热轧钢管生产工艺流程21 一般工 艺流程 热轧无缝钢管的生产工艺流程包括坯料 轧前准备、管坯加热、穿孔、轧制、定 减径和钢管冷却、精整等几个基本工序。当今热轧无缝钢管生产的一般主要 变形工序有三个穿孔、轧 管和定减径；其 各自的工 艺 目的和要求 为 穿孔将实心的管坯变为空心的毛管；我们可以理解 为定型，既将轧件断面 定为圆环状；其设备被称为穿孔机。对 穿孔工 艺的要求是首先要保证穿出的毛 管壁厚均匀，椭圆度小，几何尺寸精度高；其次是毛管的内外表面要 较光滑，不得 有结疤、折叠、裂纹 等缺陷；第三是要有相应的穿孔速度和 轧 制周期，以适应整个 机组的生产节奏，使毛管的终轧温度能满足轧管机的要求。轧管将厚壁的毛管 变为薄壁（接近成品壁厚）的荒管；我们可以 视其为定壁，即根据后 续的工序减径量和 经验公式确定本工序荒管的壁厚 值；该设备被称为轧 管机。对轧 管工艺 的要求是第一是将厚壁毛管 变成薄壁荒管（减壁延伸）时首先 要保证荒管具有 较高的壁厚均匀度；其次荒管具有良好的内外表面 质量。
定减径（包括张减）大圆变小圆，简称定径；相应的设备为 定（减）径机,其主 要作用是消除前道工序 轧制过程中造成的荒管外径不一（同一支或同一批），以 提高热轧成品管的外径精度和真 圆度。对定减径工 艺的要求是首先在一定的总 减径率和 较小的单机架减径率条件下来达到定径目的，第二可 实现使用一种规 格管坯生产多种规格成品管的任 务，第三还可进一步改善钢管的外表面 质量。20世纪80 年代末,曾出现过试图 取消轧管工序,仅使用穿孔加定减的方法 生产无缝钢管，简称CPS,即斜轧穿孔和张减的英文缩写），并在南非的Tosa厂进行 了工业试验,用来生产外径3 3417.98mm，壁厚3.425mm的钢管，其中定 径最小外径为101.6mm；张减最大外径我101.6mm。经过实践检验，该工艺在产 生壁厚大于 10mm 的钢管时质量尚可，但在生产壁厚小于 8mm 的钢管时通过定 径、张减不能完全消除穿孔毛管的螺旋 线，影响了钢管的外观质量。在随后的改 造中不得不在穿孔机于定减径机之 间增设了一台 MINI-MPM（4 机架）来确保产 品质量。22 各热轧机组生产工艺过程特点 我们通常将毛管的壁厚加工称之 为轧管。轧管是钢管成型过程中最重要的 一个工序环节。这个环节的主要任务是按照成品 钢管的要求将厚壁的毛管减薄 至与成品钢管相适应的程度，即它必须考虑到后继定、减径工序时 壁厚的变化，这个环节还 要提高毛管的内外表面 质量和壁厚的均匀度。通过轧 管减壁延伸工 序后的管子一般称 为荒管。轧 管减壁方法的基本特点是在毛管内按上 刚性芯棒，由外部工具（轧辊或模孔）对毛管壁厚进行压缩减壁。依据变 形原理和设备特点 的不同，它有许多种生产方法，如表1 所示。一般习惯 根据轧管机的形式来命名 热轧机组。轧管机分单机架和多机架，单机架有自 动轧管机、阿塞尔轧机、ACCU-ROLL 等,斜轧管机都是单机架的；连轧管机都是多机架的，通常 48个机 架，如MPM、PQF等。目前主要使用连轧（属于纵轧）与斜轧两种轧管工艺。