無縫鋼管的熱軋工藝

1、無縫鋼管1.無縫鋼管的制造加工方法：（1）熱軋（擠壓無縫鋼管）：圓管坯加熱穿孔三輥斜軋、連軋或擠壓脫管定徑（或減徑）冷卻矯直水壓試驗（或探傷）標記入庫（2）冷拔（軋）無縫鋼管：圓管坯加熱穿孔打頭退火酸洗涂油（鍍銅）多道次冷拔（冷軋）坯管熱處理矯直水壓試驗（探傷）標記入庫2.熱軋（1）熱軋的概念: 熱軋（hot rolling）是相對于冷軋而言的，冷軋是在再結(jié)晶溫度以下進行的軋制，而熱軋就是在再結(jié)晶溫度以上進行的軋制。(2)熱軋的優(yōu)缺點優(yōu)點：a.熱軋能顯著降低能耗，降低成本。熱軋時金屬塑性高，變形抗力低，大大減少了金屬變形的能量消耗。b.熱軋能改善金屬及合金的加工工藝性能，即將鑄造狀態(tài)的粗大晶粒

2、破碎，顯著裂紋愈合，減少或消除鑄造缺陷，將鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃谓M織，提高合金的加工性能。c.熱軋通常采用大鑄錠，大壓下量軋制，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且為提高軋制速度、實現(xiàn)軋制過程的連續(xù)化和自動化創(chuàng)造了條件。缺點：a.經(jīng)過熱軋之后，鋼材內(nèi)部的非金屬夾雜物（主要是硫化物和氧化物，還有硅酸鹽）被壓成薄片，出現(xiàn)分層（夾層）現(xiàn)象。分層使鋼材沿厚度方向受拉的性能大大惡化，并且有可能在焊縫收縮時出現(xiàn)層間撕裂。焊縫收縮誘發(fā)的局部應(yīng)變時常達到屈服點應(yīng)變的數(shù)倍，比荷載引起的應(yīng)變大得多。b.不均勻冷卻造成的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力是在沒有外力作用下內(nèi)部自相平衡的應(yīng)力，各種截面的熱軋型鋼都有這類殘余應(yīng)力，一般型鋼截面尺寸越大

3、，殘余應(yīng)力也越大。殘余應(yīng)力雖然是自相平衡的，但對鋼構(gòu)件在外力作用下的性能還是有一定影響。如對變形、穩(wěn)定性、抗疲勞等方面都可能產(chǎn)生不利的作用。c.熱軋不能非常精確地控制產(chǎn)品所需的力學(xué)性能，熱軋制品的組織和性能不能夠均勻。其強度指標低于冷作硬化制品，而高于完全退火制品;塑性指標高于冷作硬化制品，而低于完全退火制品。d.熱軋產(chǎn)品厚度尺寸較難控制，控制精度相對較差;熱軋制品的表面較冷軋制品粗糙Ra值一般在0.51.5m。因此，熱軋產(chǎn)品一般多作為冷軋加工的坯料。3.軋機簡介在帶鋼熱軋機上生產(chǎn)厚度為1.28mm成卷熱軋帶鋼的工藝。帶鋼寬度600mm以下稱為窄帶鋼；超過600mm的稱為寬帶鋼。第一臺帶鋼熱連

4、軋機于1905年在美國投產(chǎn)，生產(chǎn)寬 200mm的帶鋼。帶鋼熱軋機的技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)越，發(fā)展很快。在工業(yè)發(fā)達國家，1950年以前熱軋寬帶鋼的產(chǎn)量約占鋼材總產(chǎn)量的25%,70年代已達50%左右。熱軋帶鋼的原料是連鑄板坯或初軋板坯，厚度為130300mm。板坯在加熱爐中加熱后,送到軋機上軋成厚1.0025.4mm的帶鋼，并卷成鋼卷。軋制的鋼種有普通碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和硅鋼等。其主要用途是作冷軋帶鋼、焊管、冷彎和焊接型鋼的原料；或用于制作各種結(jié)構(gòu)件、容器等。軋機組成：帶鋼熱軋機由粗軋機和精軋機組成。粗軋機組分半連續(xù)式、3/4連續(xù)式和全連續(xù)式三種:半連續(xù)式有一臺破鱗（去掉氧化鐵皮）機架和 1臺帶有立輥

