无缝钢管的热轧工艺

无缝钢管1.无缝钢管的制造加工方法：（1）热轧（挤压无缝钢管）：圆管坯→加热→穿孔→三辊斜轧、连轧或挤压→脱管→定径（或减径）→冷却→矫直→水压试验（或探伤）→标记→入库（2）冷拔（轧）无缝钢管：圆管坯→加热→穿孔→打头→退火→酸洗→涂油（镀铜）→多道次冷拔（冷轧）→坯管→热处理→矫直→水压试验（探伤）→标记→入库2.热轧（1）热轧的概念: 热轧（hot rolling）是相对于冷轧而言的，冷轧是在再结晶温度以下进行的轧制，而热轧就是在再结晶温度以上进行的轧制。

(2)热轧的优缺点优点：a.热轧能显著降低能耗，降低成本。

热轧时金属塑性高，变形抗力低，大大减少了金属变形的能量消耗。

b.热轧能改善金属及合金的加工工艺性能，即将铸造状态的粗大晶粒破碎，显著裂纹愈合，减少或消除铸造缺陷，将铸态组织转变为变形组织，提高合金的加工性能。

c.热轧通常采用大铸锭，大压下量轧制，不仅提高了生产效率，而且为提高轧制速度、实现轧制过程的连续化和自动化创造了条件。

缺点：a.经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层（夹层）现象。

分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。

焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多。

b.不均匀冷却造成的残余应力。

残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应力，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。

残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。

如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。

c.热轧不能非常精确地控制产品所需的力学性能，热轧制品的组织和性能不能够均匀。

其强度指标低于冷作硬化制品，而高于完全退火制品;塑性指标高于冷作硬化制品，而低于完全退火制品。

d.热轧产品厚度尺寸较难控制，控制精度相对较差;热轧制品的表面较冷轧制品粗糙Ra值一般在0.5～1.5μm。

因此，热轧产品一般多作为冷轧加工的坯料。

3.轧机简介在带钢热轧机上生产厚度为1.2～8mm成卷热轧带钢的工艺。

带钢宽度600mm 以下称为窄带钢；超过600mm的称为宽带钢。

第一台带钢热连轧机于1905年在美国投产，生产宽200mm的带钢。

带钢热轧机的技术经济指标优越，发展很快。

在工业发达国家，1950年以前热轧宽带钢的产量约占钢材总产量的25%,70年代已达50%左右。

热轧带钢的原料是连铸板坯或初轧板坯，厚度为130～300mm。

板坯在加热炉中加热后,送到轧机上轧成厚1.00～25.4mm的带钢，并卷成钢卷。

轧制的钢种有普通碳钢、低合金钢、不锈钢和硅钢等。

其主要用途是作冷轧带钢、焊管、冷弯和焊接型钢的原料；或用于制作各种结构件、容器等。

轧机组成：带钢热轧机由粗轧机和精轧机组成。

粗轧机组分半连续式、3/4连续式和全连续式三种:①半连续式有一台破鳞（去掉氧化铁皮）机架和1台带有立辊的可逆式机架；②3/4连续式则除上述机架外，还有2台串列连续布置机架；③全连续式由6～7台机架组成。

精轧机组均由5～7台连续布置的机架和卷取机组成。

带钢热轧机按轧辊辊身长度命名,辊身长度在914mm以上的称为宽带钢轧机。

精轧机工作辊辊身长度为1700mm的，称为1700mm带钢热轧机，这种轧机能生产1550mm宽的带钢卷。

带钢热轧按产品宽度和生产工艺有四种方式：宽带钢热连轧、宽带钢可逆式热轧、窄带钢热连轧以及用行星轧机热轧带钢。

4.减径机的工艺原理及主要问题在无缝钢管生产的三大机组——穿孔机组、轧管机组、定减径机组中，人们一直十分关注轧管机的研究，先后开发出自动轧管机组、顶管机组、新型顶管机组（CPE）、三辊轧管机组、连轧管机组（包括浮动芯棒MM、限动芯棒MPM 和半浮动芯棒连轧管机组等）、AccuRoll轧管机组、改进型三辊轧管机组。

