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无缝管生产
无缝管生产
manufacturing process of seamless tube and pipe
　　用穿孔等方法生产周围无接缝钢管或其它金属管和合金管。无缝管外径范围为 0.1～1425mm，壁厚为0.01～200mm。除圆形管外,还有多种异形断面管和交断面管。
　　生产方法和简史 无缝管生产方法很多。无缝钢管依据交货要求，可用热轧(约占80～90％)或冷轧、冷拔（约占10～20％）方法生产。热轧管用坯料有圆形、方形或多边形锭、轧坯或连铸管坯，管坯质量对管材质量有直接影响。热轧管有三个基础工序：①在穿孔机上将锭或坯穿成空心厚壁毛管；②在延伸机上将毛管轧薄，延伸成为靠近成品壁厚荒管；③在精轧机上轧制成所要求成品管。轧管机组系列以生产钢管最大外径来表示（见轧机）。无缝钢管生产方法见表1，括号中数字为创制年代。

无缝钢管生产有近 1历史。德国人曼尼斯曼弟兄于1885年首先发明二辊斜轧穿孔机，1891年又发明周期轧管机,19瑞士人施蒂费尔（R.C.Stiefel）发明自动轧管机（也称顶头式轧管机），以后又出现了连续式轧管机和顶管机等多种延伸机，开始形成近代无缝钢管工业。20世纪30年代因为采取了三辊轧管机、挤压机、周期式冷轧管机，改善了钢管品种质量。60年代因为连轧管机改善，三辊穿孔机出现，尤其是应用张力减径机和连铸坯成功，提升了生产效率，增强了无缝管和焊管竞争能力。70年代无缝管和焊管正并驾齐驱，世界钢管产量以每十二个月 5％以上速度递增。中国1953年后重视发展无缝钢管工业，已初步形成轧制多种大、中、小型管材生产体系。铜管通常也采取锭坯斜轧穿孔、轧管机轧制、盘管拉伸工艺。
　　自动轧管生产 生产无缝钢管方法之一。生产设备由穿孔机、自动轧管机、均整机、定径机和减径机等组成。其生产工艺步骤见图1。

穿孔机 常见二辊斜轧穿孔过程见图2。圆管坯穿轧成空心厚壁管（毛管），两个轧辊轴线和轧制线组成一个倾斜角。多年来倾斜角已由6°～12°增至13°～17°,使穿孔速度加紧。生产直径250mm以上钢管，采取二次穿孔,以降低毛管壁厚。带主动旋转导盘穿孔、带后推力穿孔、轴向出料和循环顶焊等新工艺也取得一定发展,从而强化了穿孔过程,改善了毛管质量。

自动轧管机 把厚壁毛管轧成薄壁荒管。通常经2～3道次，轧制到成品壁厚,总延伸率约为1.8～2.2。70年代以来，用单孔槽轧辊、双机架串列轧机、双槽跟踪轧制和球形顶头等技术，全部提升了生产效率，实现了轧管机械化。
　　均整机 结构和穿孔机相同。均整目标在于消除内外表面缺点和荒管椭圆度，降低横向壁厚不均匀。多年采取三辊均整机，提升了均整机变形量和均整效率。
　　定径机 由3～12架组成，减径机由 12～24架组成，减径率约达3～28％。50年代出现张力减径机,在调整辊速和减径同时，以合适张力控制壁厚。新型张力减径机通常见三辊式，有18～28架，最大减径率达80％，减壁率达44％，出口速度达每秒18mm。张力减径机有两端增厚缺点，可用“头尾端部突加电气控制”或微张力减径消除。
　　自动轧管机组 常见系列有外径为100mm、140mm、250mm和400mm四种,生产外径17～426mm钢管。机组特点是在穿孔机上实现关键变形，规格改变较灵活，生产品种范围较广。因为连续轧管技术发展，已不再建造140mm以下机组。
　　连续轧管生产 生产设备由穿孔机、连续轧管机、张力减径机组成。工艺步骤见图1。圆坯穿成毛管后插入芯棒，经过7～9架轧辊轴线互呈90°配置二辊式轧机连轧。轧后抽芯棒，经再加热后进行张力减径,可轧成长达165m钢管。140mm连续轧管机组年产40～60万吨，为自动轧管机组2～4倍。这种机组特点是适于生产外径168mm以下钢管,设备投资大,装机容量大,芯棒长达30m,加工制造复杂。70年代后期出现限动芯棒连续轧管机（MPM）,轧制时外力强制芯棒以小于钢管速度运动，可改善金属流动条件，用短芯棒轧制长管和大口径钢管。

