管材生產(chǎn)基礎(chǔ)知識

1、管材生產(chǎn)基礎(chǔ)知識導(dǎo)盤(disc)熱軋無縫管時(shí)同軋輥一起構(gòu)成變形區(qū)，為管子導(dǎo)向并參與徑向壓縮變形的工具。它用于二輥斜軋穿孔(見帶導(dǎo)盤的二輥斜軋穿孔)和二輥斜軋延伸(見管材斜軋延伸)。在斜軋穿孔機(jī)上導(dǎo)盤可以成對使用，也可以單個(gè)導(dǎo)盤同導(dǎo)板配合使用。導(dǎo)盤的特征尺寸是導(dǎo)盤直徑、導(dǎo)盤寬度以及導(dǎo)盤溝槽圓弧半徑。確定導(dǎo)盤直徑的原則是既要保證軋件順利咬入和甩尾，又要使導(dǎo)盤盡早參與徑向壓縮變形。實(shí)心坯穿孔時(shí)徑向壓縮可以防止孔腔形成(見斜軋穿孔原理)，斜軋延伸時(shí)徑向壓縮可以防止周向變形過大或軋件橢圓度過大。導(dǎo)盤直徑可用作圖法確定(見圖)，一般金屬與導(dǎo)盤接觸區(qū)長度小于軋輥。導(dǎo)盤寬度決定于軋制產(chǎn)品規(guī)格。導(dǎo)盤溝槽孔型一般

2、用雙半徑圓弧構(gòu)成，這種孔型形狀既利于減小金屬流動阻力又可提高導(dǎo)盤使用壽命。高壓鍋爐管生產(chǎn)(production of high pressure boiler tube)制造鍋爐用的管材生產(chǎn)。鍋爐管由于長期在高溫和高壓條件下工作，材料將發(fā)生蠕變，塑性和韌性下降，原始組織改變，產(chǎn)生腐蝕等。作為鍋爐用的鋼管應(yīng)具備：(1)足夠的持久強(qiáng)度；(2)足夠的塑性變形能力；(3)最小的時(shí)效傾向和熱脆性；(4)高的抗氧化、耐煤灰、耐天然氣高溫下腐蝕、蒸汽和應(yīng)力腐蝕性能；(5)良好的組織穩(wěn)定性以及良好的工藝性能。高壓鍋爐管的鋼種有碳鋼以及珠光體、鐵素體和奧氏體型不銹耐熱鋼。為了提高火力發(fā)電機(jī)組的熱效率、降低燃耗，

3、世界各國均以發(fā)展大容量、高參數(shù)(高溫、高壓)火電機(jī)組(1000mw以上)為主。蒸汽壓力提高到31.534.3mpa，過熱蒸汽溫度達(dá)595650，向超高壓臨界壓力發(fā)展，這樣對高壓鍋爐管提出了更高的要求。為此開發(fā)了新的鋼種，以滿足高參數(shù)電站鍋爐的需用。表1為常用的高壓鍋爐管的鋼種；表2為高壓鍋爐管的新鋼種。高壓鍋爐管的生產(chǎn)工藝隨鋼種的不同各有差異。以珠光體型鉻鉬釩鋼為例，鍋爐管的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)是：(1)管坯應(yīng)剝皮，剝皮量通常為5mm；(2)由于鋼質(zhì)較硬，管坯多用氧氣切割或鋸切；(3)由于鉻鉬釩鋼的導(dǎo)熱性比碳鋼低，加熱速度宜稍慢，加熱溫度為11201180，穿孔溫度為11001160；(4)這類鋼在1

4、0001100區(qū)間有良好的塑性和低的變形抗力，因而穿孔性能較好，變形參數(shù)可照中碳鋼或合金鋼(例如30crmnsia)選?。?5)軋后鋼管要正火和回火，正火溫度為950980，回火溫度為730750，保溫時(shí)間為23h；(6)鋼管尺寸公差較嚴(yán)，以保證對口焊接；管子長度盡可能長，以利于減少焊口數(shù)量。導(dǎo)板(guide，guide shoe) 誘導(dǎo)軋件正確地進(jìn)入軋輥孔型、保證軋制順利進(jìn)行的導(dǎo)衛(wèi)裝置的主要零件。導(dǎo)板主要用在型鋼的縱軋和無縫管的斜軋生產(chǎn)中。型鋼軋制時(shí)使用的導(dǎo)板同無縫管軋制時(shí)使用的導(dǎo)板除了誘導(dǎo)軋件這一共同點(diǎn)外，因兩種變形方式的差別而具備各自的特點(diǎn)。型鋼軋制用的導(dǎo)板 安裝在型鋼和線材軋機(jī)入口處橫

5、梁上，用以誘導(dǎo)軋件正確地進(jìn)入孔型。型鋼軋制用的導(dǎo)板有滑動(平面)導(dǎo)板和滾動導(dǎo)板之分。滑動導(dǎo)板的形狀、尺寸和固定方法如圖1所示。平面導(dǎo)板的設(shè)計(jì)是先畫出軋輥的圓心o1和o2，它們之間的距離等于軋輥平均直徑dp。根據(jù)衛(wèi)板的設(shè)計(jì)定出的橫梁位置l和m取值不變。上輥與下輥的輥環(huán)半徑分別為r1 和r2 時(shí)，則導(dǎo)板前端的圓弧半徑r1、r2可按下式確定：r1 =r1+r；r2=r2+r式中r為輥環(huán)與導(dǎo)板的間隙值，一般取1520mm。當(dāng)m值確定后，決定導(dǎo)板位置的n值亦可求出，n為橫梁上表面至軋制線的距離：n=d1/2-m式中d1為下輥的原始直徑；m為橫梁上表面與軋輥水平中心線之間距。不銹鋼管生產(chǎn)(producti

6、on of stainless steel tube)通常稱耐大氣、蒸汽和水等弱腐蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼為不銹鋼，稱耐酸、堿、鹽等化學(xué)侵蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼為耐酸鋼。不銹鋼和耐酸鋼的總稱是不銹耐酸鋼，簡稱為不銹鋼。鉻是主要合金元素，此外常加入鎳、鉬、鈦、鈮、鉬等。不銹鋼管的材質(zhì)主要有奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼。不銹鋼管廣泛用于石油、化工、造紙、化肥、汽車、飛機(jī)、電站、裝璜等領(lǐng)域。不銹鋼無縫管的生產(chǎn)方法可以是熱軋、熱擠壓、冷軋和冷拔。近年來由于連鑄連軋技術(shù)的進(jìn)步以及各種焊接新技術(shù)和無損檢測技術(shù)的應(yīng)用，不銹鋼焊管的質(zhì)量不斷提高，可以在各使用領(lǐng)域內(nèi)部分替代不銹鋼無縫

7、管，且價(jià)格比無縫管約低20。當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用的不銹鋼管中焊管和無縫管各占50。不銹鋼無縫管的生產(chǎn)特點(diǎn)(1)塑性。馬氏體不銹鋼在高溫下為單一的奧氏體組織時(shí)穿孔沒有困難，但當(dāng)存在雙相組織時(shí)穿孔性能有所降低。管坯加熱溫度一般為11301160(中心溫度)，爐尾處溫度應(yīng)小于900，終軋溫度應(yīng)高于臨界點(diǎn)轉(zhuǎn)變溫度，低碳的不低于850，高碳的不超過925。馬氏體不銹鋼隨著含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度提高，塑性降低，冷拔時(shí)應(yīng)盡量采用襯芯棒拔制，因空拔后容易爆裂。奧氏體不銹鋼的高溫塑性同殘留的相有關(guān)。一般塑性隨著相的增多而降低。除相外，在奧氏體不銹鋼中還存在其他殘余相，如各種形式的碳化物、金屬間化合物等。這些多余的