5、的可逆式機架；3/4連續(xù)式則除上述機架外，還有2臺串列連續(xù)布置機架；全連續(xù)式由67臺機架組成。精軋機組均由57臺連續(xù)布置的機架和卷取機組成。帶鋼熱軋機按軋輥輥身長度命名,輥身長度在914mm以上的稱為寬帶鋼軋機。精軋機工作輥輥身長度為1700mm的，稱為1700mm帶鋼熱軋機，這種軋機能生產(chǎn)1550mm寬的帶鋼卷。帶鋼熱軋按產(chǎn)品寬度和生產(chǎn)工藝有四種方式：寬帶鋼熱連軋、寬帶鋼可逆式熱軋、窄帶鋼熱連軋以及用行星軋機熱軋帶鋼。      4.減徑機的工藝原理及主要問題在無縫鋼管生產(chǎn)的三大機組穿孔機組、軋管機組、定減徑機組中，人們一直十分關(guān)注軋管機的研究，先后開

6、發(fā)出自動軋管機組、頂管機組、新型頂管機組（CPE）、三輥軋管機組、連軋管機組（包括浮動芯棒MM、限動芯棒MPM和半浮動芯棒連軋管機組等）、AccuRoll軋管機組、改進型三輥軋管機組。但對于穿孔機組，僅在20世紀80年代初才提出菌式穿孔機。而定減徑機一直使用二輥式和三輥式，直到20世紀90年代初才提出三輥可調(diào)式定徑機技術(shù)。新型三輥可調(diào)式定徑機技術(shù)是為滿足現(xiàn)代鋼管生產(chǎn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的要求而開發(fā)的，它的開發(fā)成功也為無縫鋼管的生產(chǎn)注入新的活力。張力減徑機技術(shù)的發(fā)展張減工藝主要特點是邊連續(xù)多機架二輥或三輥無芯棒縱軋，采用適當?shù)目仔拖凳姑芡鈴綔p縮，通過機架系列中軋輥速比的調(diào)節(jié)獲得預(yù)定的壁厚變化。20

7、世紀40年代無縫管機組被美國和西歐所用，這時的張減機都是二輥式，到了20世紀50年代，西德曼乃斯曼公司成功地奕用了三輥式張力減徑機，從而代替了二輥式。張力減徑機的作用定徑的目的是在較小的總減徑率和小的單機減徑率條件下，將鋼管軋成一定要求的尺寸精度和真圓度，并進一步提高鋼管外表面質(zhì)量。經(jīng)過定徑后的鋼管，直徑偏差較小，橢圓度較小，直度較好，表面光潔。定徑機工作機架數(shù)目較少，一般為3-12架總減徑率約為3%到7%，增加定徑機架數(shù)可擴大產(chǎn)品規(guī)格，給生產(chǎn)帶來方便，新設(shè)計車間定徑機架數(shù)一般都較多。直徑小于60mm的鋼管，很難由軋管機軋成，而需要經(jīng)過減徑工序。靜靜除具有定徑相同的作用外，還要求有較大的減徑率

8、，以實現(xiàn)大管料生產(chǎn)小口徑鋼管的目的，也可用來生產(chǎn)異型管。減徑機的機架數(shù)一般較多，一般為5到24架。減徑機有兩種形式：（1）一般微張力減徑機，作用就是減縮管徑，生產(chǎn)機組不能軋制或加工起來很不經(jīng)濟的規(guī)格；（2）張力減徑機，作用不但減縮管徑的外徑，而且可以減小鋼管的壁厚，既減徑又減壁，使機組產(chǎn)品進一步擴大；并可適當加大來料的重量，提高減徑率軋制更長的產(chǎn)品。4.1張力減徑機的形式定徑機的形式很多，按輥數(shù)可分為二輥、三輥、四輥式定徑機；按軋制方式分為縱軋定徑機和斜軋定徑機。斜軋定徑機一般多配在三輥斜軋管機組中。斜軋回轉(zhuǎn)定徑機的構(gòu)造與二輥或三輥斜軋穿孔機相似，只是輥型不同。與縱軋定徑相比，斜軋定徑的鋼管外

9、徑精度高，橢圓度小，更換規(guī)格品種方便，不需要換輥，只要調(diào)整軋輥間距即可；缺點是生產(chǎn)率低。減徑機的形式很多，按輥數(shù)可分為二輥、三輥、四輥式減徑機。按機架張力大小可分為兩種形式：（1）微張力減徑機，減徑過程中壁厚增加，橫截面上的壁厚均勻性惡化，所以總減徑率限制在40%到50%；（2）張力減徑機，減徑時機架間存在張力，使得縮徑的同時減壁，進一步擴大生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)格范圍，橫截面壁厚均勻性也比同樣減徑率下的微張力減徑效果好?？倻p徑率最大可達75%到80%,減壁量一般可達35%到40%，總延伸系數(shù)可達9以上，機架數(shù)一般可達14機架。鋼管定徑、減徑的工藝原理（1）壓扁，開始咬入時由于孔型形狀與毛管橫剖面不相適