周期轧管生产 以多边形和圆形钢锭或连铸坯作原料，加热后经水压穿孔成杯形毛坯，再经二辊斜轧延伸机轧成毛管,然后在带有变直径孔槽周期轧管机上,轧辊转一圈轧出一段钢管（图3）。周期轧管机又称皮尔格尔（Pilger）轧管机。周期轧管生产是用钢锭作原料，宜于轧制大直径厚壁钢管和变断面管。

三辊轧管生产 关键用于生产尺寸精度高厚壁管。这种方法生产管材，壁厚精度达成 ±5％，比用其它方法生产管材精度高一倍左右。工艺步骤见图4。60年代因为新型三辊斜轧机（称Transval轧机）发明，这种方法得到快速发展。新轧机特点是轧到尾部时快速转动入口回转机架来改变辗轧角，从而预防尾部产生三角形，使生产品种外径和壁厚之比，从12扩大到35，不仅可生产薄壁管，还提升了生产能力。

顶管生产 传统方法是方坯经水压穿孔和斜轧延伸成杯形毛管，由推杆将长芯棒插入毛管杯底，次序经过一系列孔槽逐步减小辊式模架，顶轧成管。这种生产方法设备投资少，可用连铸坯，能生产直径达1070mm、壁厚到200mm特大特厚管，但生产效率低,壁厚比较厚，管长比效短。出现CPE法新工艺后,管坯经斜轧穿孔成荒管，收口后顶轧延伸成管，克服了传统方法部分缺点，已成为无缝管生产中经济效益很好方法。
　　挤压管生产 首先将剥皮圆坯进行穿孔或扩孔，再经感应加热或盐浴加热，并在内表面涂敷润滑剂送入挤压机,金属经过模孔和芯棒之间环状间隙被挤成管材(图5)。关键用于生产低塑性高温合金管、异型管及复合管、有色金属管等。这种方法生产范围广，但产量低。多年来，因为模具材料、润滑剂、挤压速度等得到改善，挤压管生产也有所发展。

导盘轧管生产 又称狄塞耳(Diessel)法。穿孔后带长芯棒毛管在导盘轧管机上轧成薄壁管材。轧机类似二辊斜轧穿孔机，只是固定导板改成主动导盘。因为用长芯棒生产，管材内壁光滑，且无刮伤；但工具费用大，调整复杂。关键用于生产外径 150mm以下一般用途碳素钢管。现在使用较少，也无很大发展前景。
　　旋压管生产 将平板或空心毛坯在旋压机上经一次或数次旋压加工成薄壁管材。管子精度高，机械性能好，尺寸范围广，但生产效率低。关键用于生产有色金属管材，但也越来越多地用于生产钢管。旋压管材除用于生产生活器具、化工容器和机器零件外，多用于军事工业。
　　70年代，采取强力旋压法已能生产管径达6000mm、直径和壁厚之比达 10000以上大直径极薄圆管和异形管件。
　　冷轧、冷拔管生产 用于生产小口径薄壁、精密和异形管材。生产特点是多工序循环工艺。用周期式冷轧管机冷轧,其延伸率可达6～8（图6）。60年代开始向高速、多线、长行程、长管坯方向发展。另外，小辊式冷轧管机也得到发展。关键用于生产壁厚小于1mm极薄精密管材，冷轧设备复杂，工具加工困难，品种规格变换不灵活；通常采取冷轧、冷拔联合工艺，即先以冷轧减壁，取得大变形量，然后以冷拔取得多个规格。

