5.4 其他熱加工厚壁鋼管的延伸方法

因坯料條件和穿孔機延伸能力的限制，造成穿孔后毛管在尺寸大小和精度上不能滿足用戶的使用要求，需對毛管進行進一步的加工，熱加工延伸無縫厚壁鋼管的方法很多，除了上述介紹的三種機型外，目前常用的還有以下幾種方法。

5.4.1 自動軋管機軋管

自動軋管機是瑞士人斯蒂芬爾于1903年發(fā)明的，1906年建立了第一套機組。上世紀80年代前它是熱軋無縫厚壁鋼管的主要方法之一。由于其軋制的管長、壁厚精度等的限制，現(xiàn)已逐步被連軋管機組所替代；目前我國自動軋管機組使用最好的是包頭的400機組，國外除前蘇聯(lián)及東歐一些自動軋管機組仍在發(fā)揮著作用外，其他大多已拆除。自動軋管機由主機、前臺和后臺三部分組成。主機是二輥不可逆式縱軋機，其特點是在工作輥后裝設(shè)了一對高速反向旋轉(zhuǎn)的回送輥，同時為滿足回送厚壁鋼管的需要，設(shè)有上工作輥和下回送輥快速升降機構(gòu)。工作輥上車有園孔型。由穿孔機和延伸機送來的毛管，在由園孔型和頂頭（圓錐形頭或球形頂頭）組成的環(huán)形孔型中軋制。通常軋制兩道次。每軋制一道次后，將上工作輥和下回送輥提升一定高度，利用回送輥將毛管送回前臺，然后將軋管恢復(fù)原工作位置，并將厚壁鋼管翻轉(zhuǎn)90°，再同一孔型中軋制第二道次。各道次的變形量大小靠兩道次頂頭直徑差來調(diào)節(jié)。軋后厚壁鋼管回送至前臺后橫移至均整機進行均整。其變形過程也是經(jīng)過壓扁、減徑和減壁三個階段。

自動軋管機的優(yōu)點是生產(chǎn)的規(guī)格調(diào)整靈活，就鋼種而言，適用范圍寬，可生產(chǎn)低、中炭鋼和低合金鋼、不銹鋼等；適于小批量、多品種生產(chǎn)。其缺點是變形能力差，兩個道次的總延伸只有2.5以下；壁厚不均勻，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)劃道，必須用均整機消除；荒管長度短，影響成材率的提高。生產(chǎn)效率低（軋制節(jié)奏慢，但重小）。

5.4.2 Accu-Roll軋管機軋管

Accu-Roll軋管機軋管是上世紀90年代初起步于我國煙臺魯寶、成都等地，當時曾喧囂一時，大有取代其他斜軋、連軋機組的勢頭，但后經(jīng)實踐檢驗，因其軋制的荒管長度較短使生產(chǎn)部分規(guī)格的3倍尺管受限制以及軋制薄壁管時荒管表面螺旋印較深影響厚壁鋼管外觀質(zhì)量，至今也只在我國生存，特別是近期一些民營企業(yè)新建了一批小型Accu-Roll軋管機組，目前尚未見到國外興建該類型軋管機的報道。該機型不適宜生產(chǎn)大中口徑的無縫厚壁鋼管。它實際是一種帶主動導(dǎo)盤的二輥臥式長芯棒斜軋機。

其軋機結(jié)構(gòu)上有以下特點：

兩個軋輥是錐形的。與錐形輥穿孔機一樣，既有喂入角還有輾軋角，使軋輥直徑順軋制方向逐漸增大，有利于減少滑動，促進金屬縱向延伸和減輕附加扭轉(zhuǎn)變形。

采用兩個大直徑的主動導(dǎo)盤。

采用限動芯棒操作方式。

采用無輥肩軋輥輥型，據(jù)介紹這樣克服了ASSEL因輥肩部分的減壁量集中，而降低軋輥壽命和均壁效果，從而提高荒管的壁厚精度。

5.4.3 頂管機頂管

頂管法生產(chǎn)無縫厚壁鋼管早在1892年由德國海因里希·艾哈德提出。初期的頂管機組的穿孔工藝分為由水壓穿孔法，用立式水壓機將放在模具中的鋼錠擠壓成帶杯底的毛管，而后用吊車取出毛管，放倒，將杯狀的毛管套在長芯棒上，頂推芯棒使杯狀毛管依次通過一組直徑遞減的環(huán)形模孔獲得減徑、減壁、延伸。變形的動力全部集中在頂桿尾部。頂管后需脫棒，然后切除杯底，特點是：生產(chǎn)率低，壁厚不均嚴重，厚壁鋼管的L/D受限制，目前僅用此方法生產(chǎn)大口徑（400～1400m的無縫厚壁鋼管）。另一種方法被稱為CPE法，是用斜軋穿孔法生產(chǎn)毛管，在將毛管一端進行縮口的方法為頂管機提供毛管。它可以提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，為頂管工藝生產(chǎn)小口徑無縫厚壁鋼管恢復(fù)了生命力。