10、應(yīng)造成局部點接觸，壓扁便首先在此開始，特點是只有斷面形狀的變化，周長、薄厚無變化，無延伸。（2）減徑，隨著壓扁的發(fā)展孔型壁與軋件接觸面不斷增加，至一定程度后在徑向接觸應(yīng)力作用下開始減徑。特點是平均直徑減小，毛管出現(xiàn)延伸，壁厚有所增減。因為孔型開口處金屬沿徑向流動的阻力較小，這里的壁厚較槽底為大，開始出現(xiàn)橫剖面上的壁厚不均。對于張力減徑，不但減徑，而且減壁，大大延伸。4.21張力減徑的優(yōu)點、缺點張力減徑的優(yōu)點：（1）可以大大地減少減徑前的鋼管規(guī)格，提高軋管機組生產(chǎn)效率。軋管機組只生產(chǎn)少數(shù)規(guī)格，而經(jīng)張力減徑后可以得到各種規(guī)格的成品鋼管。（2）可以減少前部工序生產(chǎn)工具的數(shù)量、提高機組作業(yè)率。由于管坯

11、和荒管規(guī)格的減少，工具、備品備件和更換時間大大減少，生產(chǎn)更加穩(wěn)定，從而增加了作業(yè)時間。（3）可以擴大品種規(guī)格。減徑量高達80%，減壁量達45%，通過張力減徑可以直接生產(chǎn)小口徑無縫鋼管。（4）張力減徑的延伸系數(shù)為6-9，可以生產(chǎn)長達165m的鋼管。張力減徑的缺點：張力減徑的缺點是張力減徑軋制中，鋼管中間部分的管壁受到張力作用而減壁，頭尾兩端的管壁由于受不到張力或受到的張力由小變大， 出現(xiàn)增厚段，這增厚部分超過公差，需切掉，增加了頭尾的損失，所以要求一般進入張力減徑機的管子來料長度要足夠長，在經(jīng)濟上才合理。管理計算機和過程控制機的投入使用，使張力減徑機管端增厚控制CEC得以實現(xiàn)，這樣能在更大程度上

12、滿足工藝的要求，為張力減徑生產(chǎn)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗開闊了更加廣闊的前景。在廣泛應(yīng)用的連軋管機后面配置一臺張力減徑機作為成型機組，即可滿足連軋管機的產(chǎn)量要求，又可解決產(chǎn)品規(guī)格的要求，這樣用一種或兩種連軋毛管即可生產(chǎn)出幾百種不同規(guī)格的熱軋管。這標志著鋼管生產(chǎn)的最新發(fā)展方向，使無縫鋼管生產(chǎn)實現(xiàn)大 型化、高速化和連續(xù)化。張力減徑機已經(jīng)在幾乎各類軋管機組和中小型焊管機組上得到廣泛的應(yīng)用。4.2：三輥定徑、減徑機減徑與二輥定徑減徑機相比（1）機架間距；三輥式定徑減徑機機架間距比二輥式定徑、減徑機間距小，但機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（2）單機架變形量；與二輥定徑、減徑機相比，三輥式定徑、減徑機每個軋輥軋制變形量小，管端

13、增厚長度小、切頭切尾量少、金屬損耗少。（3）鋼管質(zhì)量：三輥式比二棍式定徑 、減徑機軋輥孔型周邊的速度差小，從而減少軋輥與鋼管的相對滑動，軋輥較小。沿周向每個軋輥型與鋼管接觸弧長較小，這使周向上所受的變形力比較均勻，金屬變形時的流動趨于均勻，從而可以減少橫向壁厚的不均勻程度。三輥式定徑、減徑機與二輥式定徑、減徑機相比，生產(chǎn)的鋼管外徑圓度較好。（4）機架布置：三輥式定徑、減徑機軋輥交叉60°，使軋機結(jié)構(gòu)簡化，便于布置。（5）張力的建立：三輥式定徑、減徑機軋輥數(shù)目多，則軋制時對鋼管的曳入性能較好，可在較短的咬入鋼管長度上建立足夠的張力。（6）可調(diào)整性：二輥式定徑、減徑機容易實現(xiàn)在線孔型尺寸

