米永峰;陈圣明;成海涛
【摘 要】简述3种热扩管工艺的特点、优势;分析中频感应加热顶推式热扩管工艺参数对扩管变形的影响,并指出扩管时应注意的问题.分析认为:中频感应加热顶推式热扩管工艺虽然对整支管坯非同时进行整体加热,但与整体加热扩管工艺相比,加热方式对扩管变形没有明显影响;应加强管坯质量和变形区管坯温度的控制,选择合理变形参数,扩制后进行整体热处理,并加强成品钢管的质量检验. 【期刊名称】《钢管》
【年(卷),期】ca17032019(048)003
玉米面条加工机械【总页数】5页(P9-13)
【关键词】无缝钢管;大直径;热扩管;顶推式;中频感应加热;工艺
【作 者】米永峰;陈圣明;成海涛
【作者单位】内蒙古包钢钢联股份有限公司,内蒙古包头014010;内蒙古包钢钢联股份有限公司,内蒙古包头014010;中国金属学会轧钢分会,北京100711泡面碗
【正文语种】中 文
【中图分类】TG376.5
随着装备大型化、高效化发展的需要，市场对流体输送、石油化工、压力容器、锅炉及结构等领域用大直径无缝钢管的需求量正在不断增加。但对于直径与壁厚之比特别大的大直径薄壁无缝钢管，由于受到轧管机所能轧制的产品外径和壁厚的限制而难以生产。目前不同热轧管机组所能轧制的无缝钢管最大直径和最大径壁比（D/S）见表1。此外，轧管机所能轧制的无缝钢管壁厚，随其直径的增加而增加，即直径越大，壁厚也越大，D/S会有所减小［1-4］。轧管机所能轧制的无缝钢管直径与壁厚的关系如图1所示。
热扩管工艺是指将作为管坯的合格成品钢管加热到规定的工艺温度后，在顶头的支撑下，通过对管壁进行径向辗轧（斜轧热扩管工艺）或周向拉伸（拉拔式热扩管工艺和中频感应加热顶推式热扩管工艺），使管坯外径增加、壁厚减薄的一种制造大直径、薄壁无缝钢管
的生产工艺。热扩管工艺是生产特大直径、特薄管壁无缝钢管的有效方法，包括：斜轧热扩管工艺、拉拔式热扩管工艺和中频感应加热顶推式热扩管工艺等。现对热扩管工艺进行分析。
表1 不同热轧管机组所能轧制的无缝钢管最大直径和最大径壁比连轧管机组机型 最大外径/mm 最大径壁比D/S 508 50周期轧管机组 780 40 Assel机组 530 35大顶管机组 1 200 20大挤压管机组 1 420 25二辊斜轧管机组900 45
图1 轧管机所能轧制的无缝钢管直径与壁厚的关系
1 热扩管生产工艺的比较
1.1 斜轧热扩管工艺
斜轧热扩管工艺起源于二次穿孔工艺。世界上多个国家都建设了斜轧热扩管机组，包括：捷克斯洛伐克Chomotov钢管厂、美国Lorain钢管厂、德国Rath钢管厂、意大利Dalmine钢管厂和我国的天津钢管集团股份有限公司（简称天津钢管）等［5］。
斜轧热扩管机是一种带有2个锥形轧辊且轧辊呈水平布置的二辊斜轧管机［6］。轧辊直径从变形区入口到出口逐渐增大，轧辊的圆周速度沿轧制方向也随之增大，轧辊轴线与轧制线呈空间交叉，构成送进角和辗轧角。2个轧辊均为单臂支撑，分别由2台电机单独传动，传动系统置于扩管机的出口侧。轧辊的位置可沿轧辊轴线调整。导板呈上、下布置。斜轧扩管时，经过加热的管坯被送进2个带有送进角和辗轧角的旋转轧辊之中，并在由轧辊、导板和锥形顶头所组成的“环形封闭”孔型中进行斜轧扩径。斜轧热扩管过程如图2所示，其工艺流程为：合格管坯—步进式加热炉加热—钢管外表面除鳞—钢管内表面除鳞、润滑—斜轧热扩管—均整—步进式加热炉再加热—定径—冷却—精整—检（化）验—包装、入库。防攀爬网
图2 斜轧热扩管过程示意
斜轧热扩管机组的主要特点有：①机组产量大，一套斜轧热扩管机组的产量在20万t/年左右；②变形量大，一道次扩径率可达70%；③壁厚精度高，有纠正管坯壁厚偏差的效果，壁厚精度可达-4.5%～+4.5%或-8%～+8%；④金属消耗较少、成材率较高；⑤设备投资大；⑥生产成本高；⑦产品表面质量一般，加热后的钢管表面氧化严重，扩制后的钢管表面存在螺旋道；⑧可生产大直径薄壁钢管（D/S可达70），但钢管外径不能太大，最适宜生产直径为500～800 mm的钢管。
当二辊斜轧穿孔机用于二次穿孔时，具有扩径功能，能够起到扩大管径、减薄管壁的作用。但是，因为它与斜轧热扩管机的轧机结构和辊型形状不同，其扩径率远小于斜轧热扩管机（一道次扩径率一般不大于25%）。目前，我国几套主要的大型斜轧穿孔机生产的产品规格见表2，其产品直径偏差±1%D，壁厚偏差0～25%S或±13%S。
1.2 拉拔式热扩管工艺压缩空气喷嘴
最早的拉拔式热扩管机于1936年在意大利Dalmine钢管厂建成投产，原成都无缝钢管厂于1965从意大利Innocenti公司引进了一台Φ650 mm拉拔式热扩管机，并于1969年正式投产［7］。