无缝管生产 manufacturing process of seamless tube and pipe 　　用穿孔等方法生产周围无接缝钢管或其它金属管和合金管。无缝管外径范围为 0.1～1425mm，壁厚为0.01～200mm。除圆形管外,还有多种异形断面管和交断面管。 　　生产方法和简史 无缝管生产方法很多。无缝钢管依据交货要求，可用热轧(约占80～90％)或冷轧、冷拔（约占10～20％）方法生产。热轧管用坯料有圆形、方形或多边形锭、轧坯或连铸管坯，管坯质量对管材质量有直接影响。热轧管有三个基础工序：①在穿孔机上将锭或坯穿成空心厚壁毛管；②在延伸机上将毛管轧薄，延伸成为靠近成品壁厚荒管；③在精轧机上轧制成所要求成品管。轧管机组系列以生产钢管最大外径来表示（见轧机）。无缝钢管生产方法见表1，括号中数字为创制年代。

　　无缝钢管生产有近 1历史。德国人曼尼斯曼弟兄于1885年首先发明二辊斜轧穿孔机，1891年又发明周期轧管机,19瑞士人施蒂费尔（R.C.Stiefel）发明自动轧管机（也称顶头式轧管机），以后又出现了连续式轧管机和顶管机等多种延伸机，开始形成近代无缝钢管工业。20世纪30年代因为采取了三辊轧管机、挤压机、周期式冷轧管机，改善了钢管品种质量。60年代因为连轧管机改善，三辊穿孔机出现，尤其是应用张力减径机和连铸坯成功，提升了生产效率，增强了无缝管和焊管竞争能力。70年代无缝管和焊管正并驾齐驱，世界钢管产量以每十二个月 5％以上速度递增。中国1953年后重视发展无缝钢管工业，已初步形成轧制多种大、中、小型管材生产体系。铜管通常也采取锭坯斜轧穿孔、轧管机轧制、盘管拉伸工艺。 　　自动轧管生产 生产无缝钢管方法之一。生产设备由穿孔机、自动轧管机、均整机、定径机和减径机等组成。其生产工艺步骤见图1。

　　穿孔机 常见二辊斜轧穿孔过程见图2。圆管坯穿轧成空心厚壁管（毛管），两个轧辊轴线和轧制线组成一个倾斜角。多年来倾斜角已由6°～12°增至13°～17°,使穿孔速度加紧。生产直径250mm以上钢管，采取二次穿孔,以降低毛管壁厚。带主动旋转导盘穿孔、带后推力穿孔、轴向出料和循环顶焊等新工艺也取得一定发展,从而强化了穿孔过程,改善了毛管质量。

　　自动轧管机 把厚壁毛管轧成薄壁荒管。通常经2～3道次，轧制到成品壁厚,总延伸率约为1.8～2.2。70年代以来，用单孔槽轧辊、双机架串列轧机、双槽跟踪轧制和球形顶头等技术，全部提升了生产效率，实现了轧管机械化。 　　均整机 结构和穿孔机相同。均整目标在于消除内外表面缺点和荒管椭圆度，降低横向壁厚不均匀。多年采取三辊均整机，提升了均整机变形量和均整效率。 　　定径机 由3～12架组成，减径机由 12～24架组成，减径率约达3～28％。50年代出现张力减径机,在调整辊速和减径同时，以合适张力控制壁厚。新型张力减径机通常见三辊式，有18～28架，最大减径率达80％，减壁率达44％，出口速度达每秒18mm。张力减径机有两端增厚缺点，可用“头尾端部突加电气控制”或微张力减径消除。 　　自动轧管机组 常见系列有外径为100mm、140mm、250mm和400mm四种,生产外径17～426mm钢管。机组特点是在穿孔机上实现关键变形，规格改变较灵活，生产品种范围较广。因为连续轧管技术发展，已不再建造140mm以下机组。 　　连续轧管生产 生产设备由穿孔机、连续轧管机、张力减径机组成。工艺步骤见图1。圆坯穿成毛管后插入芯棒，经过7～9架轧辊轴线互呈90°配置二辊式轧机连轧。轧后抽芯棒，经再加热后进行张力减径,可轧成长达165m钢管。140mm连续轧管机组年产40～60万吨，为自动轧管机组2～4倍。这种机组特点是适于生产外径168mm以下钢管,设备投资大,装机容量大,芯棒长达30m,加工制造复杂。70年代后期出现限动芯棒连续轧管机（MPM）,轧制时外力强制芯棒以小于钢管速度运动，可改善金属流动条件，用短芯棒轧制长管和大口径钢管。