14、的調(diào)整，以滿足標準、規(guī)范對外徑偏差的要求，而三輥式定徑、減徑機一般不能實現(xiàn)在線孔型尺寸的調(diào)整?，F(xiàn)在廣泛采用的是三輥式徑、減徑機。4.3：張力徑機的孔型在張減孔型設(shè)計時，主要考慮的因素是不要產(chǎn)生容易出現(xiàn)的幾種軋制缺陷，即內(nèi)多邊形，壁厚不均，外表面縱向軋痕及外表面折疊，根據(jù)經(jīng)驗，一般認為軋制缺陷支下面趨勢有關(guān)隨著壁厚/直徑比（s/d），總減徑率P孔型橢圓度a 的增大，內(nèi)多邊形的趨勢增加，隨著單架減徑P的增大壁厚不均也增大，軋制薄壁管金屬容易擠入輥縫形成縱向軋痕，由此人們得出結(jié)論：薄壁管應(yīng)在橢圓孔型中軋制，厚壁管應(yīng)在圓孔型中軋制（在s/d，9%12%時，必須用圓孔）所謂橢圓孔型系指ai-b

15、i-10，而圓孔型系指ai-bi-10。孔型的幾何參數(shù)有：A孔型高度；B孔型寬度；C孔型頂部圓弧半徑按下式計算：R=A2+B2/4AE偏心距，按下式計算：E=B2-A2/4AR圓角半徑（1/15Dc）一般410毫米；Dc平均直徑（=A+B/2）軋輥間隙（=1/2r）一般25毫米。為了決定孔型尺寸，必須首先確定變形量（減徑率），一般都是采用分配的方法，除了第一架和最后兩架外，其他機架中直徑壓下量都取相等，為了保證第一架順利咬入和考慮來管直徑的波動，第一架壓下量采用平均壓下量的一半，為得到圓形管，成品前機架壓下量也取平均壓下量的一半，而在成品機架中（最后一架）一般不給壓下量。設(shè)各機架中直徑相對壓下

16、量為： 1、2、3n-1、n式中n工作機架數(shù)目。假設(shè)平均壓下量為，則 1=1/2，2=3n-2=n-1=1/2，n=0對于任一機架相對壓下量為 1=Di-1-Di/Di-1×100% Di=Ai+Bi/2 式中Di、Di-1為孔型平均直徑；Ai孔型高度；Bi孔型寬度；根據(jù)相對壓下量公式可寫出：Di=Di-1(（1-i）當i=1時，Di-1為來料外徑，即為斜軋延伸以后的外徑Dp，則Di-1=Dp利用此式和前述所確定的平均壓下量，可寫出一系列等式：D1=Dp（1-1/2）Dp（1-）0.5D2=D1（1-）Dp（1-）1.5Dn-1=Dn-2（1-1/2）=Dp（1-）n-2.

17、5Dn=Dn-1=Dp（1-）n-2由此可得到相對壓下量公式：式中Dp來料外徑（即延伸軋制后的毛管外徑）；Dn成品管熱狀態(tài)下的平均外徑，可用下式求出：Dn=（1+a）D0=（1.0131.017）D0式中 a 金屬熱膨脹系數(shù)；t 軋制溫度； D0 常溫下成品鋼管的外徑。 孔型尺寸的計算方法：1、計算平均相對壓下量：2、計算各架平均直徑 D1=Dp（1-1/2）D2=D1（1-）D3=D2（1-）Dn-2=Dn-3（1-）Dn-1=Dn-2（1-1/2）Dn=Dn-1張力減徑機與微張力減徑機的不同張力與微張在設(shè)備和變形原理上是完全一樣的，只是在實際運用時，根據(jù)不同的條件和要求，選擇的工藝參數(shù)（張

18、力系數(shù)）不同而已。 張力減徑一般機架數(shù)多，工藝上最大的特點是減壁減徑，一般單機最大減徑率大于6.0%，總減徑率可達到80%以上。但同時它的切頭損失也非常大，因此張力減徑機適合于荒管長度20m以上的熱軋無縫鋼管機組。微張力減徑的機架數(shù)相對小，過去單機最大減徑率不超過3.5%，總減徑率小于35%。由于張力系數(shù)不大于0.5，只能實現(xiàn)等壁活減壁減勁，因此切頭損失比張力減徑大大減少。同時，只要措施得當，中、厚壁管的“內(nèi)六方”可控制在較好水平。因此微張力減徑機比較適用于荒管長度 不大于15m的熱軋無縫鋼管機組。管材熱擴徑方法隨著工業(yè)技術(shù)尤其是石油與化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，大直徑無縫鋼管需求量逐年增加，盡管大型周期