表1轧管减壁的工艺方法变形 原理设备、工具特点加工工艺方式延伸系 数1外工具、设备1芯棒纵 轧 法单机架短（固定）自动轧管机plug mill）1.52.1多机架连轧长（浮ft）MM34.5中长（半浮、限动）Neuval-R,MRK- S、MPM、MINI-MPM、PQF36.5斜 轧 法辊导板短（固定、限动）二次穿孔、延伸机P V 2.5导盘长（浮ft）狄舍尔延伸机Diescher）25.0中长（限动）ACCU-ROLL25.0三辊中、长（浮动、限动、回退）三辊轧管机Assel，Transval）1.33.5多辊十中长（固定）行星轧管机PSW）r 514锻轧法周期断面辊中长（往复）周期式轧管机Pilger）815顶管法一列模孔长（与出口管端同步）顶管机416.5挤压法单模孔中长（固定）挤压机1.2302.21连续轧管机的几种形式连轧管机是在毛管内穿入 长芯棒后，经过多机架 顺序布置且相临机架辊缝互错（二昆式辊缝互错90女H图1所示；三辊式辊缝互 错60的连轧机轧成钢管，它是当今被最广泛应用的纵轧钢管方法。连轧 管机轧 制过程中，轧件变形实际上是受多组48组）轧辊与芯棒的反复作用从圆到椭 圆椭圆再到圆的过程。连轧管机的发展历史悠久，早在19世纪末就曾尝试在长芯棒上进行轧管，但种种原因，至1950年世界上仅有6台连轧管机。I960年后，随着科学技术的 进步和生产的发展，特别是电子计算机技术的飞速发展和应用，使连轧管机在生 产工艺和设备上日趋完善，得到了迅速的发展和推广。在浮动 芯棒连轧管机的基 础上，限动芯棒连轧管机于20世纪60年代中期进行了工艺试验，获得了可喜的 成果。1978年世界上第一套限 动芯棒连轧管机MPM ）在意大利达尔明钢管厂建 成投产，连轧管工艺发展到了一个新的水准。20世纪90年代末又推出了三 辊连 轧管机PQF）技术，使连轧管工艺装备跃上了更高的台阶。连轧管机在PQF出现以前，都是两辊式的，即由两个轧辊为一组组成孔型,二辊式的机架既有与地面呈45交错布置的，也有与地面垂直、水平交错 布置的; PQF为三辊式的，即由三个轧辊为一组组成孔型；；PM与PQF孔型构成见 图2）连轧管时，孔型顶部的金属由于受到 轧辊外压力和芯棒内压力作用而产生轴 向延伸，并向圆周横向宽展，而孔型侧壁部分的金属与芯棒不接触，但它被 顶部 轴向延伸的金属对它附加的拉应力作用而产生轴向延伸，并同时产生轴向拉缩。
不论两辊式的还是三辊式的连轧管机，按芯棒的运行方式可分为以下三种形式。ffll MPMiltrH艺17.V 一；芯萍卜毛營 1 i-SJLtfttf221.1浮动芯棒连轧管机（或全浮动芯棒连轧管机）简称MM Mandrel Mill ），般设有8个机架。轧制过程中对芯棒速度不加以控制，芯棒由被 辗轧金属的摩擦 力带动自由跟随管子通过轧机，芯棒的运行速度是不受控的；轧制过程中芯棒的 运行速度随着各机架的咬入、抛钢 有波动，从而引起管子壁厚的波动;轧制结束 后，芯棒随荒管轧出至连轧机后的输出辊道，在轧制中、薄壁管时芯棒的几乎全 长都在荒管内，见图3;带有芯棒的荒管横移至脱棒 线，由脱棒机将芯棒从荒管中 抽出以便冷却、润滑后循环使用。其特点是轧制节奏快，每分钟可轧4支甚至更 多的钢管；但荒管的壁厚精度稍低、设有脱棒机其工艺流程较长、芯棒的长度接 近于管子的长度；适合生产较小规格（外径小于177.8mm）的无缝钢管。