頂管法的優(yōu)點是：

1）投資少，設(shè)備、工具簡單，生產(chǎn)成本低。

2）頂管機組延伸大，可達10～17。因而軋制同類產(chǎn)品頂管法所需的設(shè)備、工具數(shù)量可較少。

3）品種規(guī)格范圍寬。

缺點是壁厚精度不高，且內(nèi)外表面容易出現(xiàn)劃道缺陷。

5.4.4 擠壓厚壁鋼管

所謂擠壓法是指將金屬坯料置于由擠壓筒、擠壓模和擠壓桿組成的“封閉”容器內(nèi)，由擠壓桿施加壓力迫使金屬從擠壓模孔流出，而獲得金屬塑性成型的方法,這是一種歷史悠久的無縫厚壁鋼管制造方法。根據(jù)擠壓桿施力方向與金屬流動方向相對關(guān)系，擠壓法可分為正擠壓和反擠壓兩種。正擠壓施力方向與金屬流動方向一致，反擠壓相反。反擠壓具有擠壓力小、擠壓比大、擠壓速度快、可降低擠壓溫度、改善擠壓條件、容易實現(xiàn)等溫/等壓/等速擠壓、提高產(chǎn)品組織性能和尺寸精度、可減少擠壓結(jié)束時金屬壓余量，提高金屬收得率等優(yōu)點；但其操作相對不方便，且制品斷面尺寸受擠壓桿尺寸的限制。

金屬擠壓技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用已有百余年的歷史，但鋼的熱擠壓技術(shù)在生產(chǎn)中使用是在1941年“塞希”發(fā)明玻璃擠壓潤滑劑后才逐漸發(fā)展起來的，尤其是無氧化加熱、高速擠壓技術(shù)、模具材料的發(fā)展，以及張力減徑等技術(shù)的進步，使熱擠壓生產(chǎn)無縫厚壁鋼管更加經(jīng)濟合理，產(chǎn)量和質(zhì)量大大提高，品種范圍進一步拓寬，從而受到各國的重視。

目前用擠壓法生產(chǎn)厚壁鋼管的產(chǎn)品范圍一般為：外徑：18.4～340mm，最小壁厚可達2mm，長度為15m左右，小口徑管可以得到60m的厚壁鋼管。擠壓機的能力一般為2000～4000噸，最大達12000噸。

擠壓無縫厚壁鋼管生產(chǎn)與其他熱軋法相比具有以下優(yōu)點：

加工工序少，在產(chǎn)量相同的情況下可節(jié)省投資。

由于擠壓金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，因此可以生產(chǎn)很難或不可軋制、鍛造的材料，如鎳基合金。

由于擠壓時金屬變形量大（擠壓比大），同時在很短時間內(nèi)完成完全變形，使產(chǎn)品的組織均勻，性能好。

內(nèi)外表面缺陷少，幾何尺寸精度較高。

組織生產(chǎn)靈活，適合小批量、多品種生產(chǎn)。

可以生產(chǎn)復(fù)雜斷面的管材及雙金屬復(fù)合管材。

缺點為：

1) 對潤滑劑和加熱要求高，從而使生產(chǎn)成本增加。

2）以及工具壽命低、消耗量大，且價格昂貴。

3）成材率偏低，使產(chǎn)品競爭力下降。

5.4.5 周期軋管機（皮爾格軋管機）軋管

周期軋管機1990年投入工業(yè)生產(chǎn)，是單機架二輥式軋機，在軋輥上車有一個變斷面孔型，兩個軋輥反向旋轉(zhuǎn)，毛管逆軋輥轉(zhuǎn)向喂入。軋輥轉(zhuǎn)動一周軋輥推出毛管，使毛管在孔型內(nèi)受到減徑、減壁、精軋而完成一段毛管的軋制。然后毛管再次喂入軋制，一支毛管需在孔型中循環(huán)往復(fù)多次，才能完成整個軋制過程，故稱為周期式軋管機，又稱皮爾格軋管機。采用變斷面的軋輥孔型對管材進行周期性的加工，并配合管料的喂入和回轉(zhuǎn)操作，使管壁受到多次積累變形，獲得較大的減壁量和延伸率。