8、相對不銹鋼的塑性都有影響，影響的程度決定于它們的數(shù)量及狀態(tài)。加熱時(shí)多余相呈網(wǎng)狀分布在晶界上，將顯著惡化金屬的塑性。奧氏體不銹鋼高溫下塑性低，變形抗力(見金屬變形抗力)大，采用斜軋穿孔(見二輥斜軋穿孔)時(shí)應(yīng)特別注意選取合理變形參數(shù)和溫度參數(shù)。奧氏體不銹鋼經(jīng)過固溶處理(常采用軋后余熱淬水)后呈單相奧氏體組織，其特點(diǎn)是b較高，但s低，延伸性和韌性都大，冷變形的性能好，因此可取較大的道次變形量。但冷變形時(shí)加工硬化很大，故繼續(xù)加工性能差。鐵素體不銹鋼為單一相組織，沒有臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)(相變)，因此管坯加熱時(shí)間長和溫度高時(shí)晶粒長大嚴(yán)重，導(dǎo)致鋼的塑性顯著下降。管坯加熱最高溫度在10001060。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)鋼

9、有良好的塑性(穿孔性能)。冷拔錘頭前的加熱溫度為700850，加熱時(shí)要防止?jié)B碳，錘頭后進(jìn)行水淬。由于鐵素體鉻不銹鋼有室溫脆性，冷加工性能較差，冷拔時(shí)容易開裂和拔斷，因此最好在具有一定溫度條件下拔制(見管材溫拔)，起拔速度也不宜過大。冷軋鐵素體不銹鋼管時(shí)，管料軋制時(shí)變形程度不大于4048。在以后道次中(經(jīng)表面準(zhǔn)備和熱處理后)，根據(jù)晶粒細(xì)化程度，變形程度可增大到5565。為避免鋼管在軋制時(shí)產(chǎn)生裂紋，軋制時(shí)管子的溫升是有利的，因此，在多數(shù)情況下軋制這類鋼管時(shí)不用乳化液冷卻工具和金屬。(2)變形抗力。奧氏體和馬氏體不銹鋼都具有較高的變形抗力，加工硬化傾向大，且高溫下再結(jié)晶速度慢，因而冷軋這類鋼時(shí)要特別

10、注意設(shè)備和電機(jī)能力。鐵素體或半鐵素體的低碳不銹鋼和一般碳鋼有相同的變形抗力。(3)寬展。不銹鋼的寬展(橫變形)較大，馬氏體不銹鋼寬展為碳鋼的1.3倍；奧氏體不銹鋼為1.351.5倍，鐵素體不銹鋼為1.551.6倍。因此斜軋穿孔時(shí)要注意控制橫變形，應(yīng)取較小的橢圓度。冷、熱軋管的孔型橢圓度要大些，并應(yīng)取小的道次變形量，以免出耳子等，在無張力減徑(見管材無張力減徑)時(shí)不銹鋼管的壁增厚較大，同時(shí)減徑機(jī)的孔型橢圓度要取大一些。(4)對應(yīng)力的敏感性。鐵素體不銹鋼具有常溫脆性，冷加工對應(yīng)力的敏感性大，熱軋時(shí)應(yīng)力的敏感性小，軋后可水淬。馬氏體不銹鋼對裂紋的敏感性較大，熱軋后冷卻不能過快，一般采取堆冷。奧氏體不

11、銹鋼對裂紋的敏感性小，熱軋后可水淬。(5)導(dǎo)熱性。不銹鋼的低溫導(dǎo)熱性都較差，而線膨脹系數(shù)則比碳鋼大。為保證加熱質(zhì)量應(yīng)采取低溫(800)慢速加熱。(6)抗氧化性。由于不銹鋼具有抗氧化性，故加熱對生成的氧化鐵皮是較少的。但氧化鐵皮中含有鉻、鎳氧化物且很致密，冷加工時(shí)酸洗較為困難。常用hf+hno3進(jìn)行酸洗或用堿一酸復(fù)合酸洗。(7)粘結(jié)傾向。鐵素體、奧氏體一鐵素體和奧氏體的不銹鋼軋制時(shí)易粘輥，使鋼管表面質(zhì)量降低。熱軋成品軋機(jī)(如定減徑機(jī))用鑄鐵輥可以減少粘輥現(xiàn)象。另外合理地使用冷卻水冷卻軋輥也很重要。不銹鋼焊管的生產(chǎn)特點(diǎn) 219mm以下不銹鋼焊管采用連續(xù)輥式成形基本上與高頻直縫焊管相似219mm以上

12、采用壓力成形(uoe)或螺旋焊接(見螺旋焊管)。4.76mm以下采用焊后拉拔法生產(chǎn)毛細(xì)管。焊接方法有高頻焊、鎢電極惰性氣體保護(hù)焊(tig或稱氬弧焊)、激光焊、電子束焊等。高頻焊不能保證焊縫的焊接質(zhì)量，但焊接速度較高，適合于生產(chǎn)一般結(jié)構(gòu)用及裝飾用不銹鋼焊管。而絕大多數(shù)不銹鋼焊管生產(chǎn)采用氬弧焊或氬弧焊與等離子焊結(jié)合的組合焊。裝飾用不銹鋼焊管要求表面磨拋處理?；C(jī)械、鍋爐熱交換器用不銹鋼焊管要求平整內(nèi)焊刺。焊縫組織經(jīng)固溶處理并需裝備焊縫質(zhì)量監(jiān)控及無損檢測系統(tǒng)。氬弧焊不銹鋼焊管生產(chǎn)工藝流程如下：板卷縱剪一帶鋼一開卷一矯平一切頭尾對焊一活套一成形一氬弧焊接一去外焊刺一(去內(nèi)焊刺)一冷卻一定徑一渦流探傷

13、一飛鋸切斷切斷后的不銹鋼焊管根據(jù)產(chǎn)品用途又分以下3種情況：（1）不需要熱處理和拉拔的焊管經(jīng)矯直一平頭一水壓一檢查一包裝一入庫；（2）需要熱處理的焊管經(jīng)脫脂一光亮熱處理一矯直一超聲波探傷一平頭一水壓一檢查一包裝一入庫；（3）需要拉拔的焊管經(jīng)脫脂一鍛尖一退火一矯直一酸洗一潤滑一拉拔一切頭一脫脂一光亮退火一精整一檢查一包裝一入庫；不銹鋼焊管新技術(shù)有，應(yīng)用多個(gè)電極(一般有3個(gè)電極)的多炬焊，也可以是氬弧焊與等離子焊的組合。多炬焊適用于壁厚大于2mm的焊管，焊接速度比單炬高34倍，焊接質(zhì)量也得以改善。此外，在氬中添加510的氫，再采用高頻脈沖焊接電源，可提高焊接速度；為保證焊接質(zhì)量采用了焊炬對焊縫的自動

14、跟蹤裝置、電弧電壓自動控制系統(tǒng)(avc)、計(jì)算機(jī)控制焊接過程等。清除內(nèi)焊刺的方法有：（1）內(nèi)壁氣托技術(shù)，內(nèi)壁充以一定壓力的惰性氣體來托住熔融的液滴，不使其下垂，從而不形成焊刺；（2）內(nèi)壁錘擊技術(shù)，用于30mm以下管材；（3）內(nèi)壁輥壓技術(shù)，適用于50mm以上焊管；裝飾管要配備高效率的磨拋設(shè)備，以提高不銹焊管的表面的光潔程度。高頻電焊管(high frequency electric welded pipe)利用高頻電流的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使集中于管坯邊緣上的電流將接合面加熱到焊接溫度，再經(jīng)擠壓、輥壓焊成的焊接管。高頻焊接有感應(yīng)焊和接觸電阻焊兩種。焊鋼管時(shí)電流的頻率為350450khz，感應(yīng)焊可

