工艺流程热轧钢管生产工艺流程教材

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1、工艺流程热轧钢管生产工艺流程 教材 工艺流程热轧钢管生产工艺流程 教材 2、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： 2.1.1 穿孔：2.1.1 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

2、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。 2.1.2 轧管：2.1.2 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。 2.1.3 定减径（包括张减）：2.1.3 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）

3、，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:.mm，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

4、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

5、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 设备、工具特点变形 原理外工具、设备芯棒 加工工艺方式延 伸 系 数 单机架短（固定）自动轧管机（plugmill） 1.52.1 长（浮动）MM34.5 纵 轧 法 多机架连轧 中长（半浮、限动） Neuval-R，MR

6、K-S、MPM、 MINI-MPM、PQF 36.5 二 导板短（固定、限动）二次穿孔、延伸机2.5 长（浮动）狄舍尔延伸机 （Diescher） 25.0辊 导盘 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 斜 轧 法 多辊中长（固定）行星轧管机（PSW）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1.230 2.2.1 连续轧管机的几种形式：2.2.1 连续轧管机的几种形式：连轧管

7、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（二辊式辊缝互错 90，如图 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。1960 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，

8、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；MPM 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

9、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。 2.2.1.1 浮 动 芯 棒 连 轧 管 机 （ 或 全 浮 动 芯 棒 连 轧 管 机 ） ：2.2.1.1 浮 动 芯 棒 连 轧 管 机 （ 或 全 浮 动 芯 棒 连 轧 管 机 ） ： 简 称 MM （MandrelMill） ，一般设有 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;

10、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

11、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） ，如果中间某个机架的轧制速度恰好与

12、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

13、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

14、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

15、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。 2.2.1.2 半 浮 动 （ 或 半 限 动 ） 芯 棒 连 轧 管 机 ：2.2.1.2 半 浮 动 （ 或 半

16、限 动 ） 芯 棒 连 轧 管 机 ： 德 国 人 称 MRK-S （Mannesmannbohr-KontimillStripper） ；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