陈洪琪;庄钢
【摘 要】使用三辊穿孔机的CPE机组不仅可以实现小批量、多品种的生产要求,而且还可以生产不锈钢管及钛合金管.对比分析CPE机组的工艺组成,并就如何做好不锈钢及钛合金管生产的细节问题进行论述.实践证明:相比二辊穿孔机,三辊穿孔机变形更合理,不容易发生穿不透现象,毛管不容易产生划伤;CPE机组在生产不锈钢管及钛合金管方面有一定的优势;用CPE机组生产不锈钢管及钛合金管的难点是解决加热、润滑等工艺问题;用现有的连轧管机组一样可以生产不锈钢管及钛合金管,但定(减)径工序不易采用大变形量且工具磨损严重. 【期刊名称】《钢管》
【年(卷),期】2018(047)002
【总页数】5页(P35-39)
【关键词】不锈钢管;钛合金管;CPE机组;三辊穿孔机;工艺
【作 者】陈洪琪;庄钢
【作者单位】中国钢结构协会钢管分会,天津300301;中国钢结构协会钢管分会,天津300301
【正文语种】中 文
【中图分类】TG335.71;TG142.7
试验设计与分析在美国不锈钢无缝钢管产品中，热轧（挤压）钢管占67%，而冷轧（拔）钢管仅占33%。欧洲、日本热轧不锈钢无缝钢管比例也很高。但在我国这个比例恰好相反，冷轧（拔）钢管占有绝大部分市场。这是因为早期我国没有挤压机组，而采用的是“斜轧穿孔+冷轧（拔）”工艺，该工艺成熟，生产成本很低，成材率较高，并且产供销及设计各个环节都已经固化。但这种工艺不能生产热轧成品管；使用酸处理氧化铁皮，环保要求严格，成本过高［1-11］。
对于不锈钢管的高端产品又只得或必须使用挤压机。目前国内几条热挤压线普遍开动率不足，处于停产、半停产状态。在目前国情和炼钢工艺下采用连铸坯、模铸坯、离心浇铸坯或电渣重熔坯比较少，使用挤压机生产大量的304、321、316等300系不锈钢实在困难。
能否在上述两种工艺之间到一种新方法，既可以生产热轧成品又可以生产冷轧（拔）加工的原料。笔者认为有一种更适合生产不锈钢及钛合金管的工艺，即CPE工艺。
书画书录解题
1 CPE机组的发展及设备组成
1.1 CPE机组的发展
德国人海因里希·艾哈德（Heinrich Ehrhardt）于1891年首先成功地用顶管法生产出无缝钢管。用这种方法生产无缝钢管时，先在立式水压穿孔机上将方坯制成杯状坯，然后将芯棒插进杯状坯中，芯棒在外力作用下，将杯状坯推过多个管模，延伸成钢管。该方法适于生产薄壁钢管，生产的钢管内表面质量良好，这种工艺因受杯状坯孔深与孔径之比不能超出5～6的限制，钢管成品很短。这种轧管方法的第一步改进是在压力穿孔之后，将杯状坯在斜轧机上进行一次或两次延伸，减小壁厚并纠正壁厚不均，杯状坯孔深与孔径之比可达9～10［12-20］。
20世纪80年代德国曼内斯曼德马克冶金技术公司成功研制出新的顶管生产工艺，称为CPE（Cross-roll Piercing and Elongating）工艺。与顶管工艺相比，CPE工艺主要是采用斜轧
穿孔替代立式压力穿孔，在顶管机前增加缩口机，即采用斜轧穿孔机将管坯穿透，然后再用缩口机将穿孔毛管一端缩成杯状体，再由顶管机延伸，然后进行线外松棒和脱棒，荒管经再加热后进行定（减）径延伸。
CPE工艺特点是往缩口的毛管内插入芯棒，将毛管推过多个辊模而延伸钢管。该机组一般生产Φ168 mm（国内最大Φ219 mm机组）以下的钢管。年生产能力为10～20万t，品种以薄壁钢管为宜，如结构用管和锅炉管等，所用芯棒比钢管长1～2 m，不适于生产中、大直径钢管。
1.2 CPE机组的设备组成
CPE机组的主要设备是穿孔机、缩口机、顶管机、松棒机和脱棒机，平面布置如图1所示。（1）穿孔机可以是三辊穿孔机或二辊穿孔机。（2）缩口机是将穿孔后的毛管前端缩口，以便支持芯棒。
（3）顶管机包括顶管模座床和推杆驱动系统两部分。三辊式管模取代从前使用的环模，辊模座最多有15～17个。
（4）松棒机类似于钢管矫直机。钢管在松棒机上旋转前进，钢管内径可扩大1～2 mm。
（5）脱棒机一般为摩擦式，脱棒时，两个辊子由孔槽将芯棒端部抱住并从钢管中抽出。
在现代的CPE机组之前，最早的美国Push bench process专利说明，更像现代的挤压机。现代的挤压机组工艺布置如图2所示。
图1 CPE机组示意平面布置1—环形炉 2—二辊式斜轧穿孔机 3—缩口机 4—顶管机5—松棒机 6—脱棒机 7—切头锯 8—再加热炉9—除鳞装置 10—张力减径机 11—冷床 12—冷锯
视频会商系统图2 现代的挤压机组工艺布置
2 CPE与挤压机工艺比较
通过上述比较，会看到早期的CPE机组与挤压机组（图2）相似之处较多，而现代的CPE机组与挤压机的相似之处稍微少一些。不同的是穿孔工序，一个是斜轧，一个是扩孔，金属受力状态不同。斜轧穿孔有扭转变形发生，将管坯原有的缺陷扩大化。这就是人们不用热轧机组生产不锈钢、钛合金管原因所在。如何在穿孔机工序达到管坯变形的无缺陷化是需要考虑的问题。
3 CPE机组生产难变形金属的难点问题
饲料添加剂目录从上述的联想可以看到，只要解决穿孔毛管的缺陷问题，CPE机组的顶管机金属变形过程就会类似于挤压机，实现不锈钢等高端产品的生产。
3.1 穿孔机的选择
鸟的天堂教学实录早期CPE机组的穿孔工序都使用三辊穿孔机，而近年来建设的则使用了二辊锥形穿孔机。三辊穿孔机具有以下特点：
（1）3个轧辊呈等边三角形布置，在变形中管坯横断面椭圆度小；
（2）3个轧辊都是主动的，同时仅存在顶头的轴向阻力，从运动学条件较一般二辊穿孔机有利，但顶头轴向阻力较二辊穿孔机的大；
（3）管坯受到3个方向压缩（图3），毛管质量好，对管坯要求低，可以实现低塑性管坯穿孔；
（4）没有导板，减少了毛管外表面划伤。
图3 三辊穿孔金属受力示意
二辊穿孔机经过几代的改进，大送进角和辗轧角的穿孔机可以实现不锈钢等高合金的无缺陷轧制。笔者同时查阅了一些国外二辊式锥形穿孔机的专利说明，有些专利中阐述，锥形穿孔机可以穿孔的钢种是25Cr-20Ni和30Cr-40Ni-3Mo这种高合金，合金含量已高于普通的不锈钢，如图4所示。能实现这样工艺的前提是，该穿孔机必须是在咬入角和辗轧角很大的情况下才有可能。目前现有的穿孔机咬入角和辗轧角一般固定不可调或者调整范围过小。另外现场经常变更角度也不太可能实现。
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