15、選擇得低些，但最低不得小于150khz；焊接有色金屬管時(shí)電流頻率不低于450khz。高頻焊的工作原理 圖a為高頻感應(yīng)焊管的原理示意圖。感應(yīng)器與管坯相當(dāng)于變壓器的一次和二次線圈。當(dāng)感應(yīng)器通過高頻電流時(shí)管坯外表面便產(chǎn)生感應(yīng)電流，一條沿管坯邊緣成v形回路i1，稱焊接電流，作有用功；一條沿管坯表面構(gòu)成分流i2，稱循環(huán)電流，只使管坯溫升造成熱損失，作無用功。為減少循環(huán)電流的耗損，提高電磁感應(yīng)效率，在管筒內(nèi)設(shè)置了阻抗器，以增大管筒內(nèi)表面的感抗值。圖b為高頻電阻焊管的原理示意圖。鄰近效應(yīng)使焊接電流集中于管坯待焊邊的表面，沿兩側(cè)邊緣流動，經(jīng)過擠壓輥附近的匯合點(diǎn)形成v形回路。循環(huán)電流繞管坯橫斷面的內(nèi)外表面分兩路

16、流動。為減少這部分無用功的耗損，在筒形坯中心安置阻抗器，增大循環(huán)電流分路的感抗，以提高待焊邊的電流強(qiáng)度。焊接制度 有3種：(1)固相塑性壓焊。把管坯邊緣交接區(qū)加熱到13001350的塑性狀態(tài)，在擠壓輥的壓力下將氧化物薄膜擠出焊縫，同時(shí)通過高溫下固相再結(jié)晶使兩邊緣焊在一起。要求擠壓強(qiáng)度大于4050mpa。采用這種制度時(shí)內(nèi)焊刺高度小，表面平整均勻，焊接時(shí)沒有火花噴濺。(2)半熔化焊接。把管坯邊緣交接區(qū)加熱到半熔狀態(tài)，溫度達(dá)到13501400，在擠壓輥壓力的作用下，將夾有氧化物的液態(tài)膜擠出焊縫，同時(shí)完成焊接。擠壓強(qiáng)度約為2030mpa。這種焊接制度內(nèi)焊刺高度較小，表面不太平整均勻，焊接時(shí)管坯邊緣交接

17、區(qū)有輕微火花噴濺。(3)熔化焊接。將管坯邊緣交接區(qū)加熱到熔化狀態(tài)，焊接溫度在1400以上。因邊緣金屬熔化較早，在邊緣會合點(diǎn)前即出現(xiàn)液態(tài)過梁，此處電流密度大，熔化金屬部分氣化，在擠壓輥壓力的作用下，整個(gè)液態(tài)搭接區(qū)發(fā)生周期性的火花強(qiáng)烈噴濺，擠壓力強(qiáng)度與半熔焊接相近。焊后內(nèi)外焊刺都較太，且成周期性丘陵?duì)?。比較以上3種制度可知，固相塑性壓焊能耗較小，焊速較快；半熔化焊接能耗較大；熔化焊接能耗最大。對于低碳鋼這3種制度都適用，如管坯邊緣質(zhì)量不太好，大多選用第2種，如鋼的焊接性能不太好，則應(yīng)采用第2種或第3種。當(dāng)焊接金屬表面產(chǎn)生難熔氧化物時(shí)，為將它們從焊縫中清除出去，則必須采用第3種。高頻電焊的特點(diǎn)在焊接

18、裝置功率和焊管規(guī)格相同的條件下，高頻電阻焊的特點(diǎn)是：單位能耗低，焊接速度是感應(yīng)焊的1.52.0倍，但焊接過程的穩(wěn)定性、焊接質(zhì)量和焊縫表面光滑度較差；銅電極消耗量大需經(jīng)常更換，焊接調(diào)整較難，作業(yè)率低；電極接觸管體有一定壓力，不宜用于薄壁管的生產(chǎn)。所以高頻電阻焊適用于大中規(guī)格焊管的生產(chǎn)。高頻感應(yīng)焊適用于生產(chǎn)焊縫質(zhì)量要求高的薄壁管、有色金屬管和不便于采用電阻焊的異形管、小口徑管等。復(fù)合管生產(chǎn)(prodlaction of composite tube)由兩種或兩種以上金屬(合金)通過熱或冷塑性加工而結(jié)合在一起的管材稱復(fù)合管。復(fù)合管不僅可以節(jié)省貴重金屬和降低成本，而且還兼有復(fù)合金屬各自的性能，可擴(kuò)大管

19、材的使用范圍。復(fù)合管主要用作酸性介質(zhì)運(yùn)輸管道、海水熱交換器用的配管、酸性油井和氣井用管、水力發(fā)電鍋爐過熱器用管，大型電站鍋爐超臨界壓力管道等。復(fù)合管有無縫復(fù)合管和焊接復(fù)合管兩類。無縫復(fù)合管的生產(chǎn)方法一般是熱擠壓、熱拔和熱軋。這三種方法是在高溫下通過熱變形使相復(fù)合的管子焊合在一起。其共同特點(diǎn)是復(fù)合管橫截面的總面積與復(fù)合金屬橫截面總面積之比值為常數(shù)。由此，通過成品即可以計(jì)算出坯料的橫截面尺寸。在制備復(fù)合管坯料時(shí)，一定要保持結(jié)合面潔凈，不允許有雜物，加熱前一定要結(jié)合緊密，防止空氣進(jìn)入而氧化，影響焊合。復(fù)合管坯的熱加工溫度按照熔點(diǎn)低的金屬或合金選取，例如，銅和鋼復(fù)合管加熱溫度為970，溫差士10。熱拔

20、時(shí)應(yīng)采取特殊的高溫潤滑劑。熱軋可以在連續(xù)式軋管(見連續(xù)式軋管機(jī)軋管)機(jī)或自動軋管機(jī)(見自動軋管機(jī)組軋管)上進(jìn)行。自動軋管機(jī)軋制時(shí)應(yīng)軋3道，每道次后管子旋轉(zhuǎn)90o。熱壓復(fù)合的另一種方式是內(nèi)部脹形法。將復(fù)合的薄壁管插入到碳鋼管中，內(nèi)管通入惰性氣體，用感應(yīng)加熱器在管外移動加熱，由于內(nèi)部氣體因依次加熱而膨脹產(chǎn)生內(nèi)壓使兩種管子焊合在一起。鋼與鈦復(fù)合時(shí)加熱溫度為900，內(nèi)管壓力0.88mpa。鋼與不銹鋼復(fù)合時(shí)，加熱溫度為1000，內(nèi)管壓力2.95mpa。感應(yīng)圈移動速度為500mmmin。選用這種方法時(shí)，內(nèi)管的膨脹系數(shù)一定要小于外管。大型電站鍋爐壓力管道所用的復(fù)合管是用復(fù)合板通過uo成形法成形，再用與復(fù)層材

21、質(zhì)相同的焊絲焊合而成的。鍍鋅鋼管(galvanized pipe)表面有熱浸鍍或電鍍鋅層的焊接鋼管。鍍鋅可增加鋼管的抗腐蝕能力，延長使用壽命。鍍鋅管的用途很廣，除作輸水、煤氣、油等一般低壓力流體的管線管外，還用作石油工業(yè)特別是海洋油田的油井管、輸油管，化工焦化設(shè)備的油加熱器、冷凝冷卻器、煤餾洗油交換器用管，以及棧橋管樁、礦山坑道的支撐架用管等。鋼管的鍍鋅方法 有熱鍍鋅和電鍍鋅兩大類。熱鍍鋅有濕法、干法、鉛鋅法、氧化還原法等，其工藝流程如圖所示。不同熱鍍鋅方法的主要區(qū)別在鋼管酸浸清洗后，用什么方法活化管體表面提高鍍鋅質(zhì)量?，F(xiàn)生產(chǎn)中主要采用干法和氧化還原法，其特點(diǎn)見表。電鍍鋅的鋅層表面十分光滑致密

