無(wú)縫管生產(chǎn)
manufacturing process of seamless tube and pipe
用穿孔等方法生產(chǎn)周邊無(wú)接縫的鋼管或其他金屬管和合金管。
無(wú)縫管的外徑范圍為 0.1～1425mm，壁厚為0.01～200mm。除圓形管外,還有各種異形斷面管和交斷面管。
生產(chǎn)方法和簡(jiǎn)史無(wú)縫管的生產(chǎn)方法很多。
無(wú)縫管根據(jù)交貨要求，可用熱軋(約占80～90％)或冷軋、冷拔（約占10～20％）方法生產(chǎn)。熱軋管用的坯料有圓形、方形或多邊形的錠、軋坯或連鑄管坯，管坯質(zhì)量對(duì)管材質(zhì)量有直接的影響。熱軋管有三個(gè)基本工序：①在穿孔機(jī)上將錠或坯穿成空心厚壁毛管；②在延伸機(jī)上將毛管軋薄，延伸成為接近成品壁厚的荒管；③在精軋機(jī)上軋制成所要求的成品管。軋管機(jī)組系列以生產(chǎn)鋼管的最大外徑來(lái)表示（見(jiàn)軋機(jī)）。無(wú)縫鋼管生產(chǎn)方法見(jiàn)表1，括號(hào)中數(shù)字為創(chuàng)制年代。
無(wú)縫鋼管生產(chǎn)有近 100年的歷史。德國(guó)人曼尼斯曼兄弟于1885年首先發(fā)明二輥斜軋穿孔機(jī)，1891年又發(fā)明周期軋管機(jī),1903年瑞士人施蒂費(fèi)爾（R.C.Stiefel）發(fā)明自動(dòng)軋管機(jī)（也稱頂頭式軋管機(jī)），以后又出現(xiàn)了連續(xù)式軋管機(jī)和頂管機(jī)等各種延伸機(jī)，開始形成近代無(wú)縫鋼管工業(yè)。20世紀(jì)30年代由于采用了三輥軋管機(jī)、擠壓機(jī)、周期式冷軋管機(jī)，改善了鋼管的品種質(zhì)量。60年代由于連軋管機(jī)的改進(jìn)，三輥穿孔機(jī)的出現(xiàn)，特別是應(yīng)用張力減徑機(jī)和連鑄坯的成功，提高了生產(chǎn)效率，增強(qiáng)了無(wú)縫管與焊管競(jìng)爭(zhēng)的能力。70年代無(wú)縫管與焊管正并駕齊驅(qū)，世界鋼管產(chǎn)量以每年 5％以上的速度遞增。中國(guó)1953年后重視發(fā)展無(wú)縫鋼管工業(yè)，已初步形成軋制各種大、中、小型管材的生產(chǎn)體系。銅管一般也采用錠坯斜軋穿孔、軋管機(jī)軋制、盤管拉伸工藝。
自動(dòng)軋管生產(chǎn) 生產(chǎn)無(wú)縫鋼管的方式之一。生產(chǎn)設(shè)備由穿孔機(jī)、自動(dòng)軋管機(jī)、均整機(jī)、定徑機(jī)和減徑機(jī)等組成。其生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。
穿孔機(jī) 常用的二輥斜軋穿孔過(guò)程見(jiàn)圖2。圓管坯穿軋成空心的厚壁管（毛管），兩個(gè)軋輥的軸線與軋制線構(gòu)成一個(gè)傾斜角。近年來(lái)傾斜角已由6°～12°增至13°～17°,使穿孔速度加快。生產(chǎn)直徑250mm以上鋼管，采用二次穿孔,以減少毛管的壁厚。帶主動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)盤穿孔、帶后推力穿孔、軸向出料和循環(huán)頂焊等新工藝也取得一定的發(fā)展,從而強(qiáng)化了穿孔過(guò)程,改進(jìn)了毛管質(zhì)量。
