无缝钢管的热挤压技术

引言

表1 我国挤压机生产线现状

金属挤压是一种压力加工成形方法，是将金属毛坯置于耐压容器中，施加外力使金属在三向压应力状态下产生塑性变形。挤压加工时金属处于三向压应力状态，因此可以得到比轧制、锻压更大的塑性变形。依据材料、挤压方法的不[1]同，挤压的延伸系数可达5~500，甚至更高。由于挤压制品具有尺寸精度高、金属组织致密、力学性能稳定的特点，因此，热挤压技术被广泛地应用于核电、火电、石化、航空、航天、交通等领域。这些挤压机生产线的建成投产，标志着我国从一个钢管1 热挤压钢管行业的现状

大国走向了钢管强国，使我国的高端无缝钢管产量得到了快20世纪50年代，随着玻璃润滑剂的发明，黑色金属的挤速增长，无缝钢管产业得到了不断的优化。压技术得到了快速发展。采用热挤压技术生产无缝钢管具有 2 钢管的热挤压工艺

产品质量稳定、更换品种灵活、工模具费用低的优点，适用于不锈钢、特殊钢以及低塑性和难变形材料的加工。对于高温耐蚀合金管、不锈钢油井管、双相不锈钢管、尿素级不锈钢管、高参数奥氏体火电锅炉管等，采用热挤压是必需的生产方法。目前，世界上有70多台（套）钢挤压机组，其中大多数用于生产优质管材。我国在20世纪70年代初，四川江油长城钢厂从原西德引进了一条31.5MN挤压机生产线，专门用于生产不锈钢及特殊合金管及棒材。21世纪初，浙江久立 1.支承垫 2.模支承 3.模垫 4.挤压模 5.挤压筒内衬 6.穿孔集团从意大利的Danieli公司引进了一台35MN挤压机，成为针 7.挤压垫 8.挤压杆 9.针连接器 10.挤压筒中衬 11.挤压筒外了我国第一家专门用挤压机生产不锈钢管的民营企业。至今衬 12.坯料 13.玻璃垫 14.模套 15.制品

已先后建成投产多条挤压机生产线，详见表1。

图1 钢管的热挤压简图

钢管的热挤压工艺流程

坯料准备→环形炉预热→立式感应炉加热→玻璃粉润滑→立式压机冲（扩）孔→除磷→立式感应炉再加热→玻璃粉

润滑→挤压→切压余→冷却

王国颖

（太原通泽重工有限公司，山西 太原 030032）

随着玻璃润滑剂的出现，无缝钢管的热挤压技术得到了快速的发展。同时，无氧化加热和工模具使用寿命等问题也随着无缝钢管热挤压技术的发展得到了有效解决。近年来，我国先后引进和自主建设了多条热挤压无缝钢管生产线用于生产高端无缝钢管，使我国无缝钢管的热挤压技术水平得到了很大的提升。

玻璃润滑剂；热挤压；无缝钢管；生产线

TG376.2 [摘要] [关键词] [中图分类号] [文献标识码] A [文章编号] 2095-0748(2013)05-0060-02

无缝钢管的热挤压技术

现代工业经济和信息化

Modern Industrial Economy and Informationization

2013年5月总第48期

May，2013Total of 48

工程技术

厂家机组产品规格现状设计长城钢厂31.5MN φ42～2191978年投产西德浙江久立35MN φ42～2192008年投产意大利Danieli

宝钢集团63MN φ76～3252009年投产德国SMS 太钢集团63MN φ76～3252010年投产德国SMS 常熟华新36MN φ42～2192011年投产通泽重工新兴铸管63MN φ76～3252012年投产意大利Danieli 北方工业360MN φ350～1 1002009年投产清华大学河北宏润

500MN

φ350～1 320

2012年投产

济南巨能

钢管的热挤压坯料可以是锻坯、轧坯、连铸坯、离心浇质量。④通过不同颗粒度和配比的选择，使其有不同的性注坯等。长坯或短坯在加工车间经剥皮、锯断、钻深孔、车能，从而可用于不同的材料和不同的场合。近年来，北京钢