這種生產(chǎn)方式的特點是：

1）較適合于厚壁管的生產(chǎn)，其壁厚可達60～120mm；

2) 加工的鋼種范圍較寬，由于其變形方式是鍛軋結(jié)合，可以生產(chǎn)低塑性難變形金屬的管材，且厚壁鋼管的機械性能優(yōu)異。

3）軋出的厚壁鋼管長度大，可達35m。

4）軋機生產(chǎn)率低，一般為60～80％，因而產(chǎn)量低；因此一臺穿孔機需配備兩臺周期軋管機才能平衡。

5）尾部不能加工，造成較大切損，成材率低。

6）表面質(zhì)量差，壁厚不均嚴重。

7）工具消耗大，一般為9～35kg/t。

5.4.6 熱擴厚壁鋼管

熱軋無縫厚壁鋼管機組生產(chǎn)的最大成品厚壁鋼管外徑，自動軋管機組小于530mm；連軋管機組小于460mm；大型皮爾格小于660mm。當需要更大直徑的厚壁鋼管時，除了使用頂管方法、擠壓方法外，則可采用厚壁鋼管熱擴徑方法，這種方法目前可生產(chǎn)的最大無縫厚壁鋼管外徑達1500mm的薄壁管。

厚壁鋼管熱擴徑有斜軋式、拉拔式和推進式三種方法，這三種方法先后起步于上世紀30年代，斜軋式和拉拔式需對厚壁鋼管整體加熱后才能進行變形加工，而推進式不需要加熱整根厚壁鋼管。

斜軋擴徑機：

斜軋擴徑工藝流程為：經(jīng)加熱后的管料運往斜軋擴徑機擴徑。斜軋擴徑機由兩個形狀相同的軋輥組成。兩個軋輥軸線分別與軋制線成30°角，兩個軋輥分別由電機單獨驅(qū)動，作同向旋轉(zhuǎn)。擴徑變形區(qū)內(nèi)有頂頭參與變形，厚壁鋼管在變形區(qū)內(nèi)作螺旋運動，管壁經(jīng)軋輥與頂頭輾軋，而使擴徑擴大，壁厚變薄，頂頭的軸向力由頂桿承受，其頂桿既可布置在入口側(cè)也可以安裝在出口測。

斜軋擴徑可生產(chǎn)壁厚為6～30mm，最大外徑710mm的厚壁鋼管。其缺點是厚壁鋼管內(nèi)外表面存在殘留的螺旋狀痕跡，使表面質(zhì)量降低，為此必須曾設(shè)均整機和定徑機。這種擴徑機設(shè)備龐大、投資費用高，且品種受到一定的限制，不能生產(chǎn)厚壁管。

拉拔式擴徑機

拉拔式擴徑是一種生產(chǎn)能力較低的生產(chǎn)方式，但由于其設(shè)備和加工簡單，易于機械化操作，目前還在應(yīng)用。拉拔式擴徑機既可冷拔也可熱拔擴徑，當擴徑量不大和要求改善厚壁鋼管的物理和機械性能及尺寸精度時，可采用冷拔擴徑。厚壁鋼管熱拔擴徑工藝流程為：管料加熱、管端擴口、擴拔管、矯直、切頭尾、檢驗。每加熱一次的擴徑率為60～70％，最大可生產(chǎn)直徑750mm的厚壁鋼管。

拉拔式熱擴徑的主要工作原理是：通過一組（一般1～4個）直徑逐漸增大的頂頭，插入并通過厚壁鋼管內(nèi)孔全長，使厚壁鋼管直徑擴大，壁厚減薄，長度略有縮短。

拉拔式擴徑機主要工具有擴口頂頭、擴管頂頭和頂桿。優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作方便，易于掌握；產(chǎn)品品種、規(guī)格范圍寬，還可生產(chǎn)矩形等異形厚壁鋼管。缺點是生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)率低，工具和金屬消耗大。

推進式擴徑機

推進式擴徑機工作原理是將原料厚壁鋼管置于中頻感應(yīng)線圈中，在經(jīng)過中頻感應(yīng)加熱后，靠液壓缸活塞或卷揚機的推頭運動，推動厚壁鋼管尾部使鋼從管頭開始依次經(jīng)過軸向固定的錐形芯棒，以達到擴經(jīng)的目的；當厚壁鋼管尾部被推進芯棒時，再在其后加入一支新的待加工的厚壁鋼管，推頭返回后繼續(xù)推這支新厚壁鋼管的尾部，新厚壁鋼管的頭部將前一支厚壁鋼管的尾部推過芯棒，從而完成一支厚壁鋼管的擴經(jīng)。由于僅加熱變形區(qū)段的厚壁鋼管，變形后的厚壁鋼管易彎曲，同時其擴徑管材的壁厚和長度受到限制，推進式擴徑機的優(yōu)點是金屬收得率高，設(shè)備簡單，能耗低，缺點是厚壁鋼管在長度方向上的性能一致性稍差，生產(chǎn)效率低。因其投資少，故近期在我國華北地區(qū)新建了許多套。頂推擴徑目前可生產(chǎn)壁厚為6～30mm，最大外徑860mm的厚壁鋼管。

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