自動(dòng)軋管機(jī) 把厚壁毛管軋成薄壁荒管。一般經(jīng)2～3道次，軋制到成品壁厚,總延伸率約為1.8～2.2。70年代以來(lái)，用單孔槽軋輥、雙機(jī)架串列軋機(jī)、雙槽跟蹤軋制和球形頂頭等技術(shù)，都提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了軋管機(jī)械化。
均整機(jī) 結(jié)構(gòu)與穿孔機(jī)相似。均整的目的在于消除內(nèi)外表面缺陷和荒管的橢圓度，減少橫向壁厚不均勻。近年采用三輥均整機(jī)，提高了均整機(jī)變形量和均整效率。
定徑機(jī) 由3～12架組成，減徑機(jī)由 12～24架組成，減徑率約達(dá)3～28％。50年代出現(xiàn)的張力減徑機(jī),在調(diào)整輥速和減徑的同時(shí)，以適當(dāng)?shù)膹埩刂票诤瘛Ｐ滦蛷埩p徑機(jī)一般用三輥式，有18～28架，最大減徑率達(dá)80％，減壁率達(dá)44％，出口速度達(dá)每秒18mm。張力減徑機(jī)有兩端增厚的缺點(diǎn)，可用“頭尾端部突加電氣控制”或微張力減徑消除。
自動(dòng)軋管機(jī)組 常用系列有外徑為100mm、140mm、250mm和400mm四種,生產(chǎn)外徑17～426mm鋼管。機(jī)組的特點(diǎn)是在穿孔機(jī)上實(shí)現(xiàn)主要變形，規(guī)格變化較靈活，生產(chǎn)品種范圍較廣。由于連續(xù)軋管技術(shù)的發(fā)展，已不再建造140mm以下的機(jī)組。
連續(xù)軋管生產(chǎn) 生產(chǎn)設(shè)備由穿孔機(jī)、連續(xù)軋管機(jī)、張力減徑機(jī)組成。工藝流程見(jiàn)圖1。圓坯穿成毛管后插入芯棒，通過(guò)7～9架軋輥軸線互呈90°配置的二輥式軋機(jī)連軋。軋后抽芯棒，經(jīng)再加熱后進(jìn)行張力減徑,可軋成長(zhǎng)達(dá)165m的鋼管。140mm連續(xù)軋管機(jī)組年產(chǎn)40～60萬(wàn)噸，為自動(dòng)軋管機(jī)組的2～4倍。這種機(jī)組的特點(diǎn)是適于生產(chǎn)外徑168mm以下鋼管,設(shè)備投資大,裝機(jī)容量大,芯棒長(zhǎng)達(dá)30m,加工制造復(fù)雜。70年代后期出現(xiàn)的限動(dòng)芯棒連續(xù)軋管機(jī)（MPM）,軋制時(shí)外力強(qiáng)制芯棒以小于鋼管速度運(yùn)動(dòng)，可改善金屬流動(dòng)條件，用短芯棒軋制長(zhǎng)管和大口徑鋼管。
周期軋管生產(chǎn) 以多邊形和圓形鋼錠或連鑄坯作原料，加熱后經(jīng)水壓穿孔成杯形毛坯，再經(jīng)二輥斜軋延伸機(jī)軋成毛管,然后在帶有變直徑孔槽的周期軋管機(jī)上,軋輥轉(zhuǎn)一圈軋出一段鋼管（圖3）。周期軋管機(jī)又稱皮爾格爾（Pilger）軋管機(jī)。周期軋管生產(chǎn)是用鋼錠作原料，宜于軋制大直徑的厚壁鋼管和變斷面管。
三輥軋管生產(chǎn) 主要用于生產(chǎn)尺寸精度高的厚壁管。這種方法生產(chǎn)的管材，壁厚精度達(dá)到 ±5％，比用其他方法生產(chǎn)的管材精度高一倍左右。工藝流程見(jiàn)圖4。60年代由于新型三輥斜軋機(jī)（稱Transval軋機(jī)）的發(fā)明，這種方法得到迅速發(fā)展。新軋機(jī)特點(diǎn)是軋到尾部時(shí)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)入口回轉(zhuǎn)機(jī)架來(lái)改變輾軋角，從而防止尾部產(chǎn)生三角形，使生產(chǎn)品種的外徑與壁厚之比，從12擴(kuò)大到35，不僅可生產(chǎn)薄壁管，還提高了生產(chǎn)能力。