22、、組織均勻；具有良好的力學(xué)性能和抗腐蝕能力；鋅耗比熱鍍鋅低6075。電鍍鋅在技術(shù)上有一定的復(fù)雜性，但對單面鍍層，內(nèi)外表面鍍層厚度不同的雙面鍍層，以及薄壁管鍍鋅等皆須采用此法。鋅層材料的發(fā)展 為滿足日益提高的各種使用條件要求，延長鍍鋅鋼管的使用壽命，鋅層材料正在不斷發(fā)展。主要新鍍層有：(1)鐵一鋅合金化鍍層。即鋼管鍍鋅后再進(jìn)行熱處理。如在500550進(jìn)行擴(kuò)散退火1015min，這樣可使鍍鋅管在油田中的使用壽命延長近9倍；(2)多元或含有微量合金元素的鍍鋅層。如加入適量的鎳可使耐腐蝕能力比純電鍍鋅管提高10倍以上；(3)復(fù)合鍍層。即按使用條件需要，在鋼管鍍鋅層上再涂以適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)材料，使得在耐腐蝕、

23、耐高溫、耐嚴(yán)寒、耐磨損、耐沖擊及增加彈性等方面，能進(jìn)一步滿足其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)更高的要求。如采用彩色涂層，還有裝飾和標(biāo)志的效果。管材均整 (tubereeling process)在斜軋(均整)機(jī)上軋制由自動軋管機(jī)軋出的管子，以消除壁厚不均以及研磨鋼管內(nèi)外表面的工序。均整機(jī)為二輥或三輥式斜軋機(jī)，使用固定頂頭。三輥均整機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，軋制時(shí)可取較大的減壁量，產(chǎn)量高，軋出的管子尺寸精度較高。一般管材均整后直徑有些增加，壁厚略微減小，長度稍有縮短，當(dāng)管壁壓縮量較大時(shí)則長度增加。二輥均整機(jī)的變形過程如圖所示。整個(gè)變形區(qū)分為4個(gè)區(qū)。i為減徑區(qū)，該區(qū)一般很短。為管壁壓下(擴(kuò)徑)區(qū)，由于均整機(jī)頂頭略大于來料的內(nèi)徑，

24、在該區(qū)管材首先和頂頭圓弧部分相接觸，然后隨著金屬進(jìn)入變形區(qū)，在頂頭的圓弧部分與軋輥之間壓縮管壁；到頂頭的圓柱部分時(shí)雖然頂頭母線和軋輥圓柱段母線相平行，但由于軋輥軸線傾斜于軋制軸線，因而頂頭與軋輥間的間隙是逐漸減小的(到交叉點(diǎn)為止)，因而在這區(qū)段內(nèi)管壁仍受微量壓下。為展軋區(qū)。在該區(qū)中展軋管壁，以改善內(nèi)外表面質(zhì)量。區(qū)為管材轉(zhuǎn)圓區(qū)。管材定徑(tube sizing process)在縱軋或斜軋定徑機(jī)上對空心荒管進(jìn)行的不帶芯棒的小變形量的縱軋或斜軋，目的是使荒管獲得規(guī)定的外徑尺寸?？v軋定徑機(jī)的架數(shù)一般為512架，多為單獨(dú)驅(qū)動的二輥式連軋機(jī)，工作機(jī)架與地平面呈45度布置，相鄰機(jī)架互呈90度布置。增加定徑

25、機(jī)架數(shù)可擴(kuò)大產(chǎn)品規(guī)格，給生產(chǎn)帶來方便。斜軋定徑在二輥或三輥式定徑機(jī)上進(jìn)行，一般多配置在三軋斜軋管機(jī)組(見熱軋無縫管機(jī)組)中。與縱軋定徑相比較，斜軋定徑的鋼管外徑精度高，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(diǎn)是生產(chǎn)率低。管材減徑 (tube reducing process)在多機(jī)架的減徑機(jī)中對荒管進(jìn)行的不帶芯棒的連軋工序。管材減徑的目的在于減小管徑、提高尺寸精度和擴(kuò)大品種。管材減徑分熱減徑和冷減徑(見管材冷減徑)兩種。管材熱減徑分帶張力減徑(見管材張力減徑)和不帶張力減徑(見管材無張力減徑)兩種管材張力減徑(tube stretch reducing process

26、) 在多機(jī)架的減徑機(jī)中對空心荒管進(jìn)行的不帶芯棒、帶張力的熱連軋工序，目的是獲得既減徑又減壁的成品管材。因此，在熱軋管機(jī)組后設(shè)置張力減徑機(jī)，既可提高產(chǎn)品產(chǎn)量又可擴(kuò)大產(chǎn)品規(guī)格范圍。張力減徑的總壁厚變化量在-30+10之間，這樣，完全可以用少數(shù)規(guī)格的管坯，通過張力減徑機(jī)生產(chǎn)規(guī)格眾多的管材。當(dāng)壁厚變化量很小時(shí)為微張力減徑。管材張力減徑生產(chǎn)的關(guān)鍵是軋輥轉(zhuǎn)速的設(shè)定。轉(zhuǎn)速的設(shè)定又直接同減徑量、減壁量、張力和軋輥工作直徑有關(guān)。張減機(jī)的單架減徑率dd取決于管子直徑和壁厚之比ds。當(dāng)ds為1020時(shí)，入口管徑小于100mm的鋼管，減徑率dd=79；150180mm的鋼管，dd6。張減機(jī)單架減壁率ss同張力直接相關(guān)

27、，最大減壁量就是最大張力值zmax(zmax=0.8)。根據(jù)金屬流動規(guī)律，減壁量又和減徑量有一定的關(guān)系，即ss=f(dd)這一關(guān)系雖不能精確定量，但對它們最大值之間的關(guān)系，諾曼(fneumann)、羅德爾(wrodder)和意大利因諾森蒂(innocenti)公司提出過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因諾森蒂公司的數(shù)據(jù)是：dd 80 70 60 50 40 30 ss 35.2 29.7 24.2 18.7 13.2 7.7張力減徑過程中的張力值在始軋機(jī)架、中間機(jī)架和終軋機(jī)架中都不相同，因而管壁厚度也有相應(yīng)的變化，即在始軋機(jī)架中張力開始建立時(shí)和終軋機(jī)架中張力消失時(shí)壁厚都有增加。張力值還同軋輥轉(zhuǎn)速有關(guān)，而管子從孔型中

28、軋出的速度又由軋輥的工作直徑?jīng)Q定。張力減徑機(jī)的結(jié)構(gòu)、類型和規(guī)格很多，工作機(jī)架一般是二輥式或三輥式的。三輥式張力減徑機(jī)的結(jié)構(gòu)雖比二輥式的復(fù)雜，但得到了發(fā)展，其優(yōu)點(diǎn)是：(1)增加了變形的均勻性，對提高管壁精度有利；(2)機(jī)架間距小，在理論輥徑相同的條件下比二輥式可減小機(jī)架間距1214，因此可降低切頭尾的金屬損耗；(3)所有機(jī)架的傳動軸均水平安裝，簡化了傳動機(jī)構(gòu)。傳動機(jī)構(gòu)單向配置有利于軋機(jī)維護(hù)和換輥方便。為了獲得大的傳動扭矩，采用各架單獨(dú)傳動的二輥張力減徑機(jī)。單獨(dú)傳動可保證輥速在大范圍內(nèi)調(diào)整，且減速機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，在高速軋管時(shí)(超過1012ms)操作比較可靠。單獨(dú)傳動的二輥張力減徑機(jī)減徑時(shí)，由于管頭咬入

29、或管尾拋出造成的尖峰力矩值，切頭切尾金屬損失大，采用電子計(jì)算機(jī)自動控制后可降低2040。新建張力減徑機(jī)的機(jī)架數(shù)目都有所增多，因?yàn)椋?1)把開始的張力升起機(jī)架增加到34架，把最后的張力降落機(jī)架增加到45架，都比傳統(tǒng)的多；(2)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，單機(jī)相對減徑量(一般在3.55)遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的?。?3)機(jī)架數(shù)目多，靈活性大，能適應(yīng)規(guī)格范圍寬的要求。管材無張力減徑 (tube non-stretch reducing process)在多機(jī)架的減徑機(jī)中對空心荒管進(jìn)行的不帶芯棒、不帶張力的連軋工序，目的是獲得小直徑的長管材，以擴(kuò)大產(chǎn)品規(guī)格和提高機(jī)組生產(chǎn)能力。無張力減徑機(jī)和縱軋定徑機(jī)(見管材定徑)相同，但減徑

