无缝钢管穿孔轧制.docx

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无缝钢管穿孔轧制

不锈钢无缝钢管

穿孔轧制

工

程

技

术

教

材

一、钢、钢管、钢管轧机及穿孔机的分类2---5

二、曼氏穿孔机的穿孔原理6----8

三、不锈钢无缝钢管斜轧穿孔的工作特点9----11

四、穿孔荒管缺陷的产生与注意事宜（不锈钢）12----15

一、钢、钢管、钢管轧机及穿孔机的分类

1、钢分类

1.1按化学成分分类：

非合金钢、低合金钢、合金钢。

我们这里讲到的不锈钢属于合金钢中“特殊质量合金钢”中的“不锈、耐腐蚀和耐热钢”。

不锈钢按金相组织一般分为：

马氏体（例：

1Cr13-410）、铁素体（例：

1Cr17-430）、奥氏体（例：

1Cr17Mn6Ni5-201、1Cr17Ni7-301、0Cr18Ni9-304）、奥氏体+铁素体双相钢（00Cr25Ni6Mo2N-SUS329JE）、沉淀硬化不锈钢。

马氏体和铁素体型的铬不锈钢，俗称“不锈铁”

1.2钢产品分类：

钢的工业产品、钢的其他产品

钢的工业产品分类：

A、初级产品---------液态钢或钢锭

B、半成品------------有轧制或锻造钢锭获得

C、轧制成品和最终产品

D、锻制条钢

实际关联较多的：

（1）条钢

（2）盘条（3）扁平产品

（4）钢管（弯曲度5mm/米）：

无缝钢管、焊管。

中空型材、中空棒材。

2、钢管分类：

无缝钢管、焊管

无缝钢管：

由钢锭、管坯或钢棒穿孔制成的没有缝的钢管。

用铸造方法生产的管子称铸钢管。

在无缝钢管中是按用途及材料综合分类的，按材料分为碳钢和不锈钢（习惯叫法，不是国际分类）

在不锈钢无缝钢管中，国主要有以下一些（按标准号顺序排列）

GB/T3089不锈耐酸极薄壁无缝钢管

GB/T3090不锈钢小直径无缝钢管

GB/T13296锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管

GB/T14975结构用不锈钢无缝钢管

GB/T14976流体输送用不锈钢无缝钢管

3、钢管轧机及穿孔机的分类

对于碳钢管、无缝钢管的生产方式既有共同的，也有各自特点。

我国无缝钢管生产始于1953年，在鞍钢由前联援建的140自动轧管机组。

3.1无缝钢管的生产方式大致有以下几种：

3.1.1自动轧管机组

3.1.2连轧管机组

3.1.3周期轧管机组（皮尔格）

3.1.4三辊轧管机组

3.1.5顶管机组CPE

3.1.6挤压钢管机组（加热、水压穿孔、再加热、挤压、定径及精整）。

无缝钢管机组通常是以中间延伸机组的名称来命名的

无缝钢管生产的基本工艺程序：

A、坯料准备（不锈钢：

剥皮、检查、修磨、切断、打定心空）

B、管坯加热

C、穿孔

D、轧管（延伸）

E、再加热与定减径

F、精整、检查、包装入库

对于D、E两道则是冷拔、冷轧等工序

4、穿孔机的分类

管坯穿孔主要有：

压力穿孔（挤压机组）、推轧穿孔（P.P.M）、斜轧穿孔。

斜轧穿孔应用最为广泛，现介绍轧钢专业的几种轧制方法

（1）纵轧----金属轧件延伸方向，以及金属运动的方向与轧辊圆周的速度方向是一致的，金属只有直线运动。

（2）横孔-----金属主要流动方向垂直于轧辊圆周速度方向，轧件只有旋转运动，例如：

车轮轧机

（3）斜轧-----金属主要流动方向与轧辊圆周速度方向构成一定的角度轧件的运动是一面旋转一面前进。

区分了纵轧、横轧、斜轧之后，看“斜轧穿孔”机型分类

斜轧穿孔机：

二辊式穿孔机（配导板的、配导辊的、配导盘的）、三辊式穿孔机

还有按轧辊形状分类（主要是二辊式）

即：

桶形轧辊、蘑菇形轧辊（菌式）、盘形轧辊。

这其中，应用最多的是桶形轧辊、配导板的穿孔机，即曼乃斯曼穿孔机。

地区几乎全是这种穿孔机。

其他二辊穿孔机：

狄塞尔穿孔机、阿克穿孔机

三棍穿孔机：

阿塞尔穿孔机、特朗斯瓦尔穿孔机。

二、二辊斜轧穿孔机（曼氏）的工作原理

曼氏穿孔机穿孔过程（图示1）

（图示2）

图示1图解：

区段Ⅰ称作一次咬入区也叫顶头前压缩区

区段Ⅱ称作穿孔区

区段Ⅲ称作展轧区，也叫辗轧区

区段Ⅳ称作展圆区，也叫规圆区

加热好的圆管坯被汽缸推杆推入穿孔机，管端与轧辊在a点接触，由于轧辊有一个8°的倾角（一般称之为前进角β），所以管坯便被轧辊咬入，这次的咬入称作一次咬入。

管坯开始旋转并前进。

由于轧辊又有一个2.5°~3°的辊面角，即形成一个喇叭状的开口，管坯在前进中被逐步加大了压缩量。

管坯螺旋前进，直到碰到置于轧辊中心左侧一定位置的顶头。

这一段我们称之为顶头前压缩区，在此区域，金属一部分横向流动，向辊缝间流去，遇到导板被阻止，由于导板距大于辊间距而使坯料变椭圆，一部分（主要是外层金属）分层次地轴向延伸，向前跑，在坯料的前端形成一个喇叭形的凹窝。