頂管生產(chǎn) 傳統(tǒng)的方法是方坯經(jīng)水壓穿孔和斜軋延伸成杯形毛管，由推桿將長(zhǎng)芯棒插入毛管杯底，順序通過(guò)一系列孔槽逐漸減小的輥式模架，頂軋成管。這種生產(chǎn)方法設(shè)備投資少，可用連鑄坯，能生產(chǎn)直徑達(dá)1070mm、壁厚到200mm的特大特厚的管，但生產(chǎn)效率低,壁厚比較厚，管長(zhǎng)比效短。出現(xiàn)CPE法的新工藝后,管坯經(jīng)斜軋穿孔成荒管，收口后頂軋延伸成管，克服了傳統(tǒng)方法的一些缺點(diǎn)，已成為無(wú)縫管生產(chǎn)中經(jīng)濟(jì)效益較好的方法。
擠壓管生產(chǎn) 首先將剝皮圓坯進(jìn)行穿孔或擴(kuò)孔，再經(jīng)感應(yīng)加熱或鹽浴加熱，并在內(nèi)表面涂敷潤(rùn)滑劑送入擠壓機(jī),金屬通過(guò)�？缀托景糁g環(huán)狀間隙被擠成管材(圖5)。主要用于生產(chǎn)低塑性的高溫合金管、異型管及復(fù)合管、有色金屬管等。這種方法生產(chǎn)范圍廣，但產(chǎn)量低。近年來(lái)，由于模具材料、潤(rùn)滑劑、擠壓速度等得到改進(jìn)，擠壓管生產(chǎn)也有所發(fā)展。
導(dǎo)盤軋管生產(chǎn) 又稱狄塞耳(Diessel)法。穿孔后帶長(zhǎng)芯棒的毛管在導(dǎo)盤軋管機(jī)上軋成薄壁管材。軋機(jī)類似二輥斜軋穿孔機(jī)，只是固定導(dǎo)板改成主動(dòng)導(dǎo)盤。由于用長(zhǎng)芯棒生產(chǎn)，管材內(nèi)壁光滑，且無(wú)刮傷；但工具費(fèi)用大，調(diào)整復(fù)雜。主要用于生產(chǎn)外徑 150mm以下普通用途的碳素鋼管。目前使用較少，也無(wú)很大的發(fā)展前景。
旋壓管生產(chǎn) 將平板或空心毛坯在旋壓機(jī)上經(jīng)一次或多次旋壓加工成薄壁管材。管子精度高，機(jī)械性能好，尺寸范圍廣，但生產(chǎn)效率低。主要用于生產(chǎn)有色金屬管材，但也越來(lái)越多地用于生產(chǎn)鋼管。旋壓管材除用于生產(chǎn)生活器具、化工容器和機(jī)器零件外，多用于軍事工業(yè)。
70年代，采用強(qiáng)力旋壓法已能生產(chǎn)管徑達(dá)6000mm、直徑與壁厚之比達(dá) 10000以上的大直徑極薄圓管和異形管件。
冷軋、冷拔管生產(chǎn) 用于生產(chǎn)小口徑薄壁、精密和異形管材。生產(chǎn)特點(diǎn)是多工序循環(huán)工藝。用周期式冷軋管機(jī)冷軋,其延伸率可達(dá)6～8（圖6）。60年代開始向高速、多線、長(zhǎng)行程、長(zhǎng)管坯方向發(fā)展。此外，小輥式冷軋管機(jī)也得到發(fā)展。主要用于生產(chǎn)壁厚小于1mm極薄精密管材，冷軋?jiān)O(shè)備復(fù)雜，工具加工困難，品種規(guī)格變換不靈活；通常采用冷軋、冷拔聯(lián)合工藝，即先以冷軋減壁，獲得大變形量，然后以冷拔獲得多種規(guī)格。
