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不锈钢无缝钢管生产的创新工艺
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-11-05
钢管挤压工艺的主要目标是稳定地生产加工精度高、尺寸偏差小的优质钢管产品。钢管挤压遇到最大的尺寸加工精度问题就是内外圆不同心，其中一部分偏心量在钢管加工过程中总要出现的。
1 前言
达涅利布莱达拥有50年积累起来的丰富的挤压技术开发和挤压机设备制造经验，并将新技术、新设备的不断研究与开发视为自己的主要任务，以不断提高设备生产能力，改善产品质量。
2 钢管挤压工艺的主要优点
钢管热挤压工艺是一种先进的生产技术，具有明显的成本优势，可为用户带来下列好处：
.可生产其它各种方法（如热轧或焊接工艺）无法生产的形状复杂的实芯或空芯钢管；
.模具成本低，可试生产所需的各种断面形状，而不会支出很高的试生产费用；
.可组织小批量生产，最少可生产2t，甚至更少，而且具有良好的经济性；
.交货时间远比其它各种工艺短得多；
.可生产其它各种工艺无法生产的某些特殊钢种无缝型钢产品。
3 挤压工艺介绍
挤压工艺包括以下几个生产工序：
① 坯料：圆坯经过剥皮、定尺切割、钻孔、机械加工和清洗后，即可形成中空管坯为坯料准备就绪。
② 坯料加热：根据不同的钢种，可分为三个加热阶段，以确保达到生产工艺要求的合适温度。
③ 预热：一座转底式煤气炉将用于第一步加热，将坯料预热至700℃～900℃。
④ 感应加热单元（第一阶段）：第一组感应加热单元将坯料加热至扩孔工序所需温度，约为1100℃～1250℃，具体温度值根据生产钢种确定。感应加热单元采用低频加热方式。
⑤ 坯料润滑：在扩孔之前先进行玻璃纤维润滑。
⑥ 扩孔：在挤压之前已钻好孔的圆坯，必须先从一个较小的先导孔开始扩孔，直到内孔最终达到内径加工精度要求。
上述工序及设备的主要特点为：
.通过两个双动缸来完成所有的扩孔和镦粗加工；
.自动将扩孔锥装／卸到扩孔机中心位置；
.坯锭表面自动润滑；
.可自动将玻璃纤维装入导孔内；
.扩孔筒和扩孔针自动冷却。
⑦ 感应加热单元（第二阶段）：第二组感应加热单元用于在坯料扩孔后继续加热中间坯。根据搬运输送系统的正常作业情况，要求将中间坯加热到1200℃或根据材料要求的温度。
⑧ 挤压机：坯料装到挤压机上，通过挤压方式加工成钢管。挤压机辅助系统则负责上料、更换挤压模、挤压垫循环使用和压余料头分离等。
上述工序及设备的主要特点为：
.采用单独控制的外置式挤压芯棒；
.挤压过程可选用浮动式、固定式和相对速度控制等多种顶杆工作模式；
.拥有全自动管锯和挤压模自动更换装置；
.压余料头和挤压垫自动分离；
.顶杆自动更换；
.挤压筒自动清洗；
.坯料自动上料，同时实现玻璃纤维润滑。
⑨ 冷却池：冷却水池布置在输出辊道的一侧，用于钢管快速冷却。
⑩ 冷床：在需要空冷的时候，可将钢管输送到冷床。
4 先进的达涅利钢管偏心控制技术
钢管挤压工艺的主要目标是稳定地生产加工精度高、尺寸偏差小的优质钢管产品。钢管挤压遇到最大的尺寸加工精度问题就是内外圆不同心，其中一部分偏心量在钢管加工过程中总要出现的。但挤压钢管的尺寸偏差，却可以通过严格控制加工工艺参数和挤压过程中的材料流动，尽可能减小到最低程度。
在不锈钢管加工过程中，引起偏心的主要原因是：坯料存在温度梯度；坯料准备问题；设备不对中和坯料润滑不良等。引起偏心的原因既可以是其中的某一个，也可以是多种原因综合作用的结果。达涅利的设计就是要确保在挤压加工过程中，能够尽可能减小，甚至完全补偿各种偏心因素的影响。
