)主要工具有擴(kuò)口頂頭、擴(kuò)管頂頭和頂桿。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，操作方便，易于掌握；產(chǎn)品品種、規(guī)格范圍寬，還可生產(chǎn)矩形等異形厚壁鋼管。缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)率低，工具和金屬消耗大。

推進(jìn)式擴(kuò)徑機(jī)

推進(jìn)式擴(kuò)徑機(jī)工作原理是將原料厚壁鋼管置于中頻感應(yīng)線圈中，在經(jīng)過中頻感應(yīng)加熱后，靠液壓缸活塞或卷揚(yáng)機(jī)的推頭運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)厚壁鋼管尾部使鋼從管頭開始依次經(jīng)過軸向固定的錐形芯棒，以達(dá)到擴(kuò)經(jīng)的目的；當(dāng)厚壁鋼管尾部被推進(jìn)芯棒時(shí)，再在其后加入一支新的待加工的厚壁鋼管，推頭返回后繼續(xù)推這支新厚壁鋼管的尾部，新厚壁鋼管的頭部將前一支厚壁鋼管的尾部推過芯棒，從而完成一支厚壁鋼管的擴(kuò)經(jīng)。由于僅加熱變形區(qū)段的厚壁鋼管，變形后的厚壁鋼管易彎曲，同時(shí)其擴(kuò)徑管材的壁厚和長度受到限制，推進(jìn)式擴(kuò)徑機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是金屬收得率高，設(shè)備簡單，能耗低，缺點(diǎn)是厚壁鋼管在長度方向上的性能一致性稍差，生產(chǎn)效率低。因其投資少，故近期在我國華北地區(qū)新建了許多套。頂推擴(kuò)徑目前可生產(chǎn)壁厚為6～30mm，最大外徑860mm的厚壁鋼管。

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