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一. 鋼、鋼管、鋼管軋機及穿孔機的分類

1、鋼分類

1.1 按化學成分分類 ：非合金鋼、低合金鋼、合金鋼。

我們這里講到的不銹鋼屬于合金鋼中特殊質量合金鋼中的不銹、耐腐蝕和耐熱鋼。

不銹鋼按金相組織一般分為：馬氏體（例：1Cr13-410）、鐵素體 (例：1Cr17-430)、奧氏體 (例：1Cr17Mn6Ni5-201、1Cr17Ni7-301、0Cr18Ni9-304)、奧氏體 + 鐵素體雙相鋼 (00Cr25Ni6Mo2N-SUS329JE)、沉淀硬化不銹鋼。

馬氏體和鐵素體型的鉻不銹鋼，俗稱不銹鐵

1.2 鋼產品分類： 鋼的工業產品、鋼的其他產品

鋼的工業產品分類：

A、初級產品 ——— 液態鋼或鋼錠

B、半成品 ———— 有軋制或鍛造鋼錠獲得

C、軋制成品和最終產品

D、鍛制條鋼

實際關聯較多的：（1）條鋼（2）盤條（3）扁平產品

（4）鋼管（彎曲度 5mm/ 米）：無縫鋼管、焊管。中空型材、中空棒材。

2、鋼管分類：無縫鋼管、焊管

無縫鋼管：由鋼錠、管坯或鋼棒穿孔制成的沒有縫的鋼管。用鑄造方法生產的管子稱鑄鋼管。

在無縫鋼管中是按用途及材料綜合分類的，按材料分為碳鋼和不銹鋼（習慣叫法，不是國際分類）

在不銹鋼無縫鋼管中，國內主要有以下一些（按標準號順序排列）

GB/T3089 不銹耐酸極薄壁無縫鋼管

GB/T3090 不銹鋼小直徑無縫鋼管

GB/T13296 鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管

GB/T14975 結構用不銹鋼無縫鋼管

GB/T14976 流體輸送用不銹鋼無縫鋼管

3、鋼管軋機及穿孔機的分類

對于碳鋼管、無縫鋼管的生產方式既有共同的，也有各自特點。

我國無縫鋼管生產始于 1953 年，在鞍鋼由前蘇聯援建的 140 自動軋管機組。

3.1 無縫鋼管的生產方式大致有以下幾種：

3.1.1 自動軋管機組

3.1.2 連軋管機組

3.1.3 周期軋管機組（皮爾格）

3.1.4 三輥軋管機組

3.1.5 頂管機組 CPE

3.1.6 擠壓鋼管機組（加熱、水壓穿孔、再加熱、擠壓、定徑及精整）。

無縫鋼管機組通常是以中間延伸機組的名稱來命名的

無縫鋼管生產的基本工藝程序：

A、坯料準備（不銹鋼：剝皮、檢查、修磨、切斷、打定心空）

B、管坯加熱

C、穿孔

D、軋管（延伸）

E、再加熱與定減徑

F、精整、檢查、包裝入庫

對于 D、E 兩道則是冷拔、冷軋等工序

4、穿孔機的分類

管坯穿孔主要有：壓力穿孔（擠壓機組）、推軋穿孔（P.P.M）、斜軋穿孔。

斜軋穿孔應用最為廣泛，現介紹軋鋼專業的幾種軋制方法

（1）縱軋 —- 金屬軋件延伸方向，以及金屬運動的方向與軋輥圓周的速度方向是一致的，金屬只有直線運動。

（2）橫孔 —– 金屬主要流動方向垂直于軋輥圓周速度方向，軋件只有旋轉運動，例如：車輪軋機

（3）斜軋 —– 金屬主要流動方向與軋輥圓周速度方向構成一定的角度軋件的運動是一面旋轉一面前進。

區分了縱軋、橫軋、斜軋之后，看斜軋穿孔機型分類

斜軋穿孔機：二輥式穿孔機（配導板的、配導輥的、配導盤的）、三輥式穿孔機

還有按軋輥形狀分類（主要是二輥式）

即：桶形軋輥、蘑菇形軋輥（菌式）、盤形軋輥。

這其中，應用最多的是桶形軋輥、配導板的穿孔機，即曼乃斯曼穿孔機。溫州地區幾乎全是這種穿孔機。

其他二輥穿孔機：狄塞爾穿孔機、阿克穿孔機

三棍穿孔機：阿塞爾穿孔機、特朗斯瓦爾穿孔機。

二、二輥斜軋穿孔機（曼氏）的工作原理

曼氏穿孔機穿孔過程

圖示 1 圖解：

區段Ⅰ稱作一次咬入區也叫頂頭前壓縮區

區段Ⅱ稱作穿孔區

區段Ⅲ稱作展軋區，也叫輾軋區

區段Ⅳ稱作展圓區，也叫規圓區

加熱好的圓管坯被汽缸推桿推入穿孔機，管端與軋輥在 a 點接觸，由于軋輥有一個 8°的傾角（一般稱之為前進角 β），所以管坯便被軋輥咬入，這次的咬入稱作一次咬入。管坯開始旋轉并前進。由于軋輥又有一個 2.5°~3°的輥面角，即形成一個喇叭狀的開口，管坯在前進中被逐步加大了壓縮量。