比较有代 表性的浮动芯棒连轧管机有德国米尔海姆厂的RK2机组和我国宝钢的 140mm 机组。浮动芯棒连轧管机的工作特点是由于在轧制时不控制芯棒速度，因此在整 个轧制过程中，芯棒速度多次变化。例如，在一台8机架的连轧管机上，当金属 进入第一机架时，芯棒在摩擦力的作用下，以接近第一机架的 轧制速度运行；当 金属进入第二机架时，芯棒速度就要改变，以第一和第二机架轧制速度之间的某 个速度运行；当进入第三机架时，则芯棒速度已变为第一、第二和第三机架轧 制 速度之间的某个速度；依此类推，直至进入第八机架，芯棒速度便经过了 8次变 化，已18机架间的某个速度运行，进入一个相对稳定的轧制阶段。在此阶段，前面机架的轧制速度比芯棒速度慢（称为慢速机架），后面机架的轧制速度比芯 棒速度快（称为快速机架），如果中可某个机架的轧制速度恰好与芯棒运行速度 相同则称为同步机架。随后当金属逐渐 从有关机架中轧出时，在芯棒速度变化为 28机架间的某个速度；当金属由第二机架轧出，则芯棒速度又变为第三至第八 机架间的某个速度，以此类推，直至金属从第八机架轧出为止。由上可以看出，在钢管的轧制过程中，芯棒的速度至少要变化15次，芯棒 速度的变化将导致金属流动条件的改变。浮动芯棒连轧管机由于轧制过程中芯 棒速度改变而使得金属流动发生变化，因金属流动的不规律而引起钢管纵向的 壁厚和直径变化，尽管对此采取了不少措施并取得了一定的效果，当 轧制条件的 变化依然存在，且产品管的尺寸精度始终不如限动芯棒轧机。此外，芯棒长，使 制造费用加大，制造困难，且长芯棒的重量也很大，钢管带着过重的芯棒在辊道 上运行将会导致钢管表面损伤。故目前浮动 芯棒连轧管机均用于小型机 组。连轧管时，荒管可以看作是在不同直径的轧辊间连续轧制形成的。穿在钢 管 中的芯棒可以看作是曲率半径无 穷大的内轧辊。浮动芯棒轧制时，芯棒除受到轧 辊经轧件传递来的作用力外，再无其他外力作用。当轧 件头部经第一机架咬入后，随着轧件逐一走向后面的延伸机架，作用在芯棒上的机架数相 继增多，故芯棒速 度不断提高，这个阶段称为“咬入”阶段。当轧 件头部进入最末机架后，整个 轧件 处在连轧管机所有机架的 轧制中，芯棒速度维持不变，称为“稳定扎着急 ”阶段。
当轧件尾部离开第一机架后，芯棒速度友逐 级提高，直到轧出延伸，称为 “轧出 ” 阶段。轧辊 工作圆 周速度是安 “稳定轧 制”状态下设定的。轧 制过程中轧件又是遵 循着体 积不变定律的。然而由芯棒引起的轧 件速度的升高，使流入后面机架的金 属必然增多，也就是 说，后面的机架由芯棒送入了比其 设定的轧辊圆周速度所允 许的还要多的金属，这就出现了使断面积增大的金属 积累。这种逐步流入的附加 金属造成的 较大断面，尽管在最后的机架上得到了加工，但仍然 导致在荒管的一 些部位上直径 变大和壁厚 变厚，这种现象称为“竹节”。原则上讲可能在整根 钢管 上均出现“竹节”。显然“竹节”现象属纵向壁厚不均，对随后的 张减机轧制是不利 的，应尽可能防止。为了防止或减少 “竹节”形成，孔型设计分配压下量时，在保证总延伸不 变的 前提下，适当增加前几架 压下量。