冷拔精密无缝钢管生产工艺控制要点

张伟 沈征杰

[摘    要]随着社会的发展以及科学技术的进步，冷拔精密无缝钢管的应用越来越广。这种无缝钢管不仅内外壁都没有氧化层，在承受高压时不会发生泄漏，扩口压扁时也没有裂缝，而且精度、光洁度都相对较高，表面已经做好防锈处理等优势特点，在机械结构、液压设备等多领域广泛使用。主要分析冷拔精密无缝钢管在当前普通链式拉拔设备条件下生产工艺流程以及在此流程基础上的生产工艺控制要点。

[关键词]冷拔精密无缝钢管;生产工艺;控制要点

[中图分类号]TG356.11 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）05–00–03

Study on key Points of Production Process Control

of Cold-drawn Precision Seamless Steel Pipe

Zhang Wei，Shen Zheng-jie

[Abstract]With the development of modern society and the progress of science and technology， the application of cold drawn precision seamless steel pipe is more and more widely， because this seamless steel pipe not only has no oxide layer on the inner and outer walls， but also does not leak when subjected to high pressure. There are no cracks when the flaring is flattened， and the precision and finish are relatively high. The surface has been treated with anti-rust treatment and other advantages. It is widely used in many fields such as mechanical structure and hydraulic equipment. This paper mainly analyzes the production process of cold-drawn precision seamless steel pipe under the current ordinary chain drawing equipment and the key points of production process control based on this process.

[Keywords]cold drawn precision seamless steel pipe; production process; control points

冷拔精密无缝钢管也就是冷轧精密无缝钢管，在众多领域中都比较适用，比如，在机械机构、液压设备适以及汽缸或汽油等汽车摩托车的气动/液壓元件等领域中都会用到。为了达到大部分用户对其精度与表面光洁度的要求，大部分小型无缝钢管生产厂家在实际交货时都是在冷轧方式生产冷轧管状态下来进行的。冷拔精密无缝钢管施生产工艺控制既有利于将加工周期缩短，使生产效率不断提高，而生产成本也能不断降低，并促进其钢管力学性能的有效改善，最为重要的是符合环保要求。

1 冷拔工艺发展背景以及工艺流程

1.1 冷拔工艺发展背景

钢管的冷加工法一般用于碳素钢、合金钢或者是不锈钢等机械结构中，拉拔加工法与轧制加工法是人们所熟知的，在进行加工处理时分别需要用到拉拔机与皮尔格式轧机。相比于轧制加工法，拉拔加工法能够将冷加工钢管更高效率的制造出来，并且在油压缸与气压缸中广泛应用。现阶段，我国现行标准的最高钢级相关规定中与实际的油压缸与气压缸使用要求并不相符，尤其是拉抗强度、尺寸偏差等都无法与实际需要相匹配，使得在油压缸与气压缸中所需要用到的无缝钢管只能进口，无法自给自足，这对于我国冷拔钢管的长远发展会带来一定的制约。为了能够将现有冷拔技术中存在的不足之处有效克服，就需要研发出一种高效的冷拔精密无缝钢管制造方法，使得制造出的无缝钢管才能与实际要求相符。这种精密钢管是经过冷拔（冷轧）处理后才形成的一种高精密钢管材料，既有着较高的屈服强度、抗压强度，又有着高精密尺寸，而且表面非常光滑，贮油性能尚佳，在运转过程中不会出现停顿状况，非常顺畅，此外还能够将其使用期限延长。在机械结构或者是液压设备等制造过程中选用冷拔（冷轧）精密无缝钢管，不仅能够将机械加工工时有效的节约，而且能够将材料利用率明显提高，还有利于促进产品质量的提高。

1.2 冷拔工艺流程

通常情况下，要进行冷拔精密无缝钢管生产时主要的坯料主要是普通的冷拔钢管，为了能够确保精密钢管的质量，就需要将坯料进行精拉道次处理，并且要结合实际生产条件将生产过程进行适当的调整，具体的冷拔工艺流程即为：首先要热轧毛管、对毛管进行全面、细致的检查与修磨，将毛管进行酸洗，再对酸洗之后的毛管进行再次检查;其次，在酸洗检查完成后冷拔，也就是中间退火和酸洗，矫直处理是在精拉道次之前就需要完成的，做完矫直处理后，还需要再进行酸洗和润滑，然后进行精拉;最后则是进行成品前处理，在相应的处理结束后就能够将成本入库。冷拔精密钢管在进行精拉处理之前，不管是哪个拔制道次环节都应该遵循普通钢管的变形工艺进行设计，当精拉道次处理后，拔制工艺也就变成了较小变形量的。