　　周期轧管生产 以多边形和圆形钢锭或连铸坯作原料，加热后经水压穿孔成杯形毛坯，再经二辊斜轧延伸机轧成毛管,然后在带有变直径孔槽周期轧管机上,轧辊转一圈轧出一段钢管（图3）。周期轧管机又称皮尔格尔（Pilger）轧管机。周期轧管生产是用钢锭作原料，宜于轧制大直径厚壁钢管和变断面管。

　　三辊轧管生产 关键用于生产尺寸精度高厚壁管。这种方法生产管材，壁厚精度达成 ±5％，比用其它方法生产管材精度高一倍左右。工艺步骤见图4。60年代因为新型三辊斜轧机（称Transval轧机）发明，这种方法得到快速发展。新轧机特点是轧到尾部时快速转动入口回转机架来改变辗轧角，从而预防尾部产生三角形，使生产品种外径和壁厚之比，从12扩大到35，不仅可生产薄壁管，还提升了生产能力。

　　顶管生产 传统方法是方坯经水压穿孔和斜轧延伸成杯形毛管，由推杆将长芯棒插入毛管杯底，次序经过一系列孔槽逐步减小辊式模架，顶轧成管。这种生产方法设备投资少，可用连铸坯，能生产直径达1070mm、壁厚到200mm特大特厚管，但生产效率低,壁厚比较厚，管长比效短。出现CPE法新工艺后,管坯经斜轧穿孔成荒管，收口后顶轧延伸成管，克服了传统方法部分缺点，已成为无缝管生产中经济效益很好方法。 　　挤压管生产 首先将剥皮圆坯进行穿孔或扩孔，再经感应加热或盐浴加热，并在内表面涂敷润滑剂送入挤压机,金属经过模孔和芯棒之间环状间隙被挤成管材(图5)。关键用于生产低塑性高温合金管、异型管及复合管、有色金属管等。这种方法生产范围广，但产量低。多年来，因为模具材料、润滑剂、挤压速度等得到改善，挤压管生产也有所发展。

　　导盘轧管生产 又称狄塞耳(Diessel)法。穿孔后带长芯棒毛管在导盘轧管机上轧成薄壁管材。轧机类似二辊斜轧穿孔机，只是固定导板改成主动导盘。因为用长芯棒生产，管材内壁光滑，且无刮伤；但工具费用大，调整复杂。关键用于生产外径 150mm以下一般用途碳素钢管。现在使用较少，也无很大发展前景。 　　旋压管生产 将平板或空心毛坯在旋压机上经一次或数次旋压加工成薄壁管材。管子精度高，机械性能好，尺寸范围广，但生产效率低。关键用于生产有色金属管材，但也越来越多地用于生产钢管。旋压管材除用于生产生活器具、化工容器和机器零件外，多用于军事工业。 　　70年代，采取强力旋压法已能生产管径达6000mm、直径和壁厚之比达 10000以上大直径极薄圆管和异形管件。 　　冷轧、冷拔管生产 用于生产小口径薄壁、精密和异形管材。生产特点是多工序循环工艺。用周期式冷轧管机冷轧,其延伸率可达6～8（图6）。60年代开始向高速、多线、长行程、长管坯方向发展。另外，小辊式冷轧管机也得到发展。关键用于生产壁厚小于1mm极薄精密管材，冷轧设备复杂，工具加工困难，品种规格变换不灵活；通常采取冷轧、冷拔联合工艺，即先以冷轧减壁，取得大变形量，然后以冷拔取得多个规格。