.在挤压之前，应通过沿上料装置布置的温度检测装置检查坯料温度分布。坯料温度变化趋势将始终在操作人员监视屏上显示。温度变化趋势经过计算后，在屏幕上显示以便使操作人员能够据此调整感应加热单元的预设定值，以便在挤压作业开始之前，最大限度地减小或补偿实际检测到的温度梯度影响。
.挤压模组件、挤压筒和挤压杆是否对中良好，应由控制系统在每次挤压过程中进行实时检查；轴件位置也要在屏幕上显示，以表明机械设备处于正常工作状态。
.同时也要利用合适的材料，采用预应力技术，最大限度地减小挤压机立柱的拉伸变形。在任何情况下，挤压力总会产生一个最小伸长量。但这一伸长量会自动由控制系统通过实时调节挤压杆位置的方式及时给予补偿。
.良好的挤压模质量，也是严格控制钢管尺寸加工精度和获得良好的表面质量必不可少的重要条件。由于挤压模要受承受很高的温度和压力，所以模具在每次挤压作业后都要更换。
.一个压紧的玻璃纤维厚盘，即玻璃纤维垫，可由机械手自动装到坯料和挤压模之间，用于在挤压过程中，对外管壁提供表面润滑。
.必须使用玻璃纤维润滑。只有这样，才会在几乎没有磨擦力的情况下，实现金属流动；而且在接触区域，静磨擦系数可保持在0.03的水平。通过控制系统，玻璃纤维可实现自动分布和控制，其密度可控制在0.05g/m3～0.32g/m3之间。玻璃纤维平均直径约10靘～15靘。使用一种经过软化处理的玻璃纤维（SiO2 Na2O CaO），它在大约1200℃温度条件下的粘度为103泊。最为理想的是一种在接近于挤压温度的狭窄温度范围内软化和熔化的玻璃纤维，可获得非常好的使用效果。
钢管壁厚公差保证值：
.90 %壁厚≥20mm的钢管壁厚公差可控制在±6%范围内；
.90 %壁厚≥10mm的钢管壁厚公差可控制在±8%范围内；
.90 %壁厚＜10mm的钢管壁厚公差可控制在±10%范围内；
.外径＜200mm的钢管外径公差可控制在±1%范围内；
.外径＞200mm的钢管外径公差可控制在±1.5%范围内。
5 达涅利速度控制技术
挤压过程中最关键的是速度控制，既要控制好挤压设备工作情况（最大速度可达400mm/s），也要把握好控制条件（必须在整个挤压过程中保证恒定的挤压流量）。
要达到要求的设备性能，一是要用好用于驱动所有辅助设备的油压控制系统，二是要用好用于驱动主、副挤压缸的水控制系统，以尽可能最小化在挤压过程中使用的流体介质生产的影响。
选择水压系统的主要原因：
① 水具有良好的不可压缩性，它在100bar压力下的压缩率仅为0.35～0.40；而矿物油的压缩率则为0.65～0.75。
② 在工作温度条件下，水和油介质的粘度分别为：
在0 ℃～100℃温度条件下，水的运动粘度变化范围从2～0.4；
在0 ℃～100℃温度条件下，矿物油的运动粘度变化范围从100～10。
③ 在一个大气压和20℃温度条件下，液压油中可析出大约9％的空气。这将影响减压时间。
④ 事实上，即使出现泄漏，水也不会引起火灾，不会污染环境。
考虑到上述原因，全世界所有大型不锈钢挤压机，都选择水控制系统。
达涅利有下列优势：
① 合理选用具有最小可压缩性的流体介质来完成高速、高压下的挤压加工。事实证明，这种选择可改善最终产品质量。
② 运用所有液压油的技术优势来控制水控制系统比例阀阀位的精度。这样，就可以确保水控制系统和液压油控制系统的比例阀具有相同的工作性能。
6 结论
达涅利采用的钢管挤压加工方法，不仅可行，而且在当今竞争日益激烈的国际市场上，也将成为一种必须采用的生产工艺手段。达涅利过程自动控制参数，再加上在各种工作条件下，机械设备都表现出的良好的可靠性和生产运行可重复性，使设备具有很高的生产效率和产品质量，并可降低生产运行成本。
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