凹窝和定心孔便于管坯与顶头尖部的“对准”。

管坯端面前进至b点，遇到顶头后，顶头可以随坯料进行旋转，但是限制坯料的轴向前进。

只要在一次咬入区有足够的压缩量，有8°倾角的轧辊便会对坯料产生足够的拽入力，那么管坯便被顶头“顶通”了，即有实心圆坯变成了空心荒管，也就是进行了穿孔。

经过b点，也叫二次咬入。

从b点至c点这一段，顶头与轧辊的缝隙是由厚变薄（由轧辊辊型和顶头形状在设计时便计算好的），因此荒管壁厚是逐步减少的。

C点至d点的Ⅲ段，顶头和轧辊之间的缝隙是均匀的，在此段荒管被碾轧，使得壁厚尺寸的精度，外表面质量得以改善和保证。

起到了匀整作用。

荒管经过d点之后，壁已超出了顶头，此时轧辊把椭圆形的荒管转轧成圆形，所以也叫规圆。

下面简述导板在穿孔过程中的工作情况。

一次咬入时，管坯仅被下导板托一下，不受导板限制，否则由于此时拽入力还小若受导板限制，很容易产生咬不入。

在坯料进入Ⅰ区后，即一次咬入后，前进某一距离便和导板也接触，与导板接触过早，导板对管坯前进产生阻力，特别是到达b点，坯端遇到顶头时，顶头也产生阻力，容易产生前卡，不能实现二次咬入，不能进行穿孔。

但是与导板接触过晚，坯料的椭圆变形较大，对于不锈钢来讲有时不利的，容易产生中心疏松、孔腔，即我们所说的裂，所以要有合理的导板形状和合适的导板距离，使得导板在合理的位置开始与被压缩的实心管坯接触。

在Ⅱ区，管坯心部的“肉”被挤向周边，此时导板的作用相当重要，它控制着横向的变形，其与轧辊、顶头共同构成一个环型的孔型使得穿孔过程能够进行。

在Ⅲ区导板起着同样的作用。

在Ⅳ区，外壁先脱离导板，荒管壁脱离顶头，在轧辊间被规圆从而完成穿孔过程。

如果在此区间毛管仍与导板接触，则荒管易被“夹扁”。

在任何情况下，导板间距都是大于轧辊间距，否则将无法穿孔。

正因为如此，荒管在穿孔过程中是椭圆的，也正因此，荒管在规圆后，其径尺寸大于顶头尺寸，即使在温度降低收缩尺寸后，仍大于顶头尺寸，荒管才得以从顶头、顶杆中“脱出”。

通过对穿孔过程的细化分析，我们知道，穿孔变形受轧辊、导板、顶头的尺寸与形状影响（设计时决定的），以及辊间距、导板距、顶头位置的影响（现场调整决定的）。

目前我们大部分穿孔机的轧辊倾角是：

α=8°，辊面角：

β=3°（2.5°），导板和顶头也都有较为定型的尺寸或样板

现场调整便是穿孔过程的一个重要环节，在穿孔调整中用到下面一些公式和参数：

荒管外径：

D管坯直径:

Do轧制带宽：

K

轧辊壁厚：

S辊间距：

B导板距：

A

轧辊辊面角：

α导板出口角：

α1顶头伸出量：

C（伸出轧制中心）

1、延伸系数：

μ=DO2/〔4S（D-S）〕（μ=坯截面积/管截面积）（不计烧损）

2、总压缩系数：

U=〔（Do-B）/Do〕×100%（U=9%~18%,厚壁管、不锈钢管取小值）

3、顶头前压缩量：

Uo=｛〔Do-B-2（C-K/2）tgα〕/Do｝×100%

（4%~7%）

4、椭圆度：

θ=（A+2t.tgα1）/B

二、不锈钢无缝钢管穿孔中的工作特点

不锈钢由于其自身的一些物理、机械、成分等特殊的性能，在穿孔生产中便需适应其性能特点而在工艺上相应的措施。

1、备料

1.1不锈钢管坯一般采用片砂轮切割或带锯锯切，而不宜采用剪切和火焰切割

1.2不锈钢管坯一般需进行剥皮检查，防止和减少表面缺陷

1.3一般需进行冷定心（打定心孔）

1.4管坯的来源应当有足够的压缩比，应比碳钢大。

2、加热

2.1加热炉气氛应当是弱氧化性的，即二次风的供氧量略有多余。

这样，一方面可减少钢坯表面氧化的程度，另一方面可防止钢坯表面增碳，这一点是很重要的。

这个问题在以后的钢管退火、固溶处理也应注意。

有的管子表面去油不净，进炉后表面增碳，对于一些超低碳钢种（如304L、316L）便会碳超标而致废。

2.2不锈钢常温下导热系数小（即传热慢），而膨胀系数大，所以应当在炉有较长的预热时间。

即加热初期，管坯的升温速度宜慢些，以防产生热裂纹。

2.3当坯温超过850℃后，不锈钢的导热性和塑性迅速增加，此时应当快速加热，并在均热段短时间均热。

2.4不锈钢在高温段停留的时间不能太久，正常穿孔时要把握“放钢”的节拍，机器、工具处理事项时，要把握钢坯驻炉的时间及炉温度的调节。

这是因为我们常用的奥氏体不锈钢在高温时会产生α相，即生成铁素体，α相超过一定比例后，金属热塑性急剧下降，严重时，将导致穿孔无法进行。

即使在950℃，长期保温时，也会产生α相，也会降低钢的塑性。

而且，高温及长时保温还会使部晶粒粗大。

2.5不锈钢穿孔的工作温度围相对而言是比较窄的，2.4讲到高了不行，但低了也不行，温度偏低，钢的塑性降低是一个方面，另一方面变形抗力会大许多。

而我们知道，正常温度下，不锈钢的变形抗力就比较大，再增大许多，就不能正常穿孔了。

所以要把握好管坯的温度围。

3、穿孔参数的调整

3.1总压缩系数：

U=〔（Do-B）/Do〕×100%，由于不锈钢的热变形能力较差，所以U值不能大，一般在4.5%~5.5%，否则容易中心疏松而发生裂。

但顶头前压缩量太小，又会由于咬入力小，在穿孔中不稳定，出现二次咬不入或者造成前卡。

3.2椭圆度：

θ=（A+2t.tgα1）/B也不能大，一般在1.07~1.08（不能超过1.1）。

也是由于不锈钢的热塑性较差，为减少拉应力而采用小的椭圆度。

3.3对于不锈钢宜采用扩径穿孔，一般荒管外径比管坯直径大5%~10%，这是因为不锈钢的宽展较大，在穿孔中扩径量也较大。

3.4选用适当的、较低的穿孔速度。

适宜的轧辊转速会减少钢坯与轧辊之间的滑移，改善咬入，穿孔升温也不太高，有利于提高毛管质量。

在实际生产中，厂家为了增加轧辊的使用寿命------即轧辊重车次数，便加大轧辊直径。

但要讲究一个“度”。

加轧辊直径，便加大了轧辊的线速度（我们的设备都是交流电机传动，固定转速；轧辊前进角β=8°也是固定的），当增大到一定程度时，由于穿孔速度的偏高而会影响到钢管的穿孔质量，必要时应减少轧辊的原定转速来适应。

3.5钼顶头的涂玻璃粉润滑和穿孔时轧辊间冷却水量的控制等也是要认真对待的。

三、穿孔荒管缺陷的产生与注意事项（对于不锈钢类）

1、钢管外表缺陷的控制

不锈钢荒管外表面缺陷主要有以下几种：

1.1外折叠、发纹，除由于钢材质量的原因之外，管坯在加热时升温过快易引发热裂纹，导板表面不良也会刮伤。

1.2表面压痕：

主要是轧辊或钢管本身粘有异物所致。

1.3较重的螺旋压痕：

一方面是由于轧制工具磨损严重后所致，另一个原因便是轧辊的规圆段辊长不足而形成。

2、钢管表面缺陷的控制

2.1钢管的折叠和裂纹

这是不锈钢穿孔生产最常见到的问题，缺陷有时在管头，有时在管尾，有时在某一段，有时是通长都有。

要针对具体生成的原因来应对。

2.1.1由于圆坯在顶头前压缩区Ⅰ中已形成了疏松空腔，折叠可能是通长或成段的断续。

而形成空腔的原因很多，主要归纳如下：

1）钢的自然属性-------主要是材料的“穿孔性能”

A、材料品种

B、钢的纯净度、夹杂物多少与形态、偏析等，炼钢、浇铸、冷却等因素。

C、轧钢过程温度控制、压缩比-------晶粒度大小

2）顶头前压缩量，这个量要适当。

小了，拽入力不够；大了，变形不均匀性增加，易形成空腔。

压缩段不宜太长，反复次数过多时，易裂。

与顶头前伸量也有关。

3）调整参数中的椭圆度-------导板距是重要因素，而导板若太小又容易包顶头，脱不出管。

4）加热制度---------加热由线要合理。

5）定心孔不良，会造成管子头部端一段裂。

6）顶头磨损及尖部熔损等工具不良所致。

根据缺陷状况，分析其产生的原因，便可找到对应的解决办法。

2.2严重螺纹

主要是顶头设计不合理，或者顶头磨损严重而产生。

其他的尺寸方面的缺陷，例如：

直径大小、壁厚超差及均匀性等问题，相对比较好处理，就不再一一解说了。