无缝钢管工艺精湛

一、变形的原因

钢的变形主要原因是钢中存在内应力或者外部施加的应力。内应力是因温度分布不均匀或者相变所致，残余应力也是原因之一。外应力引起的变形主要是由于工件自重而造成的“塌陷”，在特殊情况下也应考虑碰撞被加热的工件，或者夹持工具夹持所引起的凹陷等。变形包括弹性变形和塑性变形两种。尺寸变化主要是基于组织转变，故表现出同样的膨胀和收缩，但当工件上有孔穴或者复杂形状工件，则将导致附加的变形。如果淬火形成大量马氏体则发生膨胀，如果产生大量残余奥氏体则相应的要收缩。此外，回火时一般发生收缩，而出现二次硬化现象的合金钢则发生膨胀，如果进行深冷处理，则由于残余奥氏体的马氏体化而进一步膨胀，这些组织的比容都随着含碳量的增加而增大，故含碳量增加也使尺寸变化量增大。

二、淬火变形的主要发生时段

1.加热过程：工件在加热过程中，由于内应力逐渐释放而产生变形。

2.保温过程：以自重塌陷变形为主，即塌陷弯曲。

3.冷却过程：由于不均匀冷却和组织转变而至变形。

三、加热与变形

当加热大型工件时，存在残余应力或者加热不均匀，均可产生变形。残余应力主要来源于加工过程。当存在这些应力时，由于随着温度的升高，钢的屈服强度逐渐下降，即使加热很均匀，很轻微的应力也会导致变形。

  一般，工件的外缘部位残余应力较高，当温度的上升从外部开始进行时，外缘部位变形较大，残余应力引起的变形包括弹性变形和塑性变形两种。

  加热时产生的热应力和想变应力都是导致变形的原因。加热速度越快、工件尺寸越大、截面变化越大，则加热变形越大。热应力取决于温度的不均匀分布程度和温度梯度，它们都是导致热膨胀发生差异的原因。如果热应力高于材料的高温屈服点，则引起塑性变形，这种塑性变形就表现为“变形”。

  相变应力主要源于相变的不等时性，即材料一部分发生相变，而其它部分还未发生相变时产生的。加热时材料的组织转变成奥氏体发生体积收缩时可出现塑性变形。如果材料的各部分同时发生相同的组织转变，则不产生应力。为此，缓慢加热可以适当降低加热变形， 采用预热。

  此外，由于加热中因自重而出现“塌陷”变形的情况非常多，加热温度越高，加热时间越长，“塌陷”现象越严重。

1 压力冲孔

压力冲孔是将加热的方坯或波浪形钢锭装入圆形模中，然后用压力机驱动冲头在管坯中心部分冲出内孔。一般所冲内孔的面积相当或稍大于坯料与圆形模的间隙，因而变形量很小，延伸系数一般不超过1.1。

2 推轧穿孔

推轧穿孔可以看成是压力冲孔的一种改进形式，即把压力冲孔时的固定圆模改成带圆形孔型的1对轧辊，轧辊由电机驱动。当轧辊旋转将管坯咬入孔型并轧制时，固定在孔型中心位置的冲头便将其穿透成中空的毛管。为了推动轧制，在坯料的尾端需增加一个后推力，因此叫做推轧穿孔。

推轧穿孔是在当时圆连铸工艺尚不成熟，需采用方连铸坯进行穿孔轧管的一种方法，虽然比压力冲孔有了较大改进，但变形量仍然小，所以毛管短且厚，尤其容易产生较大的壁厚不均。因此，在穿孔之后，需要设置斜轧延伸机，以减薄毛管壁厚及延伸毛管长度，并减小毛管壁厚不均程度，但随着圆连铸坯工艺日臻成熟，该方式已逐渐被斜轧穿孔取代。

3 斜轧穿孔

斜轧穿孔是基于圆管坯被2个相互倾斜同向旋转的轧辊咬入并螺旋前进，通过由轧辊、导板（或导辊、导盘）和顶头所构成的孔型将管坯穿成中空的毛管。

实际上，圆管坯被轧辊咬入、旋转并压缩变形螺旋前进，在与顶头接触前，管坯的中心区在拉、压应力反复作用下的塑性变形逐渐发展成疏松，随着疏松的逐渐加重将导致中心破裂而形成“孔腔”（又称“横锻效应”）。因此，需将顶头前端调整在管坯出现疏松而未形成“孔腔”的位置，此时穿孔力能消耗低，工具磨损少，穿出的毛管质量好。如果管坯在已形成“孔腔”后才与顶头接触变形，则很容易在毛管的内孔形成“内折”。

二辊斜轧穿孔是德国曼内斯曼兄弟于1885年发明，并经后人的多次改进与完善，发展至今，斜轧穿孔已成为热轧无缝钢管生产主要的穿孔方式。

 

斜轧穿孔机的类型：斜轧穿孔机按轧辊数目可分为二辊斜轧穿孔机和三辊斜轧穿孔机。

三辊斜轧穿孔机由于孔型封闭性差，穿孔薄壁管时容易形成尾三角，因而仅局限于生产中厚壁钢管的机组中，如三辊轧机。

二辊斜轧穿孔机按轧辊形状可分为盘式穿孔机、锥形辊穿孔机和桶式或曼式穿孔机。其区别在于其轧辊轴线与轧制中心线的倾角不同，由此造成在变形运动学上的较大差异。

导板、导辊和导盘都是二辊穿孔机的导向装置，其中导板为固定，导辊为隋辊，导盘由马达驱动旋转。它们不仅对穿孔毛管变形过程起到导向，保持毛管中心及轧制稳定的作用，同时也起到限制毛管横向变形的作用。导板、导辊和导盘与轧辊顶头一起组成封闭性穿孔孔型。

加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。 　　金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。 　　加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理目的不同而异，但一般都是加热到某特性转变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。 　　冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。 　　金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用广的金属，而且钢铁显微组织也为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。 　　整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。 　　退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，或者是使前道工序产生的内部应力得以释放，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火或称常化是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为终热处理。 　　淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐溶液、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行较长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的"四把火"，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。 　　"四把火"随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。 　　把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。 　　表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。 　　化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。山东无缝钢管 　　热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。 　　例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。 　　目前，随着激光和等离子技术的日益成熟，利用这两种技术，并在普通钢工件表面涂敷一层其他耐磨、耐蚀或耐热涂层，以改变原工件表面性能，这种新技术称为表面改性。