这样 ，就可在后面几个机架中使芯棒速度的 跃 增得到减弱，从而减轻芯棒速度 变化的影响。良好的芯棒润 滑有利于延伸和降低 能耗，也可以减少竹节的形成。还 可以采用 电控技术防止竹节的产生。由电 子计 算机进行预设定，轧辊转 速按要求 变化，当轧件通过时对轧辊进 行校准，使各机 架的出口速度与芯棒速度的 变化相适 应。70年代盛行浮 动芯棒连轧管机机组。由于受到芯棒重量的限制，至今这 种 机组仅能生产直径小于 177.8mm 一下的钢管。
半浮动（或半限动）芯棒连轧管机德国人称 MRK-S （Mannesmannbohr-Kon timill Stripper）；法国人称Neuval-R。半浮动芯棒连轧管机一般78个机架。德国 设计的工艺为在轧制过程中，前半程，芯棒不是自由地随 轧件前进，而是受限 动机构的控制，以一恒定速度前 进，芯棒与轧件的速差分布是不一致的，第 1 架的轧件出口速度小于芯棒速度；自第 2 架开始，轧件的速度快于芯棒的速 度，形成稳定的差速 轧制状态；当完成主要变形、管子脱离倒数第 3架时，限动机 构加速释放芯棒，像浮动芯棒一样由钢管将芯棒 带出轧机。德国式的半浮动 芯棒 连轧管机于 20世纪 80年代初在日本八幡厂建成投 产。法国研制的工 艺为在钢管由最后一个机架 轧出时才松开芯棒，即在轧制过 程中具有限 动芯棒轧机的工艺特点，而在终轧后松开芯棒；芯棒随荒管至连轧机 后的输出辊道。法国式的半浮动 芯棒连轧管机于 20世纪70年代后期在法国的 圣索夫 钢管厂投入生 产。不论德国工艺还是法国工 艺，半浮动芯棒轧管机轧制结束后，约有 1/3长的 荒管（尾部）包住芯棒前端，见图 4；带有芯棒的荒管横移至脱棒 线，由脱棒机将芯 棒从荒管中抽出以便冷却、润 滑后循 环使用。其特点是荒管壁厚的精度较高、节 奏较快，每分钟可轧 3支甚至更多的 钢管，芯棒长度虽然比浮动式的短得多，而 比限动芯棒轧机略长一些；设有脱棒机工 艺其流程较长；适合生产较小规格（外径 小于219mm）的无缝钢管。德国模式的代表机组 有日本的八幡厂的 194 mm机 组和我国衡阳的 89 mm机组；法国模式的机组至今仅有一套，就是法国V这种轧管 机由三个带辊肩的布置在以轧制线为形心的等边三角形的顶点，（个轧辊互成 120配置）轧辊轴线与轧制线成两个倾斜角度。轧辊轴线 在垂直方向与轧制线倾 斜一个喂入角，用来实现螺旋轧制；在水平方向与轧制线交错一个辗轧角。在三个轧辊和一根芯棒所包围的空 间（即孔型，图3所示）内，由穿孔送来的毛管套在 长芯棒上，用喂管器送入轧管 机中轧制；毛管在变形区图4）中经咬入、减壁（同时减径）、平整和归圆而成为荒 管。斜轧螺旋轧制时金属在变形区内受到轧辊与芯棒的周期连续作用而产生形 状和尺寸的变化。轧件变形实际上是从圆到圆三角再到圆的过程。特郎斯瓦尔轧 机由法国人在ASSEL的基础上发展起来的，本质上还是阿塞尔轧机，所不同的 是可在轧制过程中实现变喂入角、变轧制速度，即根据需要能在每根管子 轧制过 程中迅速按要求改变喂入角和轧辊转速，主要是解决轧制薄壁管问题，可轧制 D/S35的荒管。