5.4 其他热加工厚壁钢管的延伸方法

因坯料条件和穿孔机延伸能力的限制，造成穿孔后毛管在尺寸大小和精度上不能满足用户的使用要求，需对毛管进行进一步的加工，热加工延伸无缝厚壁钢管的方法很多，除了上述介绍的三种机型外，目前常用的还有以下几种方法。

5.4.1 自动轧管机轧管

自动轧管机是瑞士人斯蒂芬尔于1903年发明的，1906年建立了第一套机组。上世纪80年代前它是热轧无缝厚壁钢管的主要方法之一。由于其轧制的管长、壁厚精度等的限制，现已逐步被连轧管机组所替代；目前我国自动轧管机组使用最好的是包头的400机组，国外除前苏联及东欧一些自动轧管机组仍在发挥着作用外，其他大多已拆除。自动轧管机由主机、前台和后台三部分组成。主机是二辊不可逆式纵轧机，其特点是在工作辊后装设了一对高速反向旋转的回送辊，同时为满足回送厚壁钢管的需要，设有上工作辊和下回送辊快速升降机构。工作辊上车有园孔型。由穿孔机和延伸机送来的毛管，在由园孔型和顶头（圆锥形头或球形顶头）组成的环形孔型中轧制。通常轧制两道次。每轧制一道次后，将上工作辊和下回送辊提升一定高度，利用回送辊将毛管送回前台，然后将轧管恢复原工作位置，并将厚壁钢管翻转90°，再同一孔型中轧制第二道次。各道次的变形量大小靠两道次顶头直径差来调节。轧后厚壁钢管回送至前台后横移至均整机进行均整。其变形过程也是经过压扁、减径和减壁三个阶段。

自动轧管机的优点是生产的规格调整灵活，就钢种而言，适用范围宽，可生产低、中炭钢和低合金钢、不锈钢等；适于小批量、多品种生产。其缺点是变形能力差，两个道次的总延伸只有2.5以下；壁厚不均匀，经常出现内划道，必须用均整机消除；荒管长度短，影响成材率的提高。生产效率低（轧制节奏慢，但重小）。

5.4.2 Accu-Roll轧管机轧管

Accu-Roll轧管机轧管是上世纪90年代初起步于我国烟台鲁宝、成都等地，当时曾喧嚣一时，大有取代其他斜轧、连轧机组的势头，但后经实践检验，因其轧制的荒管长度较短使生产部分规格的3倍尺管受限制以及轧制薄壁管时荒管表面螺旋印较深影响厚壁钢管外观质量，至今也只在我国生存，特别是近期一些民营企业新建了一批小型Accu-Roll轧管机组，目前尚未见到国外兴建该类型轧管机的报道。该机型不适宜生产大中口径的无缝厚壁钢管。它实际是一种带主动导盘的二辊卧式长芯棒斜轧机。

其轧机结构上有以下特点：

两个轧辊是锥形的。与锥形辊穿孔机一样，既有喂入角还有辗轧角，使轧辊直径顺轧制方向逐渐增大，有利于减少滑动，促进金属纵向延伸和减轻附加扭转变形。

采用两个大直径的主动导盘。

采用限动芯棒操作方式。

采用无辊肩轧辊辊型，据介绍这样克服了ASSEL因辊肩部分的减壁量集中，而降低轧辊寿命和均壁效果，从而提高荒管的壁厚精度。

5.4.3 顶管机顶管

顶管法生产无缝厚壁钢管早在1892年由德国海因里希·艾哈德提出。初期的顶管机组的穿孔工艺分为由水压穿孔法，用立式水压机将放在模具中的钢锭挤压成带杯底的毛管，而后用吊车取出毛管，放倒，将杯状的毛管套在长芯棒上，顶推芯棒使杯状毛管依次通过一组直径递减的环形模孔获得减径、减壁、延伸。变形的动力全部集中在顶杆尾部。顶管后需脱棒，然后切除杯底，特点是：生产率低，壁厚不均严重，厚壁钢管的L/D受限制，目前仅用此方法生产大口径（400～1400m的无缝厚壁钢管）。另一种方法被称为CPE法，是用斜轧穿孔法生产毛管，在将毛管一端进行缩口的方法为顶管机提供毛管。它可以提高产量和产品质量，为顶管工艺生产小口径无缝厚壁钢管恢复了生命力。