30、機(jī)的機(jī)架數(shù)目多達(dá)1522架。減徑機(jī)軋制空心荒管的過程如圖1所示。管子喂入軋輥后與孔型側(cè)壁abcd四點(diǎn)接觸，之后產(chǎn)生壓扁變形。壓扁變形是指管子截面積不變化，僅形狀由圓變?yōu)闄E圓，屬于塑性彎曲。到管子與孔型壁相接觸時(shí)壓扁停止，減徑變形開始，直至管子離開變形區(qū)。無張力減徑機(jī)每架變形量較小，一般延伸系數(shù)不超過1.031.055。軋制薄壁管時(shí)變形過大會產(chǎn)生軋折缺陷。(圖2)經(jīng)無張力減徑后管壁要增厚，減徑前后的壁厚關(guān)系可用以下經(jīng)驗(yàn)公式確定：對于壁厚小于15mm的成品管s0=s1-0.0044(d0-d)對于壁厚大于15mm的成品管s0=s-(d0-d)/14.9 式中d0、d分別為減徑前后管子的直徑；s0、

31、s分別為減徑前后的壁厚。用上式求出的壁厚變化值含有平均值的意義，因?yàn)閷?shí)際壁厚變化沿孔型周邊的分布是不均勻的，如圖3所示。由圖3可見，增厚值以輥縫處(一截面)最大，孔型頂部(ii截面)最小，在45方向(一截面)次之。由于減徑機(jī)為連軋機(jī)，成品管最終的壁增厚由各架累積而成，累積后壁厚分布是45方向處壁厚最小。(見圖4)管材擠壓(extrusion of tube)用擠壓方法生產(chǎn)管材。擠壓管材的品種和規(guī)格達(dá)2500余種。在大型立式擠壓機(jī)上擠壓的鋁管最大外徑達(dá)1500mm的鋁管。在200mn臥式擠壓機(jī)上可獲得外徑小于或等于1000mm的管材。采用輪靴式擠壓機(jī)(見連續(xù)擠壓)可擠出5mmxo4mm的細(xì)管材。

32、擠壓方法 管材可采用正向擠壓、反向擠壓和聯(lián)合擠壓法生產(chǎn)，但聯(lián)合擠壓法目前較少應(yīng)用。在管材正向擠壓中，廣泛應(yīng)用的是空心錠一穿孔針法(圖a)、實(shí)心錠一穿孔針法(圖b)和實(shí)心錠焊合擠壓法(見組合模擠壓)?？招腻V正向擠壓時(shí)，由于被擠壓金屬同穿孔針之間存在摩擦力，減少了內(nèi)層金屬的超前流動，金屬流動比較均勻。此外，錠坯中心為穿孔針占據(jù)，不會產(chǎn)生擠壓縮尾。采用實(shí)心錠一穿孔針法時(shí)，穿孔過程分為4個(gè)階段。第1階段為準(zhǔn)備階段即填充階段，第2階段為開始穿孔階段，第3階段為劇烈穿孔階段，第4階段為穿透階段。針尖一旦進(jìn)入?？坠ぷ鲙В┛走^程即告結(jié)束。采用實(shí)心錠坯的穿孔擠壓具有如下優(yōu)點(diǎn)：工序少，周期短，幾何廢料少，成本較

33、低；金屬流動均勻，管材組織性能均勻，成品率高；產(chǎn)品內(nèi)外表面質(zhì)量好；穿孔針不需要潤滑；工模具設(shè)計(jì)和制造都比組合模擠壓簡單，使用壽命也較長。在管材生產(chǎn)中，穿孔擠壓仍存在較大的局限性，多用于擠壓管坯毛料和擠壓熔點(diǎn)較低的合金管材，且只適用于短錠、高溫、慢速擠壓工藝。在帶隨動針的小擠壓機(jī)上擠壓以及擠壓長管、大直徑管和異形薄壁管時(shí)，采用穿孔擠壓則相當(dāng)困難。采用焊合法擠壓管材時(shí)可用舌形模和平面組合模在各種型式的擠壓機(jī)上將實(shí)心錠坯擠壓成管材。由于組合模針短，牢固地固定于模子中間，采用焊合法可擠壓內(nèi)徑小、壁厚薄、精度高、內(nèi)表面質(zhì)量好的管材。然而此法只適用于在正常的擠壓溫度下易成形的金屬和合金，如工業(yè)純鋁、鋁-錳

34、及鋁-鎂-硅系合金，在某些情況下也可以擠壓鋁-鎂合金。擠壓工藝參數(shù) 包括擠壓溫度、擠壓速度和擠壓比。擠壓溫度隨合金不同而異。各種金屬和合金管材的擠壓溫度列于表1。擠壓速度取決于合金種類、最佳塑性溫度范圍、產(chǎn)品表面質(zhì)量、組織和性能、形狀和規(guī)格、錠坯種類和狀態(tài)、擠壓方法、變形程度、工具允許的壓力、擠壓機(jī)能力等。各種金屬和合金管材的金屬流出速度列于表2。管材生產(chǎn)的擠壓比一般都在較寬的范圍內(nèi)變化，主要取決于擠壓機(jī)能力、擠壓筒大小和合金種類等因素。厚壁鋁合金管的擠壓比應(yīng)大于8，但不宜過大，以保證所需的性能。采用焊合法擠壓時(shí)，擠壓比應(yīng)大于25。紫銅管的擠壓比為250左右；a黃銅的為60300，黃銅和(+)

35、黃銅的可達(dá)到700左右；青銅的擠壓比為50100；白銅的擠壓比大致為80。鈦及鈦合金管材的最大擠壓比為100。擠壓潤滑 在擠壓管材時(shí)對擠壓桿和穿孔針都要進(jìn)行潤滑。鉛管擠壓時(shí)用動物脂潤滑。擠壓鋁及鋁合金管的潤滑劑為汽缸油(7090)和片狀石墨(1025)混合物，還可添加1020的鉛丹或10左右的石墨粉。鎂及鎂合金、鋅及鋅合金管材擠壓時(shí)可用石墨和油的混合物潤滑。擠壓銅管一般用機(jī)油和石墨混合物作潤滑劑。擠壓鈦及鈦合金管時(shí)多采用玻璃潤滑劑潤滑。擠壓鋯管時(shí)常在錠外加上黃銅套筒作潤滑劑，以油-石墨混合物作輔助潤滑劑，也可在鹽浴中加熱錠坯后再涂一層玻璃膜。擠壓純鎳、低合金化鎳合金、鎳-鉻-鉬合金和鎳-銅-鐵

36、合金管時(shí)，在以玻璃潤滑劑潤滑之前，應(yīng)用硬脂酸和石墨混合物潤滑擠壓筒、擠壓模和擠壓桿。擠壓碳鋼管時(shí)用油-石墨-鹽混合物作潤滑劑，擠壓合金鋼管時(shí)則用玻璃作潤滑劑(見擠壓潤滑)。玻璃潤滑劑的使用方法有涂層法、玻璃粉滾粘法和玻璃布包覆法3種。涂層法是在錠坯上涂一層玻璃液體，或直接將錠坯浸入玻璃液體中。滾粘法是使錠坯沿著均勻撒有玻璃粉的傾斜工作面上滾過，使玻璃粉粘附于錠坯的側(cè)表面上。包覆法是將玻璃布包于熱錠坯上。這3種潤滑方法用于潤滑擠壓筒。擠壓模的潤滑方法是在模工作面與錠坯之間放置一只厚310mm、內(nèi)孔稍大于?？椎牟Ａ|。對穿孔針的潤滑可將玻璃布包覆在針的涂有瀝青的工作段上。坯料選擇也是擠壓管材時(shí)的一

