無縫管生產簡介
manufacturing process of seamless tube and pipe
用穿孔等方法生產周邊無接縫的鋼管或其他金屬管和合金管。無縫管的外徑范圍為 0.1～1425mm，壁厚為0.01～200mm。除圓形管外,還有各種異形斷面管和交斷面管。
生產方法和簡史 無縫管的生產方法很多。無縫鋼管根據(jù)交貨要求，可用熱軋(約占80～90％)或冷軋、冷拔（約占10～20％）方法生產。熱軋管用的坯料有圓形、方形或多邊形的錠、軋坯或連鑄管坯，管坯質量對管材質量有直接的影響。
熱軋管有三個基本工序：
①在穿孔機上將錠或坯穿成空心厚壁毛管；
②在延伸機上將毛管軋薄，延伸成為接近成品壁厚的荒管；
③在精軋機上軋制成所要求的成品管。
軋管機組系列以生產鋼管的最大外徑來表示（見軋機）
無縫鋼管生產方法見表1[無縫鋼管的生產方法]
，括號中數(shù)字為創(chuàng)制年代。
無縫鋼管生產有近 100年的歷史。德國人曼尼斯曼兄弟于1885年首先發(fā)明二輥斜軋穿孔機，1891年又發(fā)明周期軋管機,1903年瑞士人施蒂費爾（R.C.Stiefel）發(fā)明自動軋管機（也稱頂頭式軋管機），以后又出現(xiàn)了連續(xù)式軋管機和頂管機等各種延伸機，開始形成近代無縫鋼管工業(yè)。20世紀30年代由于采用了三輥軋管機、擠壓機、周期式冷軋管機，改善了鋼管的品種質量。60年代由于連軋管機的改進，三輥穿孔機的出現(xiàn)，特別是應用張力減徑機和連鑄坯的成功，提高了生產效率，增強了無縫管與焊管競爭的能力。70年代無縫管與焊管正并駕齊驅，世界鋼管產量以每年 5％以上的速度遞增。中國1953年后重視發(fā)展無縫鋼管工業(yè)，已初步形成軋制各種大、中、小型管材的生產體系。銅管一般也采用錠坯斜軋穿孔、軋管機軋制、盤管拉伸工藝。
自動軋管生產 生產無縫鋼管的方式之一。生產設備由穿孔機、自動軋管機、均整機、定徑機和減徑機等組成。其生產工藝流程見圖1[ 自動軋管和連軋管工藝流程]
。圓管坯穿軋成空心的厚壁管（毛管），兩個軋輥的軸線與軋制線構成一個傾斜角。近年來傾斜角已由6°～12°增至13°～17°,使穿孔速度加快。生產直徑250mm以上鋼管，采用二次穿孔,以減少毛管的壁厚。帶主動旋轉導盤穿孔、帶后推力穿孔、軸向出料和循環(huán)頂焊等新工藝也取得一定的發(fā)展,從而強化了穿孔過程,改進了毛管質量。
自動軋管機 把厚壁毛管軋成薄壁荒管
一般經(jīng)2～3道次，軋制到成品壁厚,總延伸率約為1.8～2.2。70年代以來，用單孔槽軋輥、雙機架串列軋機、雙槽跟蹤軋制和球形頂頭等技術，都提高了生產效率，實現(xiàn)了軋管機械化。
均整機 結構與穿孔機相似。均整的目的在于消除內外表面缺陷和荒管的橢圓度，減少橫向壁厚不均勻。近年采用三輥均整機，提高了均整機變形量和均整效率。
定徑機 由3～12架組成，減徑機由 12～24架組成，減徑率約達3～28％。50年代出現(xiàn)的張力減徑機,在調整輥速和減徑的同時，以適當?shù)膹埩刂票诤瘛Ｐ滦蛷埩p徑機一般用三輥式，有18～28架，最大減徑率達80％，減壁率達44％，出口速度達每秒18mm。張力減徑機有兩端增厚的缺點，可用“頭尾端部突加電氣控制”或微張力減徑消除。
自動軋管機組 常用系列有外徑為100mm、140mm、250mm和400mm四種,生產外徑17～426mm鋼管。機組的特點是在穿孔機上實現(xiàn)主要變形，規(guī)格變化較靈活，生產品種范圍較廣。由于連續(xù)軋管技術的發(fā)展，已不再建造140mm以下的機組。
連續(xù)軋管生產 生產設備由穿孔機、連續(xù)軋管機、張力減徑機組成。工藝流程見圖1[ 自動軋管和連軋管工藝流程]