2 工艺控制过程

2.1 热轧毛管供给与复检

热轧毛管来自于Φ76 mm自动轧管机组，该工艺设备是较为落后，基本上被淘汰，与当前的冷拔精密无缝钢管质量要求有着很大的差距。不过这种热轧毛管可以作为坯料进行精拉道次处理，然后进行使用。通常情况下，毛管的壁厚都是极为不均匀的，不管是内表面，还是外表面，都有着很多明显的缺陷，尤其是在无配置外表面抛光的情况下或者内表面缺陷清理设备情况下，即使是进行冷拔工序也难以保证这些内表面和外表面的缺陷能够彻底被消除。当关停热轧机组后，就需要外合格的热轧成品将其代替。冷拔精密无缝钢管在生产过程中将热轧毛管酸洗复检工序新加入其中，这样就不会像普通冷拔钢管一样其外表面有折叠或裂纹等各种缺陷，冷拔精密无缝钢管的毛管则是没有折叠缺陷或者裂缝问题，除此之外，还需要将内表面上有严重折叠缺陷、划线缺陷严重以及麻面的毛管都选除掉。

2.2 工具、模具设计与加工

通常情况下，冷拔精密无缝钢管在生产过程中需要用到表面光洁度、尺寸精度、硬度等多方面要求都比较高的工具，表面光洁度最少为Ra0.4、尺寸精度最少为H3，而硬度最少为70HRC，这些要求都是最基本的，还需要在实际的拔制过程中有效地避免顶头或者模具倒贴的情况发生，拔制钢种的强度至少要达到45#钢以上，如果拔制的是小規格钢管，那么就需要防止顶头爆裂问题的出现，而且不管是顶头，还是外模的耐磨性都需要达到相应要求。如果在实际生产过程中发现，要想使冷拔精密无缝钢管在生产过程中满足相应的质量要求，就可以选择使用N系列粉末合金无磁性顶头，在对不同的合金顶头性能与实际使用效果进行对比时可以发现，无磁（YG3）合金顶头的硬度不小于72 HRC、抗拉强度不小于1050 MPa、抗压强度为5900 MPa，使用情况较好;有磁（YG8）合金顶头的硬度不小于71 HRC、抗拉强度不小于1500 MPa、使用情况为有粘钢;N系列粉末合金顶头的硬度不小于72 HRC、使用情况很好。

要想有效地拉拔出各种尺寸精度的钢管，就需要相应顶头与相应模具的有效配合，尤其是较大规格的精密钢管在生产过程中，为了能够使其达到一定的稳定性要求，就需要使用普通形状的顶头设计，而在精拉道次这一工序中，中式模具的应用是不可缺少的。如果在生产规模较少的精密钢管时，很难高效的进行成品成品道次带芯拔制，因为在这一过程中顶头极为容易发生爆裂问题，或者螺纹连接段发生断裂问题，除此之外，因为顶头以及外模定径代都相对较短，在进行调整时很难达到准确性。而且在进行小规格顶头设计时也并不是一项简单的工作，有着一定的难度，在产时间的实际生产过程中可以发现，实心顶头的应用以及定径带长度的增加能够使工作锥锥角明显减少，这样顶头爆裂问题以及调整困难问题都能够有效地解决，而螺纹连接断裂问题也能够有效地避免。除此之外，在加工制造过程中所使用的工具与模具都是由专业厂所提供的，而且这些工具与模具的加工与制造需要一定的周期。

2.3 退火质量与退火设施

在所有冷拔管生产过程中退火与酸洗工序是必不可少的，这对成品管的性能以及表面质量有着一定的决定作用。在进行退火这道工序时，需要加热杠杆，使其表面能够产生由铁与三种氧化物发生作用的氧化铁皮。钢管在退火状态下进入到下一工序之前就需要进行酸洗，这一处理主要是为了将钢管的氧化铁皮清除干净，如果不能将氧化铁皮彻底清除，那么就会影响退火质量以及钢管的实际性能。在实际生产过程中，低温退火制度的应用能够有效地应对无配套无氧化退火设备条件。不同规格的钢管退火制度为：中间管，钢种为10#～20#，壁厚3～4.5 mm/4.5～6 mm，温度一般在780～820 ℃，加热时间大约为9～11 min/11～13 min，辊速控制在3.0～2.5 m·min/2.5～2.0 m·min;成品管，钢种为10#～20#，壁厚3～45 mm/4～5 mm，温度一般在780～820 ℃，加热时间大约为9～11 min/11～13 min，辊速控制在3.0～2.5 （m/min）/2.5～2.0 （m/min）。在当前的退火炉加热制度中，难以对其进行有效地控制，使得钢管表面质量以及性能要求都难以得到有效地保护，为了能够确保其表面质量以及性能要求都得到相应的保证，就应该在冷拔精密钢管生产过程中将相应的无氧化光亮退火炉设备进行合理化配备。在进行低温退火时极为容易导致拔制困难，而且会极大地缩短冷拔工具、模具的实际使用寿命，顶头爆裂现象以及顶头芯杆连接处断裂问题也会难以避免的出现。