阿塞尔轧 管机优点是产品精密性高，因为带芯棒的斜轧，在一 道次中多次的辗压作用，使壁厚精度大大提高，也不易产生划道、耳子和青线等 缺陷；生产中灵活性大，借助轧辊的离合就可改变孔型尺寸，特别适应较小量多 批定货，对组织生产有很大的优越性；可生产D/S2.5的特厚壁管；工具储备数量 少。不足是规格范围窄，品种受限制，不能生产不锈钢等难变形材质；产能低，年1轧件2 JLfe 3芯棒产低于25万吨；延伸较小（一般応2.5）；荒笑/S 般V 35、长度小于15米图4阿塞尔轧机的变形区三辊轧管机，按芯棒的运行方式也可分 为以下三种形式。222.1浮动式与上述连轧管机的浮动芯棒形式相同。222.2限动式与上述连轧管机的限动芯棒形式相近，芯棒前进的速度比荒管的 小，由专门机构控制，只是使用一支空心芯棒，芯棒在线内水冷，轧制结束后，将 芯棒从荒管中回退抽出并返回原始位置，继续进行下一根管子的轧制操作。三套 就是采用这种芯棒运行方式的。222.3回退式将芯棒装在小车上，芯棒的运行受到小车的限制，芯棒穿过毛管 并达到最前部极限位置 时开始轧管，轧制时开动芯棒小车使芯棒按给定速度后 退，芯棒逐渐地从钢管已轧完的部分中抽出，轧制结束时抽出工作已全部完毕。
这种方式可生产D/S2.5的特厚壁管。223各机组的异同和AsseI都是三辊轧管机。PQF是多机架连轧管机，轧制时，钢管及 芯棒一起作直线运动，；Assel是单机架斜轧管机，轧制时，钢管及芯棒一起作 螺旋运动；于品规格相同或相近时，PQF的产量约是Assel的24倍。机组生产效率高，延伸系数大（p6）胃轧制长达30米以上的荒管，产品质量好（体现在内外表面上），壁厚精度高；品种、规 格范围宽，即能生产碳纲、合金钢，又能生产不锈钢；可生产D/S45的薄壁管，生产成本低，金属消耗低； 适合大批量连续化生产。不足是一次投资 大，轧制工具占用资金较多；生工的灵 活性稍差；更换孔型时间较长，不适宜小批量的生产；限动芯棒连轧管机在轧制 厚壁管时受连轧机与脱管机距离的制 约，致使许多规格的厚壁管产品不能生产。
轧机，适宜轧制中厚壁钢管，适应高精度、小批量、多品种的高附加 值产品的生产，借助轧辊的离合就可改变孔型尺寸，特别适应较小量多批定货。
天津钢管公司在现有两套适于生产大批量专用管材的连轧管机组的基础上，第 三套采用了 AsseI三辊斜轧机组，在生产市场急需的壁厚40mm的厚壁管的时，因没有脱管机轧制厚壁管时限制较少，三辊轧管机Assel）可作为连轧管机组生 产品种的补充，可进一步优化公司的产品结构、合理地调配资源、增加生产的灵 活性、特别在是应对小批量、多品种、多规 格的市场的需求时使公司的市场竞争能力得到加 强*轧钢的几种形式根据轧件变形原理，一般将轧钢分为以下三种形式*.1 纵轧轧件的运行方向（轴线）与轧辊轴线 垂直，轧件作直线运动；型钢、板材 生产及无缝钢 管的连轧（一根轧件同时在两个或两个以上的孔型或机架中 轧制称 为连轧）等都属于纵轧。*.2 横轧轧件的运行方向（轴线）与轧辊轴线 平行，轧件作回转运动；机车轮毂、自行车轴等的生产属于横轧。*.3斜轧轧件的运行方向（轴线）与轧辊轴线既不垂直也不平行，轧件除了前 进 运动外，还有饶本身轴线之旋 转，作螺旋前进运动；最常见的无缝钢管穿孔（推轧 穿孔、挤压穿孔除外）生产属于斜轧；三套的ASSEL轧管也是斜轧。