管坯螺旋前進，直到碰到置于軋輥中心左側一定位置的頂頭。

這一段我們稱之為頂頭前壓縮區，在此區域，金屬一部分橫向流動，向輥縫間流去，遇到導板被阻止，由于導板距大于輥間距而使坯料變橢圓，一部分（主要是外層金屬）分層次地軸向延伸，向前跑，在坯料的前端形成一個喇叭形的凹窩。凹窩和定心孔便于管坯與頂頭尖部的對準。管坯端面前進至 b 點，遇到頂頭后，頂頭可以隨坯料進行旋轉，但是限制坯料的軸向前進。

只要在一次咬入區內有足夠的壓縮量，有 8°傾角的軋輥便會對坯料產生足夠的拽入力，那么管坯便被頂頭頂通了，即有實心圓坯變成了空心荒管，也就是進行了穿孔。

經過 b 點，也叫二次咬入。

從 b 點至 c 點這一段，頂頭與軋輥的縫隙是由厚變薄（由軋輥輥型和頂頭形狀在設計時便計算好的），因此荒管壁厚是逐步減少的。

C 點至 d 點的Ⅲ段，頂頭和軋輥之間的縫隙是均勻的，在此段荒管被碾軋，使得壁厚尺寸的精度，內外表面質量得以改善和保證。起到了勻整作用。

荒管經過 d 點之后，內壁已超出了頂頭，此時軋輥把橢圓形的荒管轉軋成圓形，所以也叫規圓。

下面簡述導板在穿孔過程中的工作情況。

一次咬入時，管坯僅被下導板托一下，不受導板限制，否則由于此時拽入力還小若受導板限制，很容易產生咬不入。

在坯料進入Ⅰ區后，即一次咬入后，前進某一距離便和導板也接觸，與導板接觸過早，導板對管坯前進產生阻力，特別是到達 b 點，坯端遇到頂頭時，頂頭也產生阻力，容易產生前卡，不能實現二次咬入，不能進行穿孔。但是與導板接觸過晚，坯料的橢圓變形較大，對于不銹鋼來講有時不利的，容易產生中心疏松、孔腔，即我們所說的內裂，所以要有合理的導板形狀和合適的導板距離，使得導板在合理的位置開始與被壓縮的實心管坯接觸。在Ⅱ區，管坯心部的肉被擠向周邊，此時導板的作用相當重要，它控制著橫向的變形，其與軋輥、頂頭共同構成一個環型的孔型使得穿孔過程能夠進行。

在Ⅲ區導板起著同樣的作用。

在Ⅳ區，外壁先脫離導板，荒管內壁脫離頂頭，在軋輥間被規圓從而完成穿孔過程。如果在此區間毛管仍與導板接觸，則荒管易被夾扁。在任何情況下，導板間距都是大于軋輥間距，否則將無法穿孔。正因為如此，荒管在穿孔過程中是橢圓的，也正因此，荒管在規圓后，其內徑尺寸大于頂頭尺寸，即使在溫度降低收縮尺寸后，仍大于頂頭尺寸，荒管才得以從頂頭、頂桿中脫出。

通過對穿孔過程的細化分析，我們知道，穿孔變形受軋輥、導板、頂頭的尺寸與形狀影響（設計時決定的），以及輥間距、導板距、頂頭位置的影響（現場調整決定的）。目前我們大部分穿孔機的軋輥傾角是：α=8°，輥面角：β=3°（2.5°），導板和頂頭也都有較為定型的尺寸或樣板。