2.4 酸洗、润滑

在酸洗这一工序中，一定要严格控制酸洗温度以及酸洗时间。在实际生产过程中所使用的硫酸液相关参数为H2SO4浓度为4%～15，FeSO4含量不超过250 g·1-1，酸洗温度一般在40 ～70 ℃，酸洗时间大约为10 ～45 min。在使用硫酸进行时钢管的清洗时，其表面非常容易形成一定的黑渣，而且在后续的生产过程中这些黑渣会逐渐变为黑斑，不管是黑渣还是黑斑都与Fe2O3、Fe2O4有关，其非常容易溶于盐酸中，所以要想避免黑斑的形成，那么就需要将5～10 g的NaCl加入到酸池中。磷化加润滑（皂化）能够有效地使钢管润滑完成，钢管在磷化液中其表面会有盐酸盐层附着，这些盐酸盐层的附着能力都是比较强的，而且在润滑液中的钢管在吸附润滑剂时可以通过其表面的磷化层来实现，这样钢管润滑的目的就能够达到。一般情况下，钢管磷化所使用的磷化剂都是由专业厂家来提供的。要想达到更好的磷化效果，就需要对磷化液的成分、浓度以及温度等进行适当的控制，磷化池中的各成分实要与时间控制为：磷化液总酸度为15～35滴，游离酸度为0.5 g·1-1

～3.5 g·1-1，硝酸应为5 g·1-1～20 g·1-1，磷酸≮2 g·1-1，Fe2+≮2 g·1-1，磷化控制时间大约在10 ～30 min。

在实际生产过程中，钢管润滑剂还可以直接使用树脂，这是一种天然润滑剂，主要是利用树脂自身较强的附着能力在钢管表面吸附，这样就没有必要再经历磷化过程。相比于磷化加润滑剂，树脂润滑与之有着非常明显的区别，这样拔制出来的钢管颜色呈现出的是铁基体的本色，不仅光洁度非常高，而且外观色泽非常漂亮，这样钢管表面上的细小缺陷在检查过程中更容易及时被发现，并且能够采取相应的措施予以及时有效地处理。

3 冷拔精密无缝钢管注意事项

（1）毛管壁的厚度要尽量均匀，不管是内表面缺陷还是外表面缺陷都要少，在外表面抛光及内孔缺陷清理设备一定要优化配置。

（2）在复查工作中，冷拔精密无缝钢管在生产过程中需要将热轧毛管的酸洗以及复检工序适当的加入其中，一般情况下，普通的冷拔钢管并没有酸洗以及复查工序，使得毛管外表面存在着折叠或裂纹等缺陷，而酸洗与复查工序则能够有效地将其避免。除此之外，在酸洗以及复检工序中还能够将毛管内表面存在的折叠缺陷以及麻面缺陷等有效地排除掉。

（3）在工具方面，在冷拔精密无缝钢管生产过程中需要使用到的工具都必要達到相应的标准要求，尤其是表面光洁度、尺寸精度以及硬度等方面的要求必须要达到合格标准，与此用时，在拉拔过程中还要防止顶头粘钢现象或模具粘钢现象的发生。

（4）在退火这一工序中，要想确保退火质量，使得钢管性能能够更好，就需要及时的清除氧化铁皮。退火工序在整个冷拔精密无缝钢管生产中的所有工序中占据着非常重要的地位，因此，一定要高度重视退火工序，并要优化配置无氧化光亮退火炉设备。第五，在酸洗这一工序中，需要用硫酸对精密无缝钢管进行酸洗，因为在酸洗过程中很容易导致“黑渣”形成，并且可能会导致表面黑斑在后续中出现，为了有效地防止这一现象的发生，就需要将适量的是氯化钠加入到酸池中，这样有利于避免黑斑出现。

（5）润滑工序，相比于磷化加润滑这样的润滑方式，将树脂直接当做润滑剂使用，效果更为明显，不仅有利于确保精密无缝钢管保持铁基体本色，而且能有效地将光洁度提高，使其色泽更加漂亮。除此之外，还需要注意的事项是将毛管质量检测以及整修方面的工作做到位。

4 冷拔精密无缝钢管生产中存在的不足之处以及相关建议

在冷拔精密无缝钢管生产过程中，酸洗、磷化以及润滑等工序都会带来一定的环境污染问题，而且在城区的工厂中，不管是“三废”的排放，还是“三废”的处理，都是难以有效完成的，而且环保压力也是巨大的。相比于其他类型的冷拔机，链式冷拔机的中心线有着极大地误差，虽然将可自动调节拔制中心线的模套装置在生产过程中就加装其中，使得拔制时没有较强的稳定性，而且拔出的钢管非常容易出现弯曲度过大的情况。除此之外，冷拔工序非常复杂，并且生产成本呀相对较高。因此，建议相关企业要将现代化精密无缝钢管生产线建立起来，并将所有落后的冷拔生产工艺与相应产能都淘汰。

5 结束语

综上所述，在当前普通的链式拉拔设备条件下进行冷拔精密无缝钢管生产，不仅要严格的控制相关工艺流程以及模具设计，而且还需要综合考虑退火、酸洗与润滑条件等，使得冷拔精密无缝钢管的生产工艺能够进一步强化，从而在现代化精密无缝钢管生产线建立中能够实现真正的转型升级以及可持续发展。

参考文献

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[2] 郭琳，徐生华，王红斌，等.智能化冷轧无缝钢管生产工厂体系架构设计[J].重型机械，2019，（3）：8-15.