37、個(gè)重要程序，其中包括錠坯種類的選擇、斷面尺寸的確定和擠壓前的預(yù)處理。反拉力拔管(back-puil tube drawing)在拔管模(見冷拔管工具)一側(cè)施加后張力的拔管過程(見管材冷軋冷拔)。反拉力拔管的特點(diǎn)是：(1)可減小拔管時(shí)作用在管子上的徑向壓力，以提高空拔時(shí)的變形量，增加薄壁管拔制的穩(wěn)定性；(2)減少摩擦力，延長工具壽命，改善管材表面質(zhì)量以及變形在橫截面上分布的均勻性，減小殘余應(yīng)力；(3)軸向張應(yīng)力的作用，有利于管壁減??；(4)有助于實(shí)現(xiàn)液體摩擦。實(shí)現(xiàn)反拉力拔管的方法有以下幾種：(1)雙模拔管，利用入口前模對后模中拔制的管子施加后張力(見圖)；(2)卷筒拔管，由給料卷筒施加反拉力，并

38、可調(diào)節(jié)反拉力大小；(3)直接在管料尾施加后拉力。此時(shí)如管體不動，用移動拔模的方法來實(shí)現(xiàn)拔制過程，則節(jié)能效果更好。二輥斜軋穿孔(two skew-roll piercing process)在由兩個(gè)同向旋轉(zhuǎn)且輥軸交叉傾斜的軋輥、兩塊導(dǎo)板(或?qū)ПP)以及頂頭構(gòu)成的孔型中把實(shí)心管坯穿軋成空心毛管的工序(見管坯穿孔)。1884年由德國曼內(nèi)斯曼(rmmannesmann)兄弟發(fā)明。他們在鍛道圓坯的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，圓坯在邊旋轉(zhuǎn)邊壓縮的過程中，中心會出現(xiàn)破裂，形成不規(guī)則的小孔孔腔(cavity)，由此得到啟發(fā)，設(shè)想用二輥斜軋法來生產(chǎn)無縫管。開始采取無頂頭斜軋，獲得的管子內(nèi)孔很小且很粗糙，不能應(yīng)用，后來改為加頂頭斜

39、軋獲得了成功。后人又對導(dǎo)向工具、軋輥形狀和數(shù)量等做了改進(jìn)，相繼出現(xiàn)了帶導(dǎo)盤的二輥斜軋穿孔、三輥斜軋穿孔、菌式穿孔機(jī)穿孔以及盤式穿孔機(jī)穿孔等。二輥斜軋穿孔機(jī)的變形區(qū)大致可分為4個(gè)區(qū)域(見圖)。i區(qū)主要作用是為穿孔做準(zhǔn)備和順利地實(shí)現(xiàn)一、二次咬入(見斜軋穿孔原理)。由于軋輥入口錐表面有錐度，沿穿孔方向(軸向)前進(jìn)的管坯逐漸在徑向受壓縮，被壓縮部分的金屬一部分向橫向(導(dǎo)板方向)流動，使坯料斷面由圓形變成橢圓形，而表層金屬向軸向延伸，因此在坯料前端會形成一個(gè)喇叭口狀的凹陷，此凹陷和定心孔一起保證了穿孔時(shí)頂頭鼻部對準(zhǔn)坯料中心，以小毛管前端的壁厚不均。區(qū)為穿孔區(qū)。主要作用是穿孔，即使實(shí)心坯變成空心的毛管。該

40、區(qū)從金屬與頂頭相遇開始到與頂頭圓錐帶始端接觸為止，主要是壓縮壁厚，被壓縮的金屬向橫向和縱向流動，但橫向流動受到導(dǎo)板的限制，所以縱向延伸變形是主要的。在穿孔機(jī)上穿孔毛管可有很大的延伸系數(shù)，最大到5以上，這是斜軋穿孔的特點(diǎn)。區(qū)為展軋區(qū)。該區(qū)頂頭母線和軋輥母線近似平行，主要作用是展軋(均整)管壁，改善管壁的尺寸精度和內(nèi)外表面質(zhì)量。區(qū)為轉(zhuǎn)圓區(qū)。該區(qū)的作用是靠軋輥旋轉(zhuǎn)加工把橢圓形的軋件轉(zhuǎn)圓。該區(qū)長度很短，變形屬塑性彎曲變形。超薄壁管生產(chǎn)(production of ultrathin-wall tube)超薄壁管是指直徑與壁厚之比在100以上的管材。超薄壁管主要用作彈性元件波紋管的坯料或換熱管坯料等。它

41、的生產(chǎn)方法有冷軋、冷拔和旋壓等方法。軋制法一般生產(chǎn)率較高，尺寸精度高，表面質(zhì)量好，廣為采用。1954年蘇聯(lián)研制的多輥式冷軋管機(jī)適于軋制超薄壁管，在這種軋機(jī)上，可以軋制最小壁厚0.03mm的管材。在多輥冷軋管機(jī)上軋制超薄壁管的關(guān)鍵有3點(diǎn)：(1)減徑量不能過大，ld-30一般小于1mm，ld-15小于0.5mm；(2)軋輥開口角不能過大，否則會出現(xiàn)軋出的管子呈竹節(jié)狀；如果開口角過小，會出現(xiàn)棱面，影響管子精度；(3)軋制成品道次管材不能過硬，即在成品前道次應(yīng)該退火。用冷拔管法生產(chǎn)超薄壁管時(shí)，一般均采用超聲波振動(見超聲波振動拔管)，無超聲波振動拔管生產(chǎn)的管子直徑與壁厚之比不超過50，而帶超聲波振動時(shí)

42、可達(dá)500。工藝程序表編制(arrangement of technologicol procedure table)制定管材冷軋冷拔生產(chǎn)(見管材冷軋冷拔機(jī)組)的工藝流程及變形規(guī)程。在管材冷軋冷拔機(jī)組中，在產(chǎn)品投產(chǎn)以前必須對它的生產(chǎn)工藝流程、變形參數(shù)和加工設(shè)備選擇等有一個(gè)明確的規(guī)定，作為組織生產(chǎn)和進(jìn)行操作的依據(jù)，這項(xiàng)工作就是編制工藝程序表。根據(jù)所采用的冷加工方法，工藝程序表可分為拔制表(采用冷拔變形)和軋制表(采用冷軋變形)以及軋制和拔制表(采用冷軋冷拔兩種方式變形)，由于管材冷軋冷拔生產(chǎn)特點(diǎn)是多工序和循環(huán)性，而且品種很多，為了使生產(chǎn)能合理和有秩序地進(jìn)行，編制工藝程序表是很重要的。工藝程序表的

43、內(nèi)容包括有：管料尺寸，變形方式和道次，每道次的變形量及變形后管子尺寸，選用的加工設(shè)備、輔助工序和工模具類型等。編制工藝程序表時(shí)，除根據(jù)材料加工特性和管子技術(shù)條件外，還必須考慮具體的生產(chǎn)條件。各冷拔冷軋機(jī)組都有根據(jù)自己生產(chǎn)條件制定的工藝程序表，并且在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷地進(jìn)行修改和完善。冷加工方式的配置 按冷軋和冷拔使用情況，方式配置可有單一冷軋、單一冷拔和冷軋冷拔結(jié)合3種方案。(1)單一冷軋方案。和冷拔相比，冷軋變形時(shí)應(yīng)力狀態(tài)好，道次變形量大，可減少中間工序并縮短生產(chǎn)周期，能降低消耗和降低成本，適宜加工塑性差的高合金鋼管和難變形的有色金屬。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)力低，生產(chǎn)靈活性較小。(2)冷軋冷拔結(jié)合的方案。

44、是管材冷加工的合理方案，冷軋冷拔相結(jié)合可發(fā)揮冷軋變形量大和冷拔生產(chǎn)靈活的優(yōu)點(diǎn)，以減少工序、縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)力和擴(kuò)大品種。采用冷軋冷拔結(jié)合方案時(shí)，通常是管料先在冷軋機(jī)上軋到定壁或定壁前的某個(gè)道次，然后進(jìn)行拔制，直至成品道次。(3)單一冷拔方案。由于冷拔的道次變形量較小，變形道次多，中間工序多，生產(chǎn)周期長，金屬及輔助材料消耗大，單一冷拔方案不是最優(yōu)方案。但拔管機(jī)結(jié)構(gòu)比冷軋機(jī)簡單，投資少，操作容易掌握，工具的制造和更換方便，生產(chǎn)靈活性大，生產(chǎn)力也較高。故采用單一冷拔方案來加工碳鋼、低合金鋼管和一般有色金屬管在實(shí)際生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。管料尺寸的選擇 在冷加工管材生產(chǎn)中，管料的尺寸(直徑和壁厚)決