[2]铁研究院、上钢五厂、北京玻璃研究院、本溪玻璃厂等单位削端面及倒角后进入挤压生产线。

均对玻璃润滑剂做了深入研究，并取得了不错的成果。

加工好的坯料进入环形加热炉加热前要先经过清洗机进

2.3 工模具的使用寿命

行脱脂处理，再进入环形炉加热。一般坯料在环形炉内加热

由钢管的热挤压简图可以看出，工模具中与热坯料直接到900℃以内。但可根据工艺要求直接加热到钢的热挤压温度

接触的有挤压垫、穿孔针、挤压模和挤压筒，其中挤压垫工（适用于不需扩孔的坯料直接挤压）。然后进入到立式感应

作时处于受压状态，虽与热坯料直接接触，但之间没有相对加热炉加热到材料的热挤压温度。加热好的坯料在铺粉台架

金属流动，挤压垫正常使用时不会大量削耗，一般每套系统上将外圆涂好玻璃粉后，由机械手将坯料放入冲（扩）孔筒

配2~3个挤压垫循环使用。工模具的使用寿命通常指的是挤中，之后在坯料端部的“喇叭口”中加入玻璃粉后，在立式

压筒、穿孔针和挤压模这些工作时与热金属接触，并与热金穿孔机上进行冲（扩）孔。经过冲（扩）孔后的空心坯料由

属有相对流动的工具的使用寿命。

于和模具接触而产生温降应进行补热即再加热，但坯料表面

众所周知，挤压筒为过盈热装配在一起的多层筒，在过的玻璃粉影响再加热时的温度检测，从而使加热温度出现偏

盈量设计合理，加工尺寸符合图纸要求的前提下，使用前先差，所以一般在再加热前先进行除磷，以清除坯料表面的玻

预热，定期清理内壁玻璃粉，并检查内壁划痕的情况下，一璃膜，再进行加热，而加热后的坯料经过内外表面涂玻璃粉

般使用寿命在5 000~10 000次以上。挤压模在挤压过程中与热后，由供锭器送入挤压机中心，进行挤压。挤压完成后由分

金属的接触时间最长，使用寿命相对最短。为使挤压模使用离锯分离制品和压余。制品和工具需要进行相应的冷处理。

寿命更长，一般要求在可能的条件下挤压速度更快，锯切分在整个挤压生产过程中，坯料的无氧化加热，润滑以及

离的时间更短，来缩短热金属在挤压模内的停留时间，同时工模具的寿命是影响钢挤压技术的三个重要工艺难题。

挤压模每次挤压后都应进行检查和处理，不仅能保证制品质2.1 坯料的无氧化加热

量，也提高了挤压模寿命。穿孔针由于断面积小，在挤压时一般来讲，材料在加热时，最高温度应在其“液相线”以

包裹在热金属内，温升快而造成力学性能下降，所以必须进下80℃~150℃。为了控制材料的加热过程中不产生“过烧”现

[2]行充分冷却。国外的钢挤压机设计时都设计了穿孔针的内冷象应严格控制金属材料的加热温度，但加热温度又不能过低

系统，但从使用效果看比较一般。对于小规格的穿孔针内冷而造成闷车。现代挤压工艺中一般采用环形炉预热+立式感应

孔极大地缩减了穿孔针的强度，易造成退针时针的断裂，而炉加热的方法。一般认为900℃是钢的无氧化温度，在环形炉

对大规格的穿孔针而言冷却速度又太慢。通泽公司在设计内加热到900℃以内，再由感应炉快速加热到材料的热挤压温

36MN不锈钢挤压机时，考虑到产品对象中小规格产品居多，度。不仅提高了加热速度，使金属的烧损得以减少，提高了加

所以未设计内冷系统，而是设计了一套专门的穿孔针冷却装热质量，而且感应加热的过程自动化控制以及加热控制模型的

置对穿孔针在挤压完成后进行外冷，取得了不错的效果，使建立可有效保证坯料长度方向和直径方向的温度精度，是保证

[3]

穿孔针使用寿命由原来的10~30次提高到100次以上，大大提挤压制品质量的关键。对于部分钢种，也可在感应加热时采用

高了穿孔针的使用寿命。

在保护气氛条件下加热，使金属不产生氧化。

以上三个工艺难题的解决对钢挤压技术起到了决定性的2.2 润滑

作用。

润滑是钢挤压技术的关键工艺难题。玻璃粉润滑剂的发

3 结语

明对钢的挤压技术的发展有里程碑的意义。用玻璃粉作为钢

现在的钢管热挤压技术随着生产中的不断摸索，已经取管热挤压的润滑剂有以下优点：①玻璃粉在高温状态下呈熔

得了长足进步。如常熟华新丽华特殊钢有限公司经过不断融状态附属在坯料表面，在挤压过程中，降低流动金属和工

实验及摸索，已经成功生产了钛及钛合金、镍及镍合金、模具间的摩擦阻力，同时在制品表面形成均匀连续的玻璃

特殊合金等上百种材质。随着节能减排要求的提出和能源膜，保护制品的表面质量。②玻璃在高温下的导热系数较

价格的不断上涨，高污染高能耗的落后产能必将遭到淘低，具有非常好的隔热性能，保证工模具在挤压过程中不会

汰。高端无缝管企业应当抓住机遇使我国无缝钢管产业健过快升温从而保护工模具的使用寿命。③玻璃粉的主要成分

康发展。

有SiO, Al O, Na O, K O, B O等，具有稳定的化学性质，在

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与高温的坯料接触时，不与其产生化学反应，保证了制品的

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