无缝不锈钢管的生产工艺研究

徐姚松 吴利阳 顾计松 高小华 孙丽 陈小福

摘要：现代科技推动了我国工业发展进程，设备性能与功用价值提高，尤其是在无缝不锈钢管的生产方面，冶炼质量与效率不断提高，工艺流程更加优化，误差率随之降低，实现了生产资源优化与高效利用。本文主要对无缝不锈钢管的生产工艺展开阐述，分析无缝不锈钢管生产流程与浇注问题，提出质量控制对策，希望对我国无缝不锈钢管生产水平与效益提升起到积极参照作用。

关键词：无缝不锈钢管;生产工艺;质量控制

我国钢铁整体生产水平不断提高，无缝钢管生产水平作为重要衡量指标，还需不断优化生产工艺，提高耐腐蚀等性能，以满足工业发展对无缝不锈钢管的使用要求。影响无缝不锈钢管生产效益的因素较多，在生产设备与工艺、质量控制等方面都应当加强创新优化，确保生产结果的理想性，贯彻落实高效与节能等生产政策号召，推动钢铁生产行业规范化发展。

一、钢管生产工艺技术分析

1.连铸管坯技术

连铸化在不锈钢生产行业中的应用越发自如，连铸机类型多样，包括弧形与立式等类型。相比较于传统的钢锭轧坯技术，不锈钢连铸坯技术的金属收得率与成产成本、铸坯质量等更加优越。浇注中易出现合金元素氧化的问题，会生成氧化物夹杂。钢水粘度大，浇注中易出现水口堵塞情况。不锈钢有复杂凝固形态与钢水导热性差等特征，浇注中易出现铸坯裂纹等现象，还需在拉坯与冷却等环节严格控制速度变化。尤其是各种无氧化保护浇注与电磁搅拌等新技术的应用，连铸质量得到了持续改进。针对于马氏体与奥氏体等难浇注类型的钢种，也可以采用连铸管皮技术，钢种范围不断拓展。

2.热挤压工艺

虽然生产不锈钢管的机组类型与数量多样化，但挤压机组的作用优势不能忽视，全球挤压机组数量超过六十套，大部分机组用于生产不锈钢管，少部分机组用于型材挤压。相比较于斜轧等轧制生产方式，挤压法在形变中更能承受三向压缩应力，针对于形边抗力大与钢号多等高要求的钢管，也能够得到理想的金相组织与内外表面质量等。尤其是改进后的立式液压穿孔设备，挤压后壁厚精度理想。挤压机工模具更换或制造便利，适合生产多规格与小批量的钢管。挤压机的生产规格范畴广泛，可生产拓展至直径25-245mm规格的钢管，在满足市场需求上的优势特征，也是其他轧管机组不能比拟的。挤压法可以直接使用连铸坯原料，生产品种灵活且质量稳定，可生产热挤压成品管与异型断面钢管。但自身的成材率低等问题不能忽视，还需加强生产工艺改进，以达到理想的成材率。高要求钢管品种多采用预钻孔或液压穿孔机穿孔及挤压的生产工艺;普通要求品种采用冷加工原料管，根据实际情况采用合理的生产工艺;小规格钢管用立式液压穿孔机，对实心坯料进行穿孔挤压;中等规格采用预钻孔与挤压机挤压成管;可见挤压法是应用最广泛与性价比最高的生产方式。随着自动化挤压机与无氧化加热等先进技术的运用，热挤压法生产不易变形钢管与高合金钢管的应用率显著提高，传统二辊斜轧穿孔等生产方法的不适用性特征逐步突显。但热挤压生产中的开裂情况不能忽视，还需加强温度与挤压速度等因素的控制，以减少裂纹产生[1]。