拉拔式热扩管机扩管时，先将管坯的一端（长度为350～550 mm）送入缝式加热炉或感应加热炉中，加热到850℃以上，再对该段管端进行扩口，形成喇叭状；然后将扩口后的管坯送入步进式加热炉中进行整体加热，加热温度一般为900～1 200℃；待管坯加热均匀后，再将其扩口管端固定在扩管机的内、外卡环上；随后将一组（一般3～4个）直径逐渐增大的顶头按顺序分别套在对应的一组拉杆上，拉杆在卡爪的拉动下，与顶头一道通过管坯内孔，实现对管坯的扩径、减壁［8-9］。拉拔式热扩管过程如图3所示，其工艺流程为：
合格管坯—缝式加热炉（或感应加热炉）加热钢管一端—加热端扩成喇叭状—步进式加热炉加热—拉拔扩管（一次加热可以扩2～4道次）—冷却—精整—检（化）验—包装、入库。
表2 我国几套主要的大型斜轧穿孔机生产的产品规格公司名称 设计生产规格/mm 已生产规格/mm 钢管尺寸精度/%外径 壁厚 外径 壁厚 直径偏差 壁厚偏差主要设备或工艺过程天津钢管508～711 9～40508～711 9～40 0.5～1.0 -7～+7-12～+12锥形辊穿孔机+锥形辊旋轧扩管机+均整机+定径机江苏诚德钢管股份有限公司锥形辊穿孔机+二次穿孔（或三次穿孔）+定径机扬州龙川钢管股份有限公司460～1 000 20～150 460～720 18～150 0.5～1.0 -7～+7-12～+12 219～750 20～120 219～630 20～120 0.8～1.2 -7～+7-12～+12锥形辊穿孔机+二次穿孔（或三次穿孔）+三辊均整定径机浙江格洛斯无缝钢管有限公司406～812 16～120 406～812 16～80 0.5～1.0 -7～+7-12～+12锥形辊穿孔机+锥形辊二次穿孔+定径机武汉重工铸锻有限责任公司355～812 16～160- - 0.5～1.0 -4～+4-9～+9锥形辊穿孔机+二次穿孔+锥形辊限动芯棒轧管机+三辊定径机
图3 拉拔式热扩管过程示意1—扩径顶头 2—芯棒杆 3—荒管 4—固定顶头挡环5—外卡环 6—冷却水管 7—内卡环
从拉拔式热扩管的变形过程可知，当大于钢管内径的顶头通过钢管内孔时，管坯的外表面并没有受到工具的约束，管壁沿周向存在着很大的拉应力，使得管坯的管径扩大、管壁减薄，这种变形方式有诱发钢管裂纹产生的趋势和可能。若管坯已经存在裂纹，则该裂纹会随着扩径量的增加而扩大。当裂纹扩展到一定程度时，顶头斜面就会像斧劈一样将荒管的管体撕裂，造成管体开裂（俗称“破肚”）。同时，拉拔式热扩管时，管坯最小处的管壁会先发生扩径、减壁变形，使壁厚减薄。这样的结果是，本身就是壁厚最薄处的管壁变得更薄，而相对较厚处的管壁减壁量较小。因此，经过扩径后的钢管，其壁厚不均程度在原管坯壁厚不均的基础上会进一步加大。
拉拔式热扩管机组的主要特点是：①机组产量较大，生产能力5～8万t/年；②变形量较大（一次加热后的管坯扩径率一般在40%～45%，最大不超过65%；一次加热后的管坯扩径道次最多为4道次，各道次的扩径率依次减小，分别为18%～22%、13%～16%、5%～10%、1%～2%）；③设备投资较斜轧热扩管机组少很多，较中频感应加热顶推式热扩管机组多很多；④壁厚精度差，会进一步恶化管坯的壁厚精度（一般拉拔热扩后的壁厚精度为-12.5%～+12.5%或-20.0%～+20.0%；⑤金属消耗大，成材率低；⑥钢管表面质量差，管坯加热后，表面氧化严重；顶头容易对钢管内表面造成划伤，形成内直道；⑦生产成本
高；⑧生产的钢管壁厚和直径均受到限制，管径不能太大，管壁不能太薄。
muhdpe合金管
1.3 中频感应加热顶推式热扩管工艺
中频感应加热顶推式热扩管工艺是近十多年来在我国广泛采用的一种相对简易的热扩管工艺［10-13］。因其工艺简单，设备投资少，很多钢管厂都建有中频感应加热顶推式热扩管机组［14］。
中频感应加热顶推式热扩管工艺过程是：用合格的钢管作为管坯，在控温、控速、控扩径率的状态下，将管坯连续置于中频感应加热线圈中，沿管坯全长、从头到尾、非同时对整支管坯进行连续加热。当变形区中管坯的温度达到一定后，靠液压缸活塞的运动，使其连续通过固定架上的锥形顶头，实现管坯的连续扩径。中频感应加热顶推式热扩管过程如图4所示，其工艺流程为：合格管坯—内壁涂润滑剂—中频感应加热—顶推式扩管—钢管整体热处理—精整—检（化）验—包装、入库。
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