45、定著變形道次、成品管尺寸精度和表面質(zhì)量。在能保證成品管質(zhì)量的前提下盡可能選用接近成品尺寸的管料。管料的最小壁厚應(yīng)能保證管料和成品管的壁厚差(即總減壁量)能消除熱軋管表面的螺紋道、劃道等表面缺陷，改善壁厚不均，以獲得尺寸公差和表面質(zhì)量都符合要求的管材。在冷拔管生產(chǎn)中，冷拔的最小總減壁量一般取0.51mm。對成品管質(zhì)量(尺寸精度、表面質(zhì)量)要求高時(shí)也可以將總減壁量取大一些。在可供應(yīng)條件下，管料的直徑一般比成品管的直徑大520mm。主要是考慮減徑量與減壁量的關(guān)系，即變形時(shí)有一定的減壁量必定有相應(yīng)的減徑量，才能保證順利實(shí)現(xiàn)金屬變形。選擇冷軋管料與冷拔的原則基本相同，但在確定管料和中間管尺寸時(shí)則要考慮滿

46、足冷軋機(jī)孔型系統(tǒng)的要求。道次變形量的選擇即確定每個(gè)加工道次的變形程度(斷面壓縮率、延伸系數(shù))、減徑量和減壁量。在條件允許時(shí)，應(yīng)選取大的道次變形量，以減少加工道次。選擇冷軋管機(jī)道次變形量時(shí)要考慮軋機(jī)主要部件強(qiáng)度、材料塑性、對管材的質(zhì)量要求等。在實(shí)際生產(chǎn)中管材的尺寸精度、表面狀態(tài)以及工具的壽命等常成為限制道次變形量的因素。為了保證產(chǎn)量和質(zhì)量，成品道次的變形量應(yīng)取小一些。在多輥式冷軋管機(jī)上道次變形量(特別是減徑量)比二輥式冷軋管機(jī)的小。選擇冷拔機(jī)道次變形量的影響因素有：金屬的冷加工性能(包括金屬的強(qiáng)度和塑性)、管身強(qiáng)度(拔制時(shí)不能出現(xiàn)拔斷現(xiàn)象)、拔管機(jī)能力以及選用的拔制方式(見管材冷軋冷拔)和模具類

47、型(見冷拔管工具)。在選擇拔制道次變形量時(shí)還應(yīng)考慮的因素有：連拔道次(道次中間不經(jīng)熱處理)的多少，熱處理、酸洗、潤滑質(zhì)量的好壞。變形道次的確定 變形道次按下式確定：，式中為由管料加工到成品的總延伸系數(shù)，；f0為管料截面積；fk為成品管截面積；c為平均延伸系數(shù)。在采用軋拔結(jié)合方案時(shí)，可先根據(jù)機(jī)組中冷軋管機(jī)和冷拔管機(jī)的配置以及冷軋管機(jī)已有的孔型系統(tǒng)等具體條件，確定由冷軋轉(zhuǎn)為冷拔時(shí)中間管的尺寸，然后再分別計(jì)算冷軋和冷拔的道次，兩者之和即為總的變形道次。工藝程序表 表1為拔制25mmx2mm鍋爐管的拔制道次和各道變形量計(jì)算。表2為拔制力計(jì)算和拔管機(jī)選擇。表3為輔助工序和模具類型選擇。爆裂(bursti

48、ng)管材生產(chǎn)中穿透管壁的突發(fā)性縱向開裂，通常出現(xiàn)在空拔管中。因?yàn)榭瞻魏蠊懿耐獗砻娲嬖谳^大的切向拉伸殘余應(yīng)力(見管材冷拔變形原理)。管壁厚和氣溫低時(shí)發(fā)生空拔爆裂傾向更大。為防止縱裂缺陷，空拔時(shí)減徑量不能過大，連拔道次要少，拔后應(yīng)及時(shí)烘烤或退火。為防止鋼管爆裂也可采用滾模拔制。(見管材冷軋冷拔)管材斜軋延伸 (tube elongating process)用斜軋方式進(jìn)行的毛管軋制工藝。斜軋延伸分二輥斜軋延伸和三輥斜軋延伸兩類。主要在阿塞爾(assel)和特朗斯瓦爾(transval)三輥軋機(jī)以及狄舍爾(diescher)和改進(jìn)型狄舍爾(accu-roll)二輥軋機(jī)(見圖)上進(jìn)行。斜軋延伸所以獲

49、得發(fā)展是因?yàn)樗哂歇?dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如軋出的管子尺寸精度很高，設(shè)備和工藝過程簡單，能靠分散變形的積累而獲得大變形量等。在阿塞爾軋機(jī)上進(jìn)行的斜軋延伸主要用于軋制高n精度的厚壁管(d/s1112)，生產(chǎn)薄壁管則比較困難，原因是：由于變形孔型由3個(gè)軋輥構(gòu)成，密閉性差，軋制薄壁管尾端時(shí)容易出現(xiàn)尾三角。為了能在三輥延伸機(jī)上軋制薄壁管，發(fā)明了在軋制過程中可以回轉(zhuǎn)軋機(jī)牌坊的特朗斯瓦爾軋機(jī)。軋制尾端時(shí)利用回轉(zhuǎn)牌坊迅速將前進(jìn)角(軋輥軸線與軋制線問夾角)減小，一方面降低軋制速度，另一方面放大軋輥脊部內(nèi)接圓直徑，使尾端壁厚增加，提高管子穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)尾三角。也可在軋制即將結(jié)束時(shí)采取快開輥方式增加管端壁厚。采取這些措施后

50、d/s可達(dá)30，最小壁厚為2.5mm，但缺點(diǎn)是尾端切頭量增加。為此又發(fā)明了在線外預(yù)先減小毛管尾端壁厚后再進(jìn)行毛管延伸的方法，這樣既防止了尾三角出現(xiàn)，又減少了切尾端長度。在狄舍爾軋機(jī)上的斜軋延伸時(shí)，由兩個(gè)主動旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)盤作為導(dǎo)向工具，與長芯棒和桶形軋輥一起構(gòu)成變形區(qū)。導(dǎo)盤圓周速度大于管子軸向運(yùn)動速度，導(dǎo)盤給予金屬軸向拉力，有利于軋制薄壁管。改進(jìn)型狄舍爾軋機(jī)使用錐形軋輥和限動芯棒，由于軋輥軸向速度與軋件速度相一致，金屬變形更為合理。此外，中國北京科技大學(xué)研制成功一種拉力芯棒斜軋延伸機(jī)，軋管時(shí)芯棒軸向運(yùn)動速度大于管材軸向運(yùn)動速度，通過芯棒給予管材軸向拉力和用導(dǎo)板密封變形區(qū)可軋制內(nèi)表面粗糙度低的薄壁管。

51、定心(centering)熱軋無縫管時(shí)管坯穿孔前在管坯前端加工出一個(gè)淺圓孔的工序，目的是有利于穿孔時(shí)頂頭鼻部對準(zhǔn)管坯軸線，減少毛管的前端壁厚不均，同時(shí)改善二次咬入。(見斜軋穿孔原理)定心方法有兩種，即熱定心和冷定心。熱定心是指用壓縮空氣或液壓在熱狀態(tài)下沖孔(擠孔)。設(shè)備放置在穿孔機(jī)前臺處。這種方法生產(chǎn)效率高，設(shè)備簡單，同時(shí)由于沖頭(擠頭)形狀與頂頭鼻部形狀相適應(yīng)，能獲得良好的定心孔形狀冷定心是指在專門機(jī)床鉆孔。冷定心僅在生產(chǎn)高合金鋼和重要用途鋼管時(shí)采用。冷定心時(shí)如果鉆孔形狀不當(dāng)，穿孔時(shí)很容易產(chǎn)生定心內(nèi)折疊缺陷(見內(nèi)外折疊)。定心孔直徑一般取(015025)dz比(dz為坯料直徑)。定心孔深度由

