無縫管生產

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。無縫管的外徑範圍為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。

無縫管的生產方法很多。根據交貨要求，可用熱軋(約佔80～90%)或冷軋、冷拔（約佔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在精軋機上軋製成所要求的成品管。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，括號中數字為創制年代。

無縫鋼管生產有近100年的歷史。德國人曼尼斯曼兄弟於1885年首先發明二輥斜軋穿孔機，1891年又發明週期軋管機,1903年瑞士人施蒂費爾（R.C.Stiefel）發明自動軋管機（也稱頂頭式軋管機），以後又出現了連續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。20世紀30年代由於採用了三輥軋管機、擠壓機、週期式冷軋管機，改善了鋼管的品種質量。60年代由於連軋管機的改進，三輥穿孔機的出現，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並駕齊驅，世界鋼管產量以每年 5%以上的速度遞增。中國1953年後重視發展無縫鋼管工業，已初步形成軋製各種大、中、小型管材的生產體系。銅管一般也採用錠坯斜軋穿孔、軋管機軋製、盤管拉伸工藝。

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。

常用的二輥斜軋穿孔過程見圖2。圓管坯穿軋成空心的厚壁管（毛管），兩個軋輥的軸線與軋製線構成一個傾斜角。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，採用二次穿孔,以減少毛管的壁厚。帶主動旋轉導盤穿孔、帶後推力穿孔、軸向出料和循環頂焊等新工藝也取得一定的發展,從而強化了穿孔過程,改進了毛管質量。

把厚壁毛管軋成薄壁荒管。一般經2～3道次，軋製到成品壁厚,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、雙槽跟蹤軋製和球形頂頭等技術，都提高了生產效率，實現了軋管機械化。

結構與穿孔機相似。均整的目的在於消除內外表面缺陷和荒管的橢圓度，減少橫向壁厚不均勻。近年採用三輥均整機，提高了均整機變形量和均整效率。

由3～12架組成，減徑機由12～24架組成，減徑率約達3～28%。50年代出現的張力減徑機,在調整輥速和減徑的同時，以適當的張力控制壁厚。新型張力減徑機一般用三輥式，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。

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主要變形，規格變化較靈活，生產品種範圍較廣。由於連續軋管技術的發展，已不再建造140mm以下的機組。

生產設備由穿孔機、連續軋管機、張力減徑機組成。工藝流程見圖1。圓坯穿成毛管後插入芯棒，通過7～9架軋輥軸線互呈90°配置的二輥式軋機連軋。軋後抽芯棒，經再加熱後進行張力減徑,可軋成長達165m的鋼管。140mm連續軋管機組年產40～60萬噸，為自動軋管機組的2～4倍。這種機組的特點是適於生產外徑168mm以下鋼管,設備投資大,裝機容量大,芯棒長達30m,加工製造複雜。70年代後期出現的限動芯棒連續軋管機（MPM）,軋製時外力強制芯棒以小於鋼管速度運動，可改善金屬流動條件，用短芯棒軋製長管和大口徑鋼管。

以多邊形和圓形鋼錠或連鑄坯作原料，加熱後經水壓穿孔成杯形毛坯，再經二輥斜軋延伸機軋成毛管,然後在帶有變直徑孔槽的週期軋管機上,軋輥轉一圈軋出一段鋼管（圖3）。週期軋管機又稱皮爾格爾（Pilger）軋管機。週期軋管生產是用鋼錠作原料，宜於軋製大直徑的厚壁鋼管和變斷面管。

主要用於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。60年代由於新型三輥斜軋機（稱Transval軋機）的發明，這種方法得到迅速發展。新軋機特點是軋到尾部時迅速轉動入口迴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。

傳統的方法是方坯經水壓穿孔和斜軋延伸成杯形毛管，由推杆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CPE法的新工藝後,管坯經斜軋穿孔成荒管，收口後頂軋延伸成管，克服了傳統方法的一些缺點，已成為無縫管生產中經濟效益較好的方法。

首先將剝皮圓坯進行穿孔或擴孔，再經感應加熱或鹽浴加熱，並在內表面塗敷潤滑劑送入擠壓機,金屬通過模孔和芯棒之間環狀間隙被擠成管材(圖5)。主要用於生產低塑性的高温合金管、異型管及複合管、有色金屬管等。這種方法生產範圍廣，但產量低。近年來，由於模具材料、潤滑劑、擠壓速度等得到改進，擠壓管生產也有所發展。

又稱狄塞耳(Diessel)法。穿孔後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。由於用長芯棒生產，管材內壁光滑，且無刮傷；但工具費用大，調整複雜。主要用於生產外徑150mm以下普通用途的碳素鋼管。使用較少，也無很大的發展前景。

將平板或空心毛坯在旋壓機上經一次或多次旋壓加工成薄壁管材。管子精度高，機械性能好，尺寸範圍廣，但生產效率低。主要用於生產有色金屬管材，但也越來越多地用於生產鋼管。旋壓管材除用於生產生活器具、化工容器和機器零件外，多用於軍事工業。

70年代，採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。

用於生產小口徑薄壁、精密和異形管材。生產特點是多工序循環工藝。用週期式冷軋管機冷軋,其延伸率可達6～8（圖6）。60年代開始向高速、多線、長行程、長管坯方向發展。此外，小輥式冷軋管機也得到發展。主要用於生產壁厚小於1mm極薄精密管材，冷軋設備複雜，工具加工困難，品種規格變換不靈活；通常採用冷軋、冷拔聯合工藝，即先以冷軋減壁，獲得大變形量，然後以冷拔獲得多種規格。

參考資料: