无缝钢管-多年经验造就好品质

继周期轧管工艺之后，世界上又先后出现了多种轧管工艺。其中包括艾哈德轧管、自动轧管、狄塞尔轧管、三辊轧管、热挤压管、连续轧管、冷拔（轧）管、热扩管等8种轧管工艺。现分别予以介绍。 

1 艾哈德（Ehrhardt）轧管工艺 

艾哈德于1891年发明水压冲孔工艺以生产冲孔杯状坯，并于1899年完成用芯棒将冲孔坯顶推通过一系列直径逐渐缩小的圆环以生产无缝钢管的方法。通常又称为顶管工艺。 
现今特大口径无缝钢管仍采用顶管法生产，直径可达1 066 mm，20世纪80年代，曼内斯曼公司将此工艺发展为CPE工艺，主要生产中小直径无缝钢管。

2 自动轧管工艺 

斯蒂弗尔（Stiefel）1895年获得盘式穿孔机的专利后，台自动轧管机于1903年在美国投产，1905年采用均整机的自动轧管机组诞生。自动轧管机又称为斯蒂弗尔轧管机。之后，自动轧管机一度成为生产无缝钢管的主要机组。

3 狄塞尔轧管工艺和Accu Roll轧管工艺 

Sam Diescher首先构思将旋转导盘引入二辊斜轧机代替原先的导板，以进行延伸轧管，并于1932年诞生台狄塞尔（Diescher）轧管机。半个世纪之后，美国AS公司首先将锥形辊引入斜轧管机并获得专利，1989年世界上台Accu Roll轧管机在我国烟台投入生产。

4 三辊轧管工艺 

这是一种三辊斜轧管工艺，毛管在芯棒与3个辊之间被辗轧延伸，三辊轧管机又称阿塞尔（Assel）轧管机。

5 热挤压管工艺 

早在曼内斯曼兄弟发明斜轧穿孔前，就已经有了采用热挤压铝材的工艺来生产无缝钢管的专利。但只是在20世纪50年代成功采用玻璃润滑剂之后，钢管的热挤压工艺才获得真正的应用和快速发展。现代热挤压钢管工艺主要用于高合金难变形管材及异型管材的生产。

6 连续轧管工艺 

早在1891年美国凯洛格（Kellogg）钢管厂就已获得连续轧管机的专利。但由于众多的技术原因，这一工艺并未获得真正成功。直到20世纪50年代这种工艺才获得巨大发展，并以其高产能、率、高质量逐渐成为生产无缝钢管的主导轧机。 

纵观上述多种轧管工艺，它们诞生在不同时期，经不断改进并发展自身的特点，以满足市场对产品的规格、品种、质量和不同批量的要求。并在不同时期，陆续形成各种无缝钢管生产方式。目前三辊行星轧管机(PSW)及穿孔机轧管工艺(CPS)的研制与开发，表明世界上仍在继续探索新的轧管工艺。

7 冷拔（轧）管工艺 

为了扩大、补充及提高热轧无缝钢管的品种和质量，所采用的管材二次加工技术——冷拔（轧）及热扩管工艺亦得到相应发展。 

早在热轧无缝钢管生产方法采用之前，冷拔工艺就已经用于焊管的二次加工。冷轧工艺是由美国Tabl Reduing公司于1931年获得专利，采用类同周期轧管机的变形工艺（机架往复运动，多道次变形），因此又称为冷皮尔格轧管机。 

采用冷拔（轧）方法不仅可以生产热轧方法难以生产（或不经济）或无法生产的规格品种及高质量要求的产品，而且也可采用穿轧毛坯代替热轧生产小规格钢管及高质量的特殊品种（如轴承管、不锈钢管等）。目前我国冷拔（轧）产品占无缝钢管总产量的20%左右，远高于美国、日本、俄罗斯等国的产量。

8 热扩管工艺 

热扩管工艺是生产大口径无缝钢管的主要方法，分辊式（斜轧）、拉扩式和推制式3种形式。辊式扩管扩径可达1 500mm，适合于规模生产；而推制式扩管设备简单，投资少，产量低，仅适合于小批量生产。 

我国现有无缝钢管热轧成品机组36套，另有多套冷轧（拔）管机组。其中热轧管机组包括连轧管机组、自动轧管机组、周期轧管机组、精密轧管机组（Accu Roll）、圆盘轧管机组（Diescher）、三辊轧管机组、扩管机组、顶管机组及挤压管机组等九大类。也进行过三辊行星轧管机的工业性试验。还有100多台（套）生产无缝毛管的设备（主要是穿孔机），较之世界上任何一个的生产机组都多，可谓世界上无缝钢管生产机组的博物馆。 

现今热轧无缝钢管生产的基本工艺是：坯料准备→加热→穿（冲）孔→ 再加热轧管→定径→精整、检查、测试（冷却、矫正、切（锯）头、取样、探伤、水压、测重称重、防腐等）→包装入库。 