但对于穿孔机组，仅在20世纪80年代初才提出菌式穿孔机。

而定减径机一直使用二辊式和三辊式，直到20世纪90年代初才提出三辊可调式定径机技术。

新型三辊可调式定径机技术是为满足现代钢管生产高效、优质、低耗的要求而开发的，它的开发成功也为无缝钢管的生产注入新的活力。

张力减径机技术的发展张减工艺主要特点是边连续多机架二辊或三辊无芯棒纵轧，采用适当的孔型系使毛管外径减缩，通过机架系列中轧辊速比的调节获得预定的壁厚变化。

20世纪40年代无缝管机组被美国和西欧所用，这时的张减机都是二辊式，到了20世纪50年代，西德曼乃斯曼公司成功地奕用了三辊式张力减径机，从而代替了二辊式。

张力减径机的作用定径的目的是在较小的总减径率和小的单机减径率条件下，将钢管轧成一定要求的尺寸精度和真圆度，并进一步提高钢管外表面质量。

经过定径后的钢管，直径偏差较小，椭圆度较小，直度较好，表面光洁。

定径机工作机架数目较少，一般为3--12架总减径率约为3%到7%，增加定径机架数可扩大产品规格，给生产带来方便，新设计车间定径机架数一般都较多。

直径小于60mm的钢管，很难由轧管机轧成，而需要经过减径工序。

静静除具有定径相同的作用外，还要求有较大的减径率，以实现大管料生产小口径钢管的目的，也可用来生产异型管。

减径机的机架数一般较多，一般为5到24架。

减径机有两种形式：（1）一般微张力减径机，作用就是减缩管径，生产机组不能轧制或加工起来很不经济的规格；（2）张力减径机，作用不但减缩管径的外径，而且可以减小钢管的壁厚，既减径又减壁，使机组产品进一步扩大；并可适当加大来料的重量，提高减径率轧制更长的产品。

4.1张力减径机的形式定径机的形式很多，按辊数可分为二辊、三辊、四辊式定径机；按轧制方式分为纵轧定径机和斜轧定径机。

斜轧定径机一般多配在三辊斜轧管机组中。

斜轧回转定径机的构造与二辊或三辊斜轧穿孔机相似，只是辊型不同。

与纵轧定径相比，斜轧定径的钢管外径精度高，椭圆度小，更换规格品种方便，不需要换辊，只要调整轧辊间距即可；缺点是生产率低。

减径机的形式很多，按辊数可分为二辊、三辊、四辊式减径机。

按机架张力大小可分为两种形式：（1）微张力减径机，减径过程中壁厚增加，横截面上的壁厚均匀性恶化，所以总减径率限制在40%到50%；（2）张力减径机，减径时机架间存在张力，使得缩径的同时减壁，进一步扩大生产产品的规格范围，横截面壁厚均匀性也比同样减径率下的微张力减径效果好。

总减径率最大可达75%到80%,减壁量一般可达35%到40%，总延伸系数可达9以上，机架数一般可达14机架。

钢管定径、减径的工艺原理（1）压扁，开始咬入时由于孔型形状与毛管横剖面不相适应造成局部点接触，压扁便首先在此开始，特点是只有断面形状的变化，周长、薄厚无变化，无延伸。

（2）减径，随着压扁的发展孔型壁与轧件接触面不断增加，至一定程度后在径向接触应力作用下开始减径。

特点是平均直径减小，毛管出现延伸，壁厚有所增减。

因为孔型开口处金属沿径向流动的阻力较小，这里的壁厚较槽底为大，开始出现横剖面上的壁厚不均。

对于张力减径，不但减径，而且减壁，大大延伸。

4.21张力减径的优点、缺点张力减径的优点：（1）可以大大地减少减径前的钢管规格，提高轧管机组生产效率。

轧管机组只生产少数规格，而经张力减径后可以得到各种规格的成品钢管。

（2）可以减少前部工序生产工具的数量、提高机组作业率。

由于管坯和荒管规格的减少，工具、备品备件和更换时间大大减少，生产更加稳定，从而增加了作业时间。

（3）可以扩大品种规格。

减径量高达80%，减壁量达45%，通过张力减径可以直接生产小口径无缝钢管。

（4）张力减径的延伸系数为6--9，可以生产长达165m的钢管。

张力减径的缺点：张力减径的缺点是张力减径轧制中，钢管中间部分的管壁受到张力作用而减壁，头尾两端的管壁由于受不到张力或受到的张力由小变大，出现增厚段，这增厚部分超过公差，需切掉，增加了头尾的损失，所以要求一般进入张力减径机的管子来料长度要足够长，在经济上才合理。