52、定心目的而定，一般碳鋼管坯定心目的主要是為了減小毛管前端壁厚不均，因此深度取得淺。而高合金鋼管坯還要增加頂頭前壓縮量，因此取得深。頂頭(plug)熱軋無縫管時(shí)穿入管體內(nèi)部與軋輥一起使管材成形用的工具。工作時(shí)它和軋輥等工具共同構(gòu)成環(huán)形孔型，且軸向固定，用于熱軋管機(jī)組斜軋穿孔(見管坯穿孔)、二次延伸、自動軋管機(jī)軋管和管材均整。常用的頂頭形狀見圖。由于頂頭是在管內(nèi)參與軋制金屬的工具，承受著很大的熱負(fù)荷(如穿孔機(jī)頂頭局部溫度可達(dá)1300)和很大的力負(fù)荷(頂頭體積小，單位壓力很大)。頂頭在高溫高壓作用下很容易出現(xiàn)嚴(yán)重磨損、壓裂、形狀畸變等，從而惡化管子質(zhì)量。頂管變形原理(deformationt the

53、ory of push bench)有關(guān)頂管變形過程、運(yùn)動學(xué)、金屬流動和力參數(shù)等的基本理論。變形過程和運(yùn)動學(xué) 頂管時(shí)毛管在輥?zhàn)雍托景糁g因管壁逐漸壓薄(和外徑)而被延伸。輥?zhàn)邮遣粋鲃拥?，?shí)現(xiàn)金屬變形的動力來自頂桿的頂推力。輥式模架分三輥式和四輥式，其孔型配置上有的是帶平輥的模架(展軋模)和帶圓孔型的模架交替配置；有的是全部采用圓孔型或多角形孔型。頂管變形過程同時(shí)在幾個(gè)模架中進(jìn)行，因此類似于連軋過程。圖1為某頂管機(jī)展軋模和成型模架配置情況，以及各輥模架中頂推力和軋制力的分布情況。毛管同時(shí)在幾個(gè)模架中的連續(xù)變形決定于床身系數(shù)。床身系數(shù)是總的模架間距和所生產(chǎn)的荒管長度之比。床身系數(shù)愈小則同時(shí)參加變形

54、的模架數(shù)愈多。圖2為床身系數(shù)為1133的例子，由圖中可看出，同時(shí)參加變形的架數(shù)為6架。采用斜軋穿孔時(shí)毛管的長度增長，這就要求頂管技術(shù)更加完善，可以采用床身系數(shù)為1(甚至0.9)來操作，由于頂管時(shí)總延伸系數(shù)減少了，這是完全可能的。頂管可以軋制的最小壁厚，除與材料的塑性和變形抗力有關(guān)外，還和芯棒直徑有關(guān)，一般最小極限壁厚smin由下式確定：smin=0.03dm。式中以dm為芯棒直徑，mm。頂管時(shí)芯棒與管子的接觸摩擦力直接影響管子的變形。當(dāng)接觸摩擦力較大時(shí)，容易造成金屬進(jìn)入輥縫并產(chǎn)生很大的飛翅，如果摩擦力更大，則荒管將產(chǎn)生皺褶，使荒管卡在輥模中，且在出口處被拉斷。因此，為了使延伸順利進(jìn)行，芯棒狀況

55、具有決定意義，要求芯棒與管子之間的摩擦狀況盡可能均勻。頂管機(jī)的延伸系數(shù) 一般波動在715。各模架中的金屬流動速度變化較大。主動推進(jìn)的芯棒的運(yùn)動速度根據(jù)最后一個(gè)模架的金屬出口速度確定，而且是恒定的。輥?zhàn)邮潜粍有D(zhuǎn)的。這樣軋輥速度、芯棒速度和金屬流動速度是可以協(xié)調(diào)的，不會由于三者不一致而造成拉鋼和堆鋼現(xiàn)象。也不會由于芯棒速度的跌變和軋輥速度的變化而造成沿管子長度上壁厚和外徑的變化。管壁的成形 用輥式模頂管時(shí)管子周邊壁厚壓下量分布是不均勻的，如圖3所示。這是與用環(huán)形模的基本區(qū)別。為直接變形區(qū)。徑向應(yīng)力鞏作用于管子外層，其值等于輥?zhàn)由蠁挝粔毫β?。徑向?yīng)力一作用于管子內(nèi)層，其值等于芯棒上單位壓力加。z為

56、間接作用區(qū)，作用有縱向拉應(yīng)力01和切向應(yīng)力仉。啦為由于輥?zhàn)硬痪鶆驂合露a(chǎn)生的附加應(yīng)力。直接作用區(qū)和間接作用區(qū)的變形有顯著差別。間接作用區(qū)延伸量較小，而且管壁和芯棒之間有間隙，直接變形區(qū)的金屬將向間接變形區(qū)橫向流動寬展。因此，金屬由一個(gè)區(qū)域向另一個(gè)區(qū)域橫向流動的程度可用橫向變形率表示：=bk/b0等式中bk為頂后管子橫截面塑性變形區(qū)的寬度；b0為頂前管子橫截面塑性變形區(qū)的寬度。直接變形區(qū)處在三向壓應(yīng)力狀態(tài)，軸向壓應(yīng)力和切向壓應(yīng)力主要來自間接變形區(qū)；而間接變形區(qū)只有兩向應(yīng)力，即縱向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力。這些應(yīng)力都是直接變形區(qū)作用的結(jié)果。徑向應(yīng)力為零，是因?yàn)樵谶@一區(qū)域中管壁既不與輥?zhàn)咏佑|也不與芯棒接觸

57、。通過試驗(yàn)證明，單位壓力值比金屬屈服限要高得多。這是間接作用區(qū)拉應(yīng)力的反作用以及因管壁包芯棒產(chǎn)生的摩擦力所起作用的結(jié)果。還會產(chǎn)生管壁被撕破等缺陷(軋制高合金鋼時(shí))。杯底的金屬變形圖4為杯底變形的圖示。杯底端面變形后呈波浪形。杯底金屬變形過程可分為3個(gè)階段：第1階段。金屬向前(頂管方向)流動，造成杯底加厚。實(shí)驗(yàn)得出，經(jīng)過四道變形，杯底厚度約增加1220，而且原來杯底厚度愈大，則增加的百分比也愈大。這一階段金屬主要是延伸變形。第2階段。金屬側(cè)向?qū)捳购投瞬拷饘俜?。翻平現(xiàn)象即前端一部分金屬翻流到圓柱形表面上，翻上的寬度幾乎等于直徑的減徑量。寬展是內(nèi)外層金屬不均勻變形所致。外層金屬向后流動，而內(nèi)層金屬則趨于向前流動，因?yàn)榍岸耸亲杂啥耍鈱咏饘傧拗苾?nèi)層金屬延伸，從而迫使杯底中間部分金屬向側(cè)向?qū)捳?圖4區(qū))，杯底越厚則寬展量也越多。同時(shí)，頂推力和作用在管子上的壓力均有所增加。在圓孔型內(nèi)不易產(chǎn)生側(cè)向流動，這是因?yàn)楸字荛L均被孔型圓弧所包圍，金屬對于橫向?qū)捳梗@種孔型中主要是延伸變形第3階段。部分金屬沿著芯棒表面向后流動而形成管壁。管材溫拔 (warm drawing of tube)管材在溫加工溫度范圍內(nèi)(室溫以上，再結(jié)晶溫度以下)的拉拔，目的是減小拉拔時(shí)的應(yīng)力和拔制力，以增加道次變形量，強(qiáng)化變形過程，減少道次