钢、钢管、钢管轧机及穿孔机分类，不锈钢分类及钢产品分类

1.钢材、钢管、钢管轧机及穿孔机的分类

1. 钢材的分类

1.1按化学成分分类：非合金钢、低合金钢、合金钢。

这里我们说的不锈钢，属于合金钢中的“特质合金钢”中的“不锈耐蚀耐热钢”。

不锈钢按其金相组织一般分为：马氏体（如1Cr13-410）、铁素体（如1Cr17-430）、奥氏体（如1Cr17Mn6Ni5-201、1Cr17Ni7-301、0Cr18Ni9-304）、奥氏体+铁素体双相钢（00Cr25Ni6Mo2N-SUS329JE）、沉淀硬化不锈钢等。

马氏体和铁素体型铬不锈钢，俗称“不锈钢”

1.2钢材分类：工业钢材、其他钢材

钢材的工业产品分类：

A. 初级产品：钢水或钢锭

B.半成品：由轧制或锻造的钢锭获得

C. 轧制产品和最终产品

D.锻造钢筋

更具有实际意义的是：（1）棒材（2）线材（3）板材

（4）钢管（曲率5mm/m）：无缝钢管、焊管、空心型材、空心钢筋。

2.钢管分类：无缝钢管、焊管

无缝钢管：用钢锭、管坯或钢棒经穿孔制成的无缝钢管。用铸造方法生产的管子称为铸钢管。

无缝钢管按用途和材质分类，分为碳钢和不锈钢（习惯称谓，不是国际分类）

不锈钢无缝管中，我国主要有以下几种（按标准号排序）：

GB/T3089 不锈钢耐酸超薄壁无缝钢管

GB/T3090 不锈钢小口径无缝钢管

GB/T13296 锅炉、热交换器用无缝不锈钢管

GB/T14975 结构用无缝不锈钢管

GB/T14976 流体输送用不锈钢无缝管

3、钢管轧机和穿孔机的分类

碳钢管和无缝钢管的生产方法既有共同点，又有各自的特点。

我国无缝钢管生产始于1953年，由前苏联援助鞍钢建成的140自动轧管机。

3.1无缝钢管的生产方法大致有以下几种：

3.1.1 自动轧管机

3.1.2 连续轧管机

3.1.3 循环管轧机（皮尔格轧机）

3.1.4 三辊管磨机

3.1.5 顶管机组CPE

3.1.6 钢管挤压机组（加热、液压穿孔、再加热、挤压、定径、精整）。

无缝钢管机组通常以中间延伸机组命名。

无缝钢管生产的基本工艺流程：

A. 钢坯准备（不锈钢：剥皮、检查、打磨、切割、定心）

B. 管加热

C. 穿孔

D. 管材轧制（延伸）

E. 重新加热并减少

F. 整理、检验、包装及贮存

对于D、E来说，则是冷拉、冷轧等工艺。

4、冲孔机的分类

管坯穿孔主要方法有：压力穿孔（挤压机组）、推辊穿孔（PPM）、斜轧穿孔。

斜轧穿孔应用最为广泛，下面介绍一下轧钢行业中常见的几种轧制方法。

（1）纵轧：金属工件的延伸方向、金属运动方向与辊筒圆周速度方向一致，金属只做直线运动。

（2）横孔：金属的主要流动方向与辊筒的圆周速度垂直，轧件只具有旋转运动，如车轮轧机。

（3）斜轧：金属的主流方向与轧辊圆周速度方向成一定角度，轧件运动为一面旋转，一面前进。

区分纵轧、横轧、斜轧后，见“斜轧穿孔”机的分类

斜轧穿孔机：二辊穿孔机（配导料板、导辊、导料板）、三辊穿孔机

也有按辊筒形状分类的（主要为双辊式）

即：桶状辊、蘑菇状辊（木耳状）、圆盘状辊。

其中应用最为广泛的是桶形辊及导板穿孔机，即曼内斯曼穿孔机，温州地区几乎所有的穿孔机都是此种类型。

其他双辊穿孔机：柴油穿孔机、阿克尔穿孔机

三棍穿孔器：Assel穿孔器、Transval穿孔器。

2、二辊斜轧穿孔机工作原理（人）

人冲孔机冲孔过程

图1示意图：

第 I 部分称为主要咬合区，也称为头部前的压缩区

穿孔区

第三段叫滚动区，也叫轧轧区

段IV称为扩展圆区域，也叫规则圆区域

加热好的圆管由气缸推杆推入穿孔机，管端与辊子在a点接触，由于辊子有8°的倾斜角(一般称为前进角β)，管子被辊子咬住，这次咬合称为第一次咬合，管子开始旋转向前移动，由于辊子有2.5°~3°的辊面角，形成喇叭状开口，管子在向前移动过程中逐渐被压缩。