管理计算机和过程控制机的投入使用，使张力减径机管端增厚控制CEC得以实现，这样能在更大程度上满足工艺的要求，为张力减径生产的高产、优质、低消耗开阔了更加广阔的前景。

在广泛应用的连轧管机后面配置一台张力减径机作为成型机组，即可满足连轧管机的产量要求，又可解决产品规格的要求，这样用一种或两种连轧毛管即可生产出几百种不同规格的热轧管。

这标志着钢管生产的最新发展方向，使无缝钢管生产实现大型化、高速化和连续化。

张力减径机已经在几乎各类轧管机组和中小型焊管机组上得到广泛的应用。

4.2：三辊定径、减径机减径与二辊定径减径机相比（1）机架间距；三辊式定径减径机机架间距比二辊式定径、减径机间距小，但机械结构复杂。

（2）单机架变形量；与二辊定径、减径机相比，三辊式定径、减径机每个轧辊轧制变形量小，管端增厚长度小、切头切尾量少、金属损耗少。

（3）钢管质量：三辊式比二棍式定径、减径机轧辊孔型周边的速度差小，从而减少轧辊与钢管的相对滑动，轧辊较小。

沿周向每个轧辊型与钢管接触弧长较小，这使周向上所受的变形力比较均匀，金属变形时的流动趋于均匀，从而可以减少横向壁厚的不均匀程度。

三辊式定径、减径机与二辊式定径、减径机相比，生产的钢管外径圆度较好。

（4）机架布置：三辊式定径、减径机轧辊交叉60°，使轧机结构简化，便于布置。

（5）张力的建立：三辊式定径、减径机轧辊数目多，则轧制时对钢管的曳入性能较好，可在较短的咬入钢管长度上建立足够的张力。

（6）可调整性：二辊式定径、减径机容易实现在线孔型尺寸的调整，以满足标准、规范对外径偏差的要求，而三辊式定径、减径机一般不能实现在线孔型尺寸的调整。

现在广泛采用的是三辊式径、减径机。

4.3：张力径机的孔型在张减孔型设计时，主要考虑的因素是不要产生容易出现的几种轧制缺陷，即内多边形，壁厚不均，外表面纵向轧痕及外表面折叠，根据经验，一般认为轧制缺陷支下面趋势有关随着壁厚/直径比（s/d），总减径率P∑孔型椭圆度a的增大，内多边形的趋势增加，随着单架减径P∑的增大壁厚不均也增大，轧制薄壁管金属容易挤入辊缝形成纵向轧痕，由此人们得出结论：薄壁管应在椭圆孔型中轧制，厚壁管应在圆孔型中轧制（在s/d，9%~12%时，必须用圆孔）所谓椭圆孔型系指ai-bi-1＞0，而圆孔型系指ai-bi-1＜0。

孔型的几何参数有：A—孔型高度；B—孔型宽度；C—孔型顶部圆弧半径按下式计算：R=A2+B2/4AE—偏心距，按下式计算：E=B2-A2/4AR—圆角半径（≈1/15Dc）一般4~10毫米；Dc—平均直径（=A+B/2）△—轧辊间隙（=1/2r）一般2~5毫米。

为了决定孔型尺寸，必须首先确定变形量（减径率），一般都是采用分配的方法，除了第一架和最后两架外，其他机架中直径压下量都取相等，为了保证第一架顺利咬入和考虑来管直径的波动，第一架压下量采用平均压下量的一半，为得到圆形管，成品前机架压下量也取平均压下量的一半，而在成品机架中（最后一架）一般不给压下量。