。圓坯穿成毛管后插入芯棒，通過7～9架軋輥軸線互呈90°配置的二輥式軋機連軋。軋后抽芯棒，經(jīng)再加熱后進行張力減徑,可軋成長達165m的鋼管。140mm連續(xù)軋管機組年產40～60萬噸，為自動軋管機組的2～4倍。這種機組的特點是適于生產外徑168mm以下鋼管,設備投資大,裝機容量大,芯棒長達30m,加工制造復雜。70年代后期出現(xiàn)的限動芯棒連續(xù)軋管機（MPM）,軋制時外力強制芯棒以小于鋼管速度運動，可改善金屬流動條件，用短芯棒軋制長管和大口徑鋼管。
周期軋管生產 以多邊形和圓形鋼錠或連鑄坯作原料，加熱后經(jīng)水壓穿孔成杯形毛坯，再經(jīng)二輥斜軋延伸機軋成毛管,然后在帶有變直徑孔槽的周期軋管機上,軋輥轉一圈軋出一段鋼管（圖3[ 周期軋管過程]
）。周期軋管機又稱皮爾格爾（Pilger）軋管機。周期軋管生產是用鋼錠作原料，宜于軋制大直徑的厚壁鋼管和變斷面管。
三輥軋管生產 主要用于生產尺寸精度高的厚壁管。這種方法生產的管材，壁厚精度達到 ±5％，比用其他方法生產的管材精度高一倍左右。工藝流程見圖4[ 三輥軋管機組生產流程]
。60年代由于新型三輥斜軋機（稱Transval軋機）的發(fā)明，這種方法得到迅速發(fā)展。新軋機特點是軋到尾部時迅速轉動入口回轉機架來改變輾軋角，從而防止尾部產生三角形，使生產品種的外徑與壁厚之比，從12擴大到35，不僅可生產薄壁管，還提高了生產能力。
頂管生產 傳統(tǒng)的方法是方坯經(jīng)水壓穿孔和斜軋延伸成杯形毛管，由推桿將長芯棒插入毛管杯底，順序通過一系列孔槽逐漸減小的輥式模架，頂軋成管。這種生產方法設備投資少，可用連鑄坯，能生產直徑達1070mm、壁厚到200mm的特大特厚的管，但生產效率低,壁厚比較厚，管長比效短。出現(xiàn)CPE法的新工藝后,管坯經(jīng)斜軋穿孔成荒管，收口后頂軋延伸成管，克服了傳統(tǒng)方法的一些缺點，已成為無縫管生產中經(jīng)濟效益較好的方法。
擠壓管生產 首先將剝皮圓坯進行穿孔或擴孔，再經(jīng)感應加熱或鹽浴加熱，并在內表面涂敷潤滑劑送入擠壓機,金屬通過模孔和芯棒之間環(huán)狀間隙被擠成管材(圖5[擠壓管生產流程]
)。主要用于生產低塑性的高溫合金管、異型管及復合管、有色金屬管等。這種方法生產范圍廣，但產量低。近年來，由于模具材料、潤滑劑、擠壓速度等得到改進，擠壓管生產也有所發(fā)展。
導盤軋管生產 又稱狄塞耳(Diessel)法
穿孔后帶長芯棒的毛管在導盤軋管機上軋成薄壁管材。軋機類似二輥斜軋穿孔機，只是固定導板改成主動導盤。由于用長芯棒生產，管材內壁光滑，且無刮傷；但工具費用大，調整復雜。主要用于生產外徑 150mm以下普通用途的碳素鋼管。目前使用較少，也無很大的發(fā)展前景。
旋壓管生產 將平板或空心毛坯在旋壓機上經(jīng)一次或多次旋壓加工成薄壁管材。管子精度高，機械性能好，尺寸范圍廣，但生產效率低。主要用于生產有色金屬管材，但也越來越多地用于生產鋼管。旋壓管材除用于生產生活器具、化工容器和機器零件外，多用于軍事工業(yè)。
70年代，采用強力旋壓法已能生產管徑達6000mm、直徑與壁厚之比達 10000以上的大直徑極薄圓管和異形管件。
冷軋、冷拔管生產 用于生產小口徑薄壁、精密和異形管材。生產特點是多工序循環(huán)工藝。用周期式冷軋管機冷軋,其延伸率可達6～8（圖6[冷軋管機]
）。60年代開始向高速、多線、長行程、長管坯方向發(fā)展。此外，小輥式冷軋管機也得到發(fā)展
主要用于生產壁厚小于1mm極薄精密管材，冷軋設備復雜，工具加工困難，品種規(guī)格變換不靈活；通常采用冷軋、冷拔聯(lián)合工藝，即先以冷軋減壁，獲得大變形量，然后以冷拔獲得多種規(guī)格。