19、式軋管機組與頂管機組可以生產(chǎn)一部分大直徑，但其設(shè)備龐大，一次性投資高，且生產(chǎn)大直徑薄壁管在技術(shù)上還有一定困難。管材熱徑方法主要有以下幾種：（1）斜軋熱擴徑在斜軋擴管機上進行。斜軋擴管機有兩個裝在箱型機架內(nèi)的懸臂式錐形軋輥。軋輥中心線與軋制中心線在水平面上成60°到80°角，兩個軋輥由直流電機驅(qū)動，其旋轉(zhuǎn)方向相同。錐形軋輥工作之前有一個入口錐使管子在咬入后受到一定程度的減輕，以改善咬入條件， 然后碾軋管壁擴徑。機組中一般設(shè)有均整機和定徑機，以消除鋼管內(nèi)外螺紋和改善外徑和壁厚的尺寸精度，相對擴徑量可達70%130%。斜軋擴管的特點是一次變形量大、變形速度快、產(chǎn)量高，適于生產(chǎn)各種

20、鋼種的大直徑和尺寸精度較高的中、薄壁厚無縫鋼管；但其缺點是機組設(shè)備龐大，投資高，且不能生產(chǎn)異型及變截面管。（2)拉拔熱擴徑在熱拉擴管機上進行。先在管端擴一個喇叭口，其擴口直徑比熱擴后管直徑大100mm左右，以利熱擴管時內(nèi)外卡環(huán)卡住管端進行水冷，然后由鏈條牽引拉桿并帶動頂頭從荒管內(nèi)部通過以實現(xiàn)擴徑減壁及長度縮短的變形過程。拉拔式擴管一般加熱三次，每次加熱后擴徑3-4個道次，拉拔擴徑的特點是，擴管機既能熱擴又能冷拔，既能熱擴又能冷拔，既能熱擴圓管又能熱拔異型和變截面管；拉拔擴管機設(shè)備重量輕，投資少，更換設(shè)備簡便；但因拉拔擴管為自由變形，擴管表面缺陷易暴漏和擴大，壁厚精度和外徑精度不高。（3）近年來

21、還出現(xiàn)了一種區(qū)別于傳統(tǒng)拉拔擴管工藝的中頻感應(yīng)加熱液壓二布推進式熱闊管新工藝，用來生產(chǎn)大口徑鋼管。其基本原理是：置于中頻線圈中的原料鋼管，經(jīng)中頻感應(yīng)加熱后，靠液壓缸活塞運動，推過尾部固定于油缸固定架上的錐形內(nèi)膜芯棒，達到擴徑的目的。該工藝設(shè)備簡單，每個機組僅有幾十噸。穩(wěn)定的鋼管快速的中頻感應(yīng)追蹤加熱和穩(wěn)定的液壓推進速度相匹配，可較好的解決了原料變形溫度的可調(diào)、 恒定的基本條件，達到了節(jié)能的目的和產(chǎn)品性能穩(wěn)定效果。變拉動芯棒擴管為推動原料管擴徑，使變形后的鋼管不再承受軸向力，且具有極短應(yīng)力線。鋼管經(jīng)中頻加熱擴徑，相當于對管體進行正火處理，經(jīng)檢驗分析，金相組織均勻、晶粒更加細化，力學(xué)性能好，因而它成

22、為當前最流行的鋼管大口徑生產(chǎn)工藝。張力減徑時管端偏厚的原因張力減徑時管端偏厚的主要原因是軋件首尾軋制時都是處于過程的不穩(wěn)定階段。首先，軋件兩端總有相當于機架間距的一段長度，一直都是在無張力狀態(tài)下減徑；其次，前端在進入機組的前3-5機架之后， 軋機間的張力才逐漸由0增加到穩(wěn)定軋制的最大值，而尾部在離開最后3-5機架時軋機間的張力又從穩(wěn)定軋制的最大值降到0.這樣軋件相應(yīng)的前端壁厚就由最后逐漸降到穩(wěn)定軋制時的最薄值，尾端又由穩(wěn)定軋制的最薄值逐漸曾厚到無張力減徑時的最大厚度。：影響張力減徑機管端增厚的因素影響張力減徑機首尾后壁段增厚的因素主要取決于一下幾個方面：（1）機架間距，機架間距愈小厚壁端愈短；（2）軋機的傳動特性，傳動速度的鋼性越好恢復(fù)轉(zhuǎn)速的時間越短，首尾管壁的偏厚值越小，長度越短；（3）延伸系數(shù)和減徑率越大首尾管壁的偏厚值越大，長度越長；（4）機架間張力越大