3.冷轧结合冷拔工艺

大部分钢管生产都需要冷加工工艺，同时推动了冷加工设备发展步伐。冷加工工艺分为冷轧与冷轧及两种工艺结合的三种类型，冷轧与冷拔联合工艺在国外应用普及。现代科技发展进一步优化了冷轧管机的性能，钢管大减径量与壁量的形式生产成为了可能，机组可完成80%的变形量。尤其是冷轧定壁为主，冷拔控制钢管外径与规格为辅的生产工艺应用，各种品种与规格钢管的生产要求得以满足。联合生产工艺有成品质量佳、壁厚及外径精度高、加工周期短、省略热处理各工序、能源节省等优势，荒管原料利用率提高，原理规格种类得以简化。在现代科技带动下，冷轧管机组逐步向着环孔型与长行程等方向迈进，尤其是惯性扭矩垂直平衡机构的运用，机组往返次数逐步增大。环孔型的轧制变形送尽量与均匀性加强。荒管原料利用长管坯，长度随之增加，机组利用率随之增大。抛物面孔型与曲线型芯棒的运用，使得金属变形更符合要求，工模具利用效益随之加强，但运用中因异常受力引起疲劳弯曲导致芯棒断裂失效等问题影响不能忽视，还需在生产中加强影响不锈钢产品质量的应力等内在因素的观察与处理[2]。机组生产精度与能力不断提高，链式冷拔管机组相对于液压冷拔管机应用更加广泛，是钢管生产主要冷拔管机结构。尤其是温轧技术的应用，可将管料加热到指定温度，同时凭借变形量大与轧制力小等优势，使得总变形量得到显著提升。

二、热轧无缝钢管生产流程

热轧无缝钢管分为多种类型，生产工序包括管坯准备检查与加热、穿孔、轧管、荒管加热、定径、热处理、矫直、精整、检验、入库。无缝钢管轧制以圆管坯原料为主，经过切割加工成长度固定的坯料，经过熔炉加热，用乙炔等燃料为管坯解热，需合理控制熔炉内温度。对出炉后的管坯用锥形锟穿钢管孔机进行穿孔，经过三锟斜轧与连轧。挤压后脱管用锥形钻头定径，用冷却塔喷水冷却。最后对冷却后矫直的钢管进行内部探伤，及时发现有气泡与裂纹等问题的钢管。最后做好规格与编号等标记及入库工作。

三、钢管生产质量控制

不锈钢管质控内容繁琐，需涉及到自动控制技术与尺寸检测技术、精整工序等环节，对技术人员的专业水平提出了更高要求，直接关乎不锈钢管生产质量。其中无损探伤工序不能忽视，在传统无损探伤基础上，应当灵活运用超声波与涡流等探伤机组，以及激光測径与超声波测厚等装置，对钢管各个生产环节进行产品质量检测控制。综合探伤机组形成高效处理系统，通过信号与数据转化，利用计算机技术处理，实现无损检测自动化与信息化，更利于生产质量与效率提升。尤其是针对于成品细微质量缺陷的控制，成品出现锈斑问题与加热炉温度控制不合理，氧化铁不易与加热的坯料剥离，在冷却床上形成红褐色锈斑有关;出现表面粗糙与钢管在定减径机时被挤压附着在表面有关;氧化铁形成与温度、加热时间、加热炉气氛等因素影响都有关系;对此，应当加强注重与合理调整[3]。检测与技术控制是我国机械行业发展薄弱环节，还需积极引入国外先进国外的无缝钢管生产技术，追求产量的同时，更注重成本降低与产品质量提升，衍生出更多新的工艺及设备，以推动钢管生产行业健康发展。

总结：

社会经济发展对钢铁行业生产水平提出了更高要求，但受技术等因素限制，无缝不锈钢管水平整体偏低，仍处于摸索性前进阶段。为满足工业发展对耐腐蚀性等高性能要求的钢管生产需要，还需在钢管生产中加强精密设备的合理配备，加强工艺流程优化与生产质量控制，以达到理想的生产效果。

参考文献

[1]赵增强，陈书仁.Inconel 718无缝钢管热挤压开裂分析[J].冶金与材料，2018.（6）：160-161

[2]邱家乐.无缝钢管生产用芯棒断裂失效分析[J].理化检验-物理分册，2020，56（1）：70-74.

[3]朱锦铭.对热轧无缝钢管生产时产生细微质量缺陷的控制[J].中国金属通报，2018，994（7）：97-98.

第一作者简介：

徐姚松（1971年5月），男，汉族，浙江海盐人，大专学历，浙江中达特钢股份有限公司，工程师，工作及研究方向：不锈钢加工与成型。