顶管法的优点是：

1）投资少，设备、工具简单，生产成本低。

2）顶管机组延伸大，可达10～17。因而轧制同类产品顶管法所需的设备、工具数量可较少。

3）品种规格范围宽。

缺点是壁厚精度不高，且内外表面容易出现划道缺陷。

5.4.4 挤压厚壁钢管

所谓挤压法是指将金属坯料置于由挤压筒、挤压模和挤压杆组成的“封闭”容器内，由挤压杆施加压力迫使金属从挤压模孔流出，而获得金属塑性成型的方法,这是一种历史悠久的无缝厚壁钢管制造方法。根据挤压杆施力方向与金属流动方向相对关系，挤压法可分为正挤压和反挤压两种。正挤压施力方向与金属流动方向一致，反挤压相反。反挤压具有挤压力小、挤压比大、挤压速度快、可降低挤压温度、改善挤压条件、容易实现等温/等压/等速挤压、提高产品组织性能和尺寸精度、可减少挤压结束时金属压余量，提高金属收得率等优点；但其操作相对不方便，且制品断面尺寸受挤压杆尺寸的限制。

金属挤压技术在工业中的应用已有百余年的历史，但钢的热挤压技术在生产中使用是在1941年“塞希”发明玻璃挤压润滑剂后才逐渐发展起来的，尤其是无氧化加热、高速挤压技术、模具材料的发展，以及张力减径等技术的进步，使热挤压生产无缝厚壁钢管更加经济合理，产量和质量大大提高，品种范围进一步拓宽，从而受到各国的重视。

目前用挤压法生产厚壁钢管的产品范围一般为：外径：18.4～340mm，最小壁厚可达2mm，长度为15m左右，小口径管可以得到60m的厚壁钢管。挤压机的能力一般为2000～4000吨，最大达12000吨。

挤压无缝厚壁钢管生产与其他热轧法相比具有以下优点：

加工工序少，在产量相同的情况下可节省投资。

由于挤压金属处于三向压应力状态，因此可以生产很难或不可轧制、锻造的材料，如镍基合金。

由于挤压时金属变形量大（挤压比大），同时在很短时间内完成完全变形，使产品的组织均匀，性能好。

内外表面缺陷少，几何尺寸精度较高。

组织生产灵活，适合小批量、多品种生产。

可以生产复杂断面的管材及双金属复合管材。

缺点为：

1) 对润滑剂和加热要求高，从而使生产成本增加。

2）以及工具寿命低、消耗量大，且价格昂贵。

3）成材率偏低，使产品竞争力下降。

5.4.5 周期轧管机（皮尔格轧管机）轧管

周期轧管机1990年投入工业生产，是单机架二辊式轧机，在轧辊上车有一个变断面孔型，两个轧辊反向旋转，毛管逆轧辊转向喂入。轧辊转动一周轧辊推出毛管，使毛管在孔型内受到减径、减壁、精轧而完成一段毛管的轧制。然后毛管再次喂入轧制，一支毛管需在孔型中循环往复多次，才能完成整个轧制过程，故称为周期式轧管机，又称皮尔格轧管机。采用变断面的轧辊孔型对管材进行周期性的加工，并配合管料的喂入和回转操作，使管壁受到多次积累变形，获得较大的减壁量和延伸率。