其中主要热变形工序是穿（冲）孔、轧管及定（减）径。穿（冲）孔主要是将实心管坯变成中空的荒管；轧管主要是减壁及控制壁厚，亦是纵向延伸变形的主要工序；定（减）径主要是减径及控制外径，同时也可调整壁厚（张力减径）。 

由于轧管工序不仅是轧管纵向变形的主要工序，而且对壁厚控制，表面质量，以至整个机组的生产效率都起着至关重要的作用。因而人们已习惯于将轧管工序的名称称为该机组的型式，如连轧管机组、自动轧管机组、精密轧管机组等。 

由于对无缝钢管质量的高要求及热轧钢管机组、快速发展，促使钢管精整工艺和设备进一步发展及现代化。步进式冷床、多辊式钢管矫直机、切管机及排管锯、快速铣头倒棱机、自动测长、称重、喷印及机械化捆扎装置等相继出现并广泛应用。而相关技术的发展，特别是连铸圆坯工艺的日趋成熟以及在线检测、自动控制技术的运用更加推动了无缝钢管生产技术的发展。对产品的更高质量要求及专用管材还需进一步进行热处理（正火、退火、调质等）和机加工（车丝扣、扒皮、磨光、端部加厚等）。 

内直筋钢管是指钢管的内表面沿圆周带有均布的直筋，这种钢管主要用于制作散热器，如大型变压器的散热器。用带有直筋的钢管制作的散热器具有散热能力强、重量轻，加工制作工时少等优点。其生产主要采用冷拔法，用固定模冷拔，也可用辊式模冷拔。金属在内外模和拔制力作用下，凸筋进入减壁段后立即被充填到一定高度。由于不均变形而产生的附加拉缩变形，可使凸筋高度保持稳定。内螺旋凸筋管是指钢管内表面带有螺旋凸筋，这种异型管传热效率高，使用可靠，被广泛用于高压锅炉的水冷壁。内螺旋凸筋管的成型方法有机加工成型法、焊接+机加工成型法和冷拔成型法。相比之下，冷拔成型法的生产效率高，成本低，经济效益好，是目前生产内螺旋凸筋管的一种主要方法。冷拔成型法是在冷拔过程中使芯头作螺旋运动，从而在圆管内表面形成内螺旋凸筋。其外模为固定式，内模采用短芯头。 

我国在20世纪90年代初展开了对内凸筋管方面的研究与试生产。东北工学院在这两种形式的内凸筋管的理论分析、工具制作、试验研究上已取得如下一系列成果。 

冷拔内直筋散热器钢管的难点，是在拔制过程中凸筋高度充填的同时伴随着凸筋被拉缩。他们通过试验，分析了筋底壁厚压下率（ε％）、壁径比（δ0/D0）、齿高比（ｋ）及摩擦条件诸因素对凸筋高度充填和凸筋拉缩的影响及它们之间的关系。从工模具设计角度，侧重探讨模具形状对内直筋管冷拔成型的影响。在模具设计的基础上提出了模具的形状参数，根据实验结果，确定了合理的形状参数值，从而为模具设计提供了重要依据。他们先后对固定模拔制内直筋管和辊模拔制内凸筋管，用工程推导法推导出了冷拔内直筋管拔制力计算方法的理论公式，并进行了实验验证。固定拉模的理论计算值与实测值的相对误差小于１５％。辊模拔制内直筋管拔制力的计算值约为固定模所需拔制力实测值的１/３，约为固定模计算值的２/５，这有利于得到凸筋更高的内直筋管。 

冷拔内螺旋凸筋管的生产难点是在拔制过程中内螺旋凸筋拉缩。通过实验，分析工艺因素（筋底壁厚压下率、壁径比、壁厚不均度和齿高比）对凸筋拉缩的影响，得出了凸筋拉缩的理论计算式，用该计算式可较准确地选择拔制管料。 

 在设计冷拔内螺旋凸筋管的模具时，需慎重考虑芯头的螺旋升角，如果选择过大，会导致芯头停止旋转，即芯头旋转自锁现象。利用螺旋副模型推导出了内螺旋凸筋管成形时螺旋升角的临界值为39°～55°，此值与实验结果相吻合。芯头凸筋轴向侧壁角越小，越有利于螺旋凸筋的成形，同时螺旋升角的临界值随摩擦因数的变化而变化，摩擦因数越小也越有利于螺旋凸筋的成形，因此，在内螺旋凸筋管的拔制过程中须保持良好的润滑条件。此结论为内螺旋凸筋管的模具设计提供了重要依据。 

通过分析冷拔内螺旋凸筋管内芯头的形式，得出了适合批量生产的内芯头形式是圆柱形螺旋直线内芯头。实验表明，用圆柱形螺旋直线内芯头可生产出符合设计要求的内螺旋凸筋管，并且内芯头的制造成本低，使用寿命长。