斜軋擴徑機及大直徑不銹鋼無縫管的生產方法

  斜軋擴徑（也稱斜軋擴管）屬于軋管的形式之一，是到目前為止通過軋制獲得最大直徑不銹鋼無縫管的方法。鋼管斜軋擴徑工藝是一古老、成熟的工藝，早在1925~1933年間美國和德國就相繼研制出鋼管斜軋擴徑機并投入了生產；1993年意大利的INNSE 公司將現代的計算機、液壓小艙等控制技術應用于斜軋熱擴徑技術中，為意大利的達爾明公司提供了一臺ф610mm斜軋擴徑機，使得斜軋擴徑工藝得到了翻新和復蘇。前世界上有4臺斜軋擴徑機在生產運行中，即美國Lorain廠1930年投產的ф660mm機組，年產15萬t;捷克Chomutov廠有2臺斜軋擴徑機，即1928年投產的ф545mm機組，年產10萬t和隨后投產的Φ610mm機組；意大利1993年投產的ф610mm機組，年產15萬t.德國Rath廠1933年建的ф1500mm機組早已停產。

  斜軋擴徑一般一個道次的擴徑率為35%~65%,最大可達75%甚至80%,可生產的品種有：套管、鍋爐電站用管、氣瓶管、管線管、液壓支架管、結構管、機加工管、石油裂化管和高壓化肥管等。

一、工藝描述

  斜軋擴徑機組母管有兩種：一種是來自軋管機組（自動軋管機、連續軋管機等）的成品管；另一種是來自穿孔機后的毛管。斜軋擴徑機既可與主軋機成在線布置，也可離線布置。根據來料母管的壁厚和溫度，在線布置的可直接送擴徑機加工；離線布置或溫度較低的鋼管送入加熱爐中加熱至1100~1250℃,由輥道送出，經高壓水進行外表面除鱗后，以螺旋的運動方式送入斜軋擴徑機進行擴徑軋制；溫度損失較少的厚壁管經橫移臺架輸送和高壓水除鱗后可直接送斜軋擴徑機組進行擴徑軋制。

  斜軋擴徑機主要是由兩個位于不重合的水平面上同向轉動的錐形輥、一對上下布置的固定導板以及一個錐形頂頭和一個沿軋制中心線方向支撐頂頭的頂桿組成，在軋制過程中，管徑擴大、壁厚減薄，延伸系數接近1。軋輥軸布置在兩個偏離的水平面上，沿軸向有一個大交叉角度。軋輥軸線的空間交叉和垂直偏移量將產生喂入角并使軋件作螺旋運動，如圖 4-25 所示。調整軋輥軸向位置可以改變軋件的咬入條件及荒管的外徑，頂頭位置決定擴徑后荒管的壁厚。軋輥由計算機進行設計。

  在斜軋擴徑機軋制過程中，通過頂頭內壁噴嘴噴鹽溶液來去除管子內表面氧化鐵皮及起潤滑作用，以優化表面質量，并保證頂頭有足夠長的使用壽命。軋制時頂頭和頂桿是相連接的，但可以快速地裝拆，擴徑結束后，頂桿從管中抽出，頂頭在軋機出口位置冷卻、檢查和潤滑后重復使用。

  斜軋擴徑機的調整依靠在線的軟件包，基于少數基礎數據（管徑、鋼種、溫度等），計算機對整個軋制線計算出所有的調整參數。此外，這一軟件包也對軋制時的動力參數（如力能、電流、電機功率等）進行估算。

  現代斜軋擴徑機的頂桿采用液壓小艙控制定位，液壓小艙也可以在軋制過程中調整頂頭位置，以實現控制系統對因頂桿彈性和膨脹延伸所產生的長度變化進行補償，從而保證產品質量的穩定性。軋制過程管子受到上下導板的約束。

  軋制時數據存儲系統對整個軋線的最主要的工藝、操作參數進行測量、顯示和記錄。這有利于提高產品質量和軋制效率，因為數據存儲系統測得的實際值和由調整數學模型進行計算所得的預期值兩者進行比較，若有差異，控制系統或操作者可以立即得知軋線的不正常功能和不正常狀態，并加以調整。此外，每一根熱擴徑鋼管的主要數據均加以存儲，可以用于進一步的工藝操作分析，以便改進實際操作。

  斜軋擴徑機的一個主要特點是產品質量穩定，保持壁厚精度不變，這是由于液壓小艙可以對軋機和扎制時頂頭位移而造成的任何長度尺寸變異進行補償。主要是針對頂頭、頂桿的熱膨脹，機因利履算出所要求的液壓小艙運動規律，根據軋機的實際操作對頂頭位移量進行數字模擬并加以放大，而由液壓小艙控制系統進行實時補償。

  出斜軋擴徑機后的管子由橫移裝置和輥道運送至均整機進行均整，以進一步改善管子的表面質量。均整后的鋼管由專用設備送至步進梁式再加熱爐中加熱，加熱好的鋼管經高壓水除鱗后在定徑機組定徑，得到成品尺寸的不銹鋼無縫管。定徑后的鋼管送往冷床冷卻，收集后在中間庫存放。

 根據生產品種的要求，需要矯直的不銹鋼無縫管由吊車從中間庫吊運到壓力矯直機上進行矯直，之后再吊運到精整線進行精整。首先由輥道送到切割裝置處切頭尾，然后經橫移臺架送至銑頭、倒棱處加工。經過銑頭、倒棱的鋼管再送往超聲波探傷處探傷，有缺陷的鋼管被打上標記并被撥入缺陷管收集料筐，合格鋼管則運送至測長、稱重、打標裝置處進行測長、稱重和打標，然后運送到中間庫或成品庫轉運或發貨。