这种生产方式的特点是：

1）较适合于厚壁管的生产，其壁厚可达60～120mm；

2) 加工的钢种范围较宽，由于其变形方式是锻轧结合，可以生产低塑性难变形金属的管材，且厚壁钢管的机械性能优异。

3）轧出的厚壁钢管长度大，可达35m。

4）轧机生产率低，一般为60～80％，因而产量低；因此一台穿孔机需配备两台周期轧管机才能平衡。

5）尾部不能加工，造成较大切损，成材率低。

6）表面质量差，壁厚不均严重。

7）工具消耗大，一般为9～35kg/t。

5.4.6 热扩厚壁钢管

热轧无缝厚壁钢管机组生产的最大成品厚壁钢管外径，自动轧管机组小于530mm；连轧管机组小于460mm；大型皮尔格小于660mm。当需要更大直径的厚壁钢管时，除了使用顶管方法、挤压方法外，则可采用厚壁钢管热扩径方法，这种方法目前可生产的最大无缝厚壁钢管外径达1500mm的薄壁管。

厚壁钢管热扩径有斜轧式、拉拔式和推进式三种方法，这三种方法先后起步于上世纪30年代，斜轧式和拉拔式需对厚壁钢管整体加热后才能进行变形加工，而推进式不需要加热整根厚壁钢管。

斜轧扩径机：

斜轧扩径工艺流程为：经加热后的管料运往斜轧扩径机扩径。斜轧扩径机由两个形状相同的轧辊组成。两个轧辊轴线分别与轧制线成30°角，两个轧辊分别由电机单独驱动，作同向旋转。扩径变形区内有顶头参与变形，厚壁钢管在变形区内作螺旋运动，管壁经轧辊与顶头辗轧，而使扩径扩大，壁厚变薄，顶头的轴向力由顶杆承受，其顶杆既可布置在入口侧也可以安装在出口测。

斜轧扩径可生产壁厚为6～30mm，最大外径710mm的厚壁钢管。其缺点是厚壁钢管内外表面存在残留的螺旋状痕迹，使表面质量降低，为此必须曾设均整机和定径机。这种扩径机设备庞大、投资费用高，且品种受到一定的限制，不能生产厚壁管。

拉拔式扩径机

拉拔式扩径是一种生产能力较低的生产方式，但由于其设备和加工简单，易于机械化操作，目前还在应用。拉拔式扩径机既可冷拔也可热拔扩径，当扩径量不大和要求改善厚壁钢管的物理和机械性能及尺寸精度时，可采用冷拔扩径。厚壁钢管热拔扩径工艺流程为：管料加热、管端扩口、扩拔管、矫直、切头尾、检验。每加热一次的扩径率为60～70％，最大可生产直径750mm的厚壁钢管。

拉拔式热扩径的主要工作原理是：通过一组（一般1～4个）直径逐渐增大的顶头，插入并通过厚壁钢管内孔全长，使厚壁钢管直径扩大，壁厚减薄，长度略有缩短。

拉拔式扩径机主要工具有扩口顶头、扩管顶头和顶杆。优点是设备简单，操作方便，易于掌握；产品品种、规格范围宽，还可生产矩形等异形厚壁钢管。缺点是生产周期长，生产率低，工具和金属消耗大。

推进式扩径机

推进式扩径机工作原理是将原料厚壁钢管置于中频感应线圈中，在经过中频感应加热后，靠液压缸活塞或卷扬机的推头运动，推动厚壁钢管尾部使钢从管头开始依次经过轴向固定的锥形芯棒，以达到扩经的目的；当厚壁钢管尾部被推进芯棒时，再在其后加入一支新的待加工的厚壁钢管，推头返回后继续推这支新厚壁钢管的尾部，新厚壁钢管的头部将前一支厚壁钢管的尾部推过芯棒，从而完成一支厚壁钢管的扩经。由于仅加热变形区段的厚壁钢管，变形后的厚壁钢管易弯曲，同时其扩径管材的壁厚和长度受到限制，推进式扩径机的优点是金属收得率高，设备简单，能耗低，缺点是厚壁钢管在长度方向上的性能一致性稍差，生产效率低。因其投资少，故近期在我国华北地区新建了许多套。顶推扩径目前可生产壁厚为6～30mm，最大外径860mm的厚壁钢管。

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