管子呈螺旋状向前移动，直到碰到位于卷筒中心左侧某一位置的销钉。

我们把这一段称为顶头前的压缩区。在此区域内，一部分金属横向流动，流向辊轮间的缝隙。被导板挡住。由于导板间的距离大于辊轮间的距离，使毛坯变成椭圆形。一部分（主要是外层金属）沿轴向层层延伸，向前流动，在毛坯前端形成喇叭状的凹窝。凹窝与定心孔便于管坯与顶头“对中”。管坯端面向前移动到b点。遇到顶头后，顶头能随毛坯转动，但毛坯的轴向前进受到限制。

只要咬合区一次性有足够的压缩力，倾斜角为8°的辊子就会对管坯产生足够的拉力，管坯被头部“推穿”，即由实心的圆坯变成空心的毛管，即完成了穿孔。

通过b点也叫二次咬合。

从b点到c点，塞子与滚轮间的间隙由粗变细（设计时根据滚轮轮廓和塞子形状计算），因此毛管的壁厚逐渐减小。

在C点到d点的Ⅲ段，机头与辊筒之间的间隙均匀，毛管在此段进行轧制，使管坯的壁厚精度和内外表面质量得到提高和保证，起到校平作用。

毛管经过d点后，内壁已超过顶头，此时滚压机将椭圆毛管轧制成圆形，故又称规圆。

下面简单介绍一下穿孔过程中导板的工作情况。

一次咬合过程中，管坯只受下导板支撑，不受导板限制，否则，由于此时拉力尚小，若受导板限制，则容易咬合不牢。

管坯进入I区后，即第一次咬口后，前进一定距离后接触导板，如果接触导板过早，导板对管坯前进产生阻力，特别是到达b点，管坯端部与头部接触时，头部也会产生阻力，容易造成前端卡死，无法进行第二次咬口，无法进行穿孔。但如果接触导板过晚，管坯的椭圆变形大，对不锈钢有时是不利的，容易产生中心疏松和空洞，也就是我们所说的内裂。因此，要有合理的导板形状和合适的导板距离，使导板在合理的位置开始接触受压的实心管坯。在II区，管坯心部的“肉”被挤压到周边，此时导板的作用就相当重要了，它控制着横向变形。它与滚筒、头部共同形成环形孔形，从而实现穿孔过程。

导板在III区起同样的作用。

在区域IV中，毛管外壁先脱离导板，内壁脱离头部，在滚轮之间进行倒圆，完成穿孔过程。如果在这个区间内毛管还与导板接触，毛管就容易被“挤扁”。无论如何，导板之间的距离要大于滚轮之间的距离，否则就无法穿孔。正因为如此，毛管在穿孔过程中呈椭圆形，也正因为如此，毛管倒圆后，其内径要大于头部尺寸，即使在温度降低、尺寸缩小后，其内径仍大于头部尺寸，因此毛管才能从头部和顶杆中“出来”。

通过对穿孔工艺过程的详细分析，我们知道穿孔变形受轧辊、导板、顶头的尺寸、形状（设计时确定）以及轧辊间距、导板间距、顶头位置（现场调整确定）的影响。目前我们大部分穿孔机的轧辊倾角为：α=8°，辊面角：β=3°（2.5°），导板、顶头也有相对固定的尺寸或模板。

现场调整是射孔工艺的重要环节，射孔调整采用以下公式和参数：

毛坯外径：D 管坯直径：Do 轧制宽度：K

辊筒壁厚：S 辊筒间距：B 导板距离：A

辊面角度：α 导板出口角度：α1 头部延伸：C（从滚动中心延伸）

1.延伸系数：μ=DO2/〔4S(DS)〕(μ=坯料截面积/管材截面积)(不包括烧损)

2、总压缩系数：U=[(Do-B)/Do]×100%（U=9%~18%，厚壁管、不锈钢管取较小值）

3、塞前压缩量：Uo={〔Do-B-2（CK/2）tgα〕/Do}×100%

(4%~7%)

4.椭圆度：θ=（A+2t.tgα1）/B

3.不锈钢无缝钢管穿孔的工作特点

由于不锈钢特殊的物理、机械和成分性能，在穿孔生产时必须采取相应的工艺措施来适应其性能特点。

1. 准备食材

1.1不锈钢管一般采用砂轮或带锯切割，而不是采用剪切和火焰切割。

1.2不锈钢管坯一般需进行剥皮处理，以防止和减少表面缺陷

1.3 一般情况下需要进行冷定心（钻定心孔）

1.4管材的源头应具有足够的压缩比，压缩比应比碳钢的压缩比大。

2. 加热

2.1加热炉内气氛应为弱氧化性，即二次风供氧稍有余量。这样一方面可以减少钢坯表面氧化程度，另一方面可以防止钢坯表面增碳，这一点很重要。在后续的钢管退火、固溶处理中也应注意这个问题。有的管材表面脱脂不彻底，入炉后表面增碳，对一些超低碳钢（如304L、316L）碳含量就会超标而成为废品。