 對于需要水壓試驗的不銹鋼無縫管，倒棱后直接送入水壓試驗機進行水壓試驗，對節奏來不及的鋼管由吊車吊運至中間庫存放，然后根據生產計劃安排，再自中間庫吊出送至水壓試驗機的上料臺架，進行水壓試驗，之后測長、稱重及打標，運人成品庫存放。

 對于需要熱處理和管加工的不銹鋼無縫管，則經過矯直、切頭尾、銑頭、探傷及稱重打標后送往中間庫存放，再轉運至公司相應車間進行處理和加工。

 對于超聲探傷后認為可以修磨的缺陷管送入修磨臺架上進行修磨、復探；不可修磨的缺陷或由再切鋸改尺，切除有缺陷的部分（剩余部分作為短尺管收集、存放、發運），或直接判為廢品。對于水壓試驗后的不合格鋼管直接判為廢品或在再切鋸上改尺。

二、各種生產工藝的特點及設備選型

  目前，國內外直徑大于460mm熱軋不銹鋼無縫管的生產方式主要有：擠壓法、頂管法、周期軋管法、二次穿孔法和擴徑法。

  擠壓法主要用于低塑性難變形高合金鋼管的生產；頂管機、擠壓機適于高合金特殊專用管材生產，其年產量低，軋制批量小。

  周期式軋管機產品尺寸精度低，缺陷多，效率和成材率不高，故使用批量較大的大直徑不銹鋼無縫管通常采用擴徑的方式來生產，即由已有的熱軋管機組提供荒管為原料，經加熱擴徑、減壁軋制生產，斜軋擴徑機可以是離線布置的，也可以在線布置。周期軋管法可以生產直徑426mm 以上的大直徑厚壁鋼管（如德國Rath廠的周期軋管機組可生產φ711.2mm鋼管），但產品表面質量不佳，生產效率不高。隨著其他更先進的軋管技術的出現，周期軋管法因其產品的壁厚精度不高，已不再是生產大口徑厚壁管的最佳生產方式，目前國內最大的周期軋管機是攀成鋼的ф318mm機組，產品規格范圍為ф168~377mm,設計生產能力12萬t;改造后外徑擴大到ф508mm,產量達到17萬噸。

  二次穿孔法是將已在穿孔機穿出的毛管在另一臺穿孔機上進行第二次穿孔，以達到擴徑減壁的目的。在世界鋼管發展史上，美國Gary廠采用二次穿孔法曾生產出外徑為φ339.7~508mm,最薄壁厚為6.35mm的不銹鋼無縫管。近年來，我國江都誠德鋼管公司在同一臺ф1000mm巨龍穿孔機上進行二次穿孔，生產出直徑約Φ600mm特大口徑厚壁鋼管，用于二次穿孔的另一臺ф600mm穿孔機最近已試車投產。

  目前使用的擴徑機有拉拔式擴徑機、推制式擴徑機和輥式斜軋擴徑機三種生產方式。前兩種擴徑機由于受應力狀態和變形特點的限制，管材表面細微缺陷擴大，易產生裂紋和內直道缺陷，外徑、壁厚偏差及彎曲度均要變大，生產鋼管的尺寸精度、表面質量不及輥式斜軋擴徑機好。拉拔式擴徑機因成材率低、生產效率低及工具費用高等缺點?，F在許多國家一般都不再新。建拉拔式擴徑機進行擴徑生產。

  國際上采用斜軋擴徑法（也稱盤式擴徑法或旋轉擴徑法）生產大口徑無縫鋼管的主要廠家包括：美國的USS/Kobe-Lorain廠，由自動軋管機供坯，產品規格：外徑Φ406.4~660.4mm、壁厚8~10mm、最大長度13m,生產能力15萬t/a;

  捷克的VFChomutov廠，在兩臺周期軋管機后各配一臺斜軋擴徑機，最大管徑分別是ф530mm和ф720mm,生產能力10萬t/a.

  特別值得一提的是1993年投產的意大利達爾明鋼管廠的斜軋擴徑機組，采用了液壓小艙工藝軟件包等最新技術使得產品質量、成材率、工具消耗等指標全面得到了優化。該擴徑機由MPM供坯，產品規格范圍為：外徑φ355.6~622.3mm(可擴大到ф711.2mm)。

  據不完全統計，國際上共有7臺拉拔擴徑機，其中意大利2臺、法國2臺、委內瑞拉1臺、中國1臺，阿根廷1臺，除法國的1臺安裝在Φ400mm自動軋管機之后外，其余6臺均配置在周期軋管機之后，生產能力一般為3萬t/a.由于拉拔擴徑法生產效率低，金屬消耗大，產品質量不佳，沒有得到進一步發展。

  近年來，推制擴徑法在我國得到了廣泛應用。天津鋼管實業開發公司的4臺推制式擴徑機可生產φ(273~800)mm×(5.4~30)mm的無縫鋼管，生產能力約1萬～2萬噸/a.在采用了嚴格管理、改進工具設計、優化生產工藝等一系列措施后，產品質量得到了明顯改善，但國內其他機組的產品質量難以保證。

  斜軋擴徑機于20世紀20年代隨著石油天然氣工業對大直徑熱軋無縫鋼管的需求增加而用于工業生產的，主要應用在美國、德國和捷克，目前有4套機組在生產運行，生產鋼管的最大外徑為711.2mm。

  新型輥式斜軋擴徑機產品表面質量好，鋼管金屬組織均勻，尺寸精度高。鋼管壁厚精度可達到±4.5%~8%,生產效率高，金屬消耗小。上述優點已使新型斜軋擴徑工藝成為當今一種經濟靈活的大直徑不銹鋼無縫管生產工藝。斜軋擴徑的產品規格為：外徑Φ323~720mm、壁厚9.5~40mm、長度6000~12500mm。