【钢管知识】管坯穿孔工艺

管坯穿孔工艺

穿孔是热轧无缝钢管变形的第一道工序，其作用是将实心管坯穿成空心毛管。由于穿成的毛管表面缺陷或偏心（壁厚不均）在过后的变形工序中很难消除或减轻，因此，穿孔毛管的质量对热轧无缝钢管的质量有着极为重要的影响。管坯穿孔方式有压力冲孔、推轧穿孔和斜轧穿孔。 

1 压力冲孔 

压力冲孔是将加热的方坯或波浪形钢锭装入圆形模中，然后用压力机驱动冲头在管坯中心部分冲出内孔。一般所冲内孔的面积相当或稍大于坯料与圆形模的间隙，因而变形量很小，延伸系数一般不超过1.1。 

2 推轧穿孔 

推轧穿孔可以看成是压力冲孔的一种改进形式，即把压力冲孔时的固定圆模改成带圆形孔型的1对轧辊，轧辊由电机驱动。当轧辊旋转将管坯咬入孔型并轧制时，固定在孔型中心位置的冲头便将其穿透成中空的毛管。为了推动轧制，在坯料的尾端需增加一个后推力，因此叫做推轧穿孔。

推轧穿孔是在当时圆连铸工艺尚不成熟，需采用方连铸坯进行穿孔轧管的一种方法，虽然比压力冲孔有了较大改进，但变形量仍然小，所以毛管短且厚，尤其容易产生较大的壁厚不均。因此，在穿孔之后，需要设置斜轧延伸机，以减薄毛管壁厚及延伸毛管长度，并减小毛管壁厚不均程度，但随着圆连铸坯工艺日臻成熟，该方式已逐渐被斜轧穿孔取代。 

3 斜轧穿孔 

斜轧穿孔是基于圆管坯被2个相互倾斜同向旋转的轧辊咬入并螺旋前进，通过由轧辊、导板（或导辊、导盘）和顶头所构成的孔型将管坯穿成中空的毛管。

实际上，圆管坯被轧辊咬入、旋转并压缩变形螺旋前进，在与顶头接触前，管坯的中心区在拉、压应力反复作用下的塑性变形逐渐发展成疏松，随着疏松的逐渐加重将导致中心破裂而形成“孔腔”（又称“横锻效应”）。因此，需将顶头前端调整在管坯出现疏松而未形成“孔腔”的位置，此时穿孔力能消耗低，工具磨损少，穿出的毛管质量好。如果管坯在已形成“孔腔”后才与顶头接触变形，则很容易在毛管的内孔形成“内折”。 

二辊斜轧穿孔是德国曼内斯曼兄弟于1885年发明，并经后人的多次改进与完善，发展至今，斜轧穿孔已成为热轧无缝钢管生产最主要的穿孔方式。

斜轧穿孔机的类型：斜轧穿孔机按轧辊数目可分为二辊斜轧穿孔机和三辊斜轧穿孔机。 

三辊斜轧穿孔机由于孔型封闭性差，穿孔薄壁管时容易形成尾三角，因而仅局限于生产中厚壁钢管的机组中，如三辊轧机。

二辊斜轧穿孔机按轧辊形状可分为盘式穿孔机、锥形辊穿孔机和桶式或曼式穿孔机。其区别在于其轧辊轴线与轧制中心线的倾角不同，由此造成在变形运动学上的较大差异。

导板、导辊和导盘都是二辊穿孔机的导向装置，其中导板为固定，导辊为隋辊，导盘由马达驱动旋转。它们不仅对穿孔毛管变形过程起到导向，保持毛管中心及轧制稳定的作用，同时也起到限制毛管横向变形的作用。导板、导辊和导盘与轧辊顶头一起组成封闭性穿孔孔型。

导板对于孔型封闭性来讲是最好的，适合于穿孔薄壁管，但导板磨损快，穿孔负荷高，在二辊斜轧穿孔机中应用最为普遍。

导辊与导板的特点相反，磨损小，穿孔负荷较低，但由于封闭性差，仅限于穿孔大口径、厚壁毛管。

1932年狄塞尔（Diescher）将导盘引入斜轧延伸机（又称狄塞尔轧管机），而后在二辊斜轧穿孔机中应用。导盘具有以下特点。

（1）由于导盘主动旋转，增加了对毛管的轴向拉力，从而增加了毛管的轴向速度，提高了穿孔效率；

（2）导盘旋转与毛管表面相对滚动，改善了毛管表面质量，因此，导盘具有较高的使用寿命，也减少了换工具的时间； 

（3）导盘相对导板对孔型的封闭性较差，特别是穿孔壁厚较薄的毛管时，金属容易挤入辊缝而产生划伤，链带或破尾。因而导盘穿孔机的延伸率不宜太大； 

（4）增加了设备构件及重量；

（5）孔型调整相对复杂一些。