2.2不锈钢在常温下导热系数较小(即传热较慢)，但膨胀系数较大，因此在炉内预热时间应较长。也就是说，在加热的初始阶段，管子的升温速度应较慢，以防止产生热裂纹。

2.3当钢坯温度超过850℃时，不锈钢的热导率和塑性迅速增加，此时应快速加热，并在均热段短时间均热。

2.4不锈钢在高温段停留的时间不能太长。正常穿孔时，要掌握好“放钢”的节奏，机具搬运时，要调整好钢坯在炉内的停留时间和炉内温度。这是因为我们常用的奥氏体不锈钢在高温下会产生α相，即铁素体，当α相超过一定比例时，金属的热塑性就会急剧下降，严重时将无法穿孔。即使在950℃，长时间保温，也会有α相产生，也会降低钢的塑性。而且高温、长时间保温也会使内部晶粒粗大。

2.5不锈钢穿孔的工作温度范围比较窄，如2.4中所说，过高不好，过低也不好。温度过低一方面会降低钢的塑性，另一方面变形抗力也会大很多。我们知道，在常温下，不锈钢的变形抗力是比较大的，如果增大很多，就不能正常穿孔了。所以，一定要掌握好管坯的温度范围。

3 射孔参数调整

3.1总压缩系数：U=[(Do-B)/Do]×100%。由于不锈钢热变形能力差，U值不能太大，一般为4.5%~5.5%，否则易中心松动，引起内裂纹。但塞前压缩太小，穿孔时咬合力小，不稳定，造成二次咬合失败或前端卡死。

3.2 椭圆度：θ=(A+2t.tgα1)/B不宜过大，一般取1.07~1.08之间（不宜大于1.1）。也是因为不锈钢的热塑性较差，所以采用较小的椭圆度，以减少拉应力。

3.3对于不锈钢，宜采用扩径穿孔。一般毛管外径比管坯直径大5%~10%。这是因为不锈钢的宽度较大，穿孔时的扩径量也较大。

3.4选择合适、较低的穿孔速度。合适的辊速会减少钢坯与辊之间的滑移，改善咬口，穿孔温升不会过高，有利于提高毛管质量。实际生产中，为了增加辊的使用寿命，也就是增加辊的重转次数，生产厂家都加大辊径。但有个“度”要注意。加大辊径就加大了辊的线速度（我们的设备全部采用交流电机驱动，转速固定；轧辊提前角β=8°也是固定的）。当增加到一定程度时，过高的穿孔速度就会影响钢管的穿孔质量，必要时应降低辊的原始速度来适应。

3.5穿孔时钼顶头的玻璃粉润滑和辊间冷却水量的控制也应引起重视。

4.穿孔管缺陷产生的原因及预防措施（不锈钢材质）

1、钢管表面缺陷的控制

不锈钢毛管主要的表面缺陷有：

1.1外部折叠、开裂。除钢材质量问题外，管坯在加热过程中加热速度过快也容易产生热裂纹，导板表面处理不良也会造成划伤。

1.2表面压痕：主要是由于滚轮或钢管本身粘有异物造成的。

1.3螺旋压痕较重：一方面是由于滚压工具磨损严重所致，另一方面是由于滚子圆截面长度不够所致。

2、钢管内表面缺陷的控制

2.1钢管内部折叠、开裂

这是不锈钢穿孔生产中最常见的问题，缺陷有时在管头，有时在管尾，有时在某一截面，有时贯穿整个长度，需要根据产生的具体原因进行处理。

2.1.1由于圆坯头部前压缩区I内已形成疏松的空腔，内部折叠可能是连续的，也可能是分段不连续的。

蛀牙形成的原因有很多，概括起来主要有以下几种：

1）钢材的自然属性——主要是材料的“穿孔性能”

A. 材料种类

B.钢的纯度、夹杂物的数量和形状、偏析、炼钢、铸造、冷却等因素。

C、轧钢时的温度控制和压缩率-------晶粒尺寸

2）压头前压缩量要适当，过小则拉力不足，过大则变形不均匀性增大，易形成空洞。压缩段不宜过长，反复次数过多，易开裂。还与压头伸长量有关。

3）参数中椭圆度的调整---导板距离是重要因素，导板太小容易缠住顶头，无法从管子中取出。

4）供暖系统---------供暖系统要合理。

5）定心孔不良会造成管子头端内部裂纹。

6）由于刀具头部磨损、尖端熔化等缺陷引起。

根据缺陷情况以及缺陷产生的原因，找到相应的解决方案。

2.2 严重内螺纹

这主要是由于塞头设计不合理或塞头磨损严重造成的。

其他尺寸缺陷，例如直径尺寸、壁厚公差及均匀性等，相对容易处理，就不一一讲解了。

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