現場調整便是穿孔過程的一個重要環節，在穿孔調整中用到下面一些公式和參數：

荒管外徑：D 管坯直徑: Do 軋制帶寬：K

軋輥壁厚：S 輥間距：B 導板距：A

軋輥輥面角：α 導板出口角：α1 頂頭伸出量：C（伸出軋制中心）

1、延伸系數：μ=DO2/〔4S（D-S）〕（μ= 坯截面積 / 管截面積）（不計燒損）

2、總壓縮系數：U=〔(Do-B)/Do〕×100%（U=9%~18%, 厚壁管、不銹鋼管取小值）

3、頂頭前壓縮量：Uo={〔Do-B-2(C-K/2)tgα〕/Do}×100%

（4%~7%）

4、橢圓度：θ=（A+2t.tgα1）/B

三. 不銹鋼無縫鋼管穿孔中的工作特點

不銹鋼由于其自身的一些物理、機械、成分等特殊的性能，在穿孔生產中便需適應其性能特點而在工藝上相應的措施。

1、備料

1.1 不銹鋼管坯一般采用片砂輪切割或帶鋸鋸切，而不宜采用剪切和火焰切割

1.2 不銹鋼管坯一般需進行剝皮檢查，防止和減少表面缺陷

1.3 一般需進行冷定心（打定心孔）

1.4 管坯的來源應當有足夠的壓縮比，應比碳鋼大。

2、加熱

2.1 加熱爐內氣氛應當是弱氧化性的，即二次風的供氧量略有多余。這樣，一方面可減少鋼坯表面氧化的程度，另一方面可防止鋼坯表面增碳，這一點是很重要的。這個問題在以后的鋼管退火、固溶處理也應注意。有的管子表面去油不凈，進爐后表面增碳，對于一些超低碳鋼種（如 304L、316L）便會碳超標而致廢。

2.2 不銹鋼常溫下導熱系數小（即傳熱慢），而膨脹系數大，所以應當在爐內有較長的預熱時間。即加熱初期，管坯的升溫速度宜慢些，以防產生熱裂紋。

2.3 當坯溫超過 850℃后，不銹鋼的導熱性和塑性迅速增加，此時應當快速加熱，并在均熱段短時間均熱。

2.4 不銹鋼在高溫段停留的時間不能太久，正常穿孔時要把握放鋼的節拍，機器、工具處理事項時，要把握鋼坯駐爐的時間及爐內溫度的調節。這是因為我們常用的奧氏體不銹鋼在高溫時會產生 α 相，即生成鐵素體，α 相超過一定比例后，金屬熱塑性急劇下降，嚴重時，將導致穿孔無法進行。即使在 950℃，長期保溫時，也會產生 α 相，也會降低鋼的塑性。而且，高溫及長時保溫還會使內部晶粒粗大。

2.5 不銹鋼穿孔的工作溫度范圍相對而言是比較窄的，2.4 講到高了不行，但低了也不行，溫度偏低，鋼的塑性降低是一個方面，另一方面變形抗力會大許多。而我們知道，正常溫度下，不銹鋼的變形抗力就比較大，再增大許多，就不能正常穿孔了。所以要把握好管坯的溫度范圍。

3、穿孔參數的調整

3.1 總壓縮系數：U=〔（Do-B）/Do〕×100%，由于不銹鋼的熱變形能力較差，所以 U 值不能大，一般在 4.5%~5.5%，否則容易中心疏松而發生內裂。但頂頭前壓縮量太小，又會由于咬入力小，在穿孔中不穩定，出現二次咬不入或者造成前卡。

3.2 橢圓度：θ=(A+2t . tgα1)/ B 也不能大，一般在 1.07~1.08（不能超過 1.1）。也是由于不銹鋼的熱塑性較差，為減少拉應力而采用小的橢圓度。

3.3 對于不銹鋼宜采用擴徑穿孔，一般荒管外徑比管坯直徑大 5%~10%，這是因為不銹鋼的寬展較大，在穿孔中擴徑量也較大。

3.4 選用適當的、較低的穿孔速度。適宜的軋輥轉速會減少鋼坯與軋輥之間的滑移，改善咬入，穿孔升溫也不太高，有利于提高毛管質量。在實際生產中，廠家為了增加軋輥的使用壽命 —— 即軋輥重車次數，便加大軋輥直徑。但要講究一個度。加軋輥直徑，便加大了軋輥的線速度（我們的設備都是交流電機傳動，固定轉速；軋輥前進角 β =8°也是固定的），當增大到一定程度時，由于穿孔速度的偏高而會影響到鋼管的穿孔質量，必要時應減少軋輥的原定轉速來適應。

3.5 鉬頂頭的涂玻璃粉潤滑和穿孔時軋輥間冷卻水量的控制等也是要認真對待的。

四 、穿孔荒管缺陷的產生與注意事項（對于不銹鋼類）

1、鋼管外表缺陷的控制

不銹鋼荒管外表面缺陷主要有以下幾種：

1.1 外折疊、發紋，除由于鋼材質量的原因之外，管坯在加熱時升溫過快易引發熱裂紋，導板表面不良也會刮傷。

1.2 表面壓痕：主要是軋輥或鋼管本身粘有異物所致。

1.3 較重的螺旋壓痕：一方面是由于軋制工具磨損嚴重后所致，另一個原因便是軋輥的規圓段輥長不足而形成。

2、鋼管內表面缺陷的控制

2.1 鋼管的內折疊和內裂紋

這是不銹鋼穿孔生產最常見到的問題，缺陷有時在管頭，有時在管尾，有時在某一段，有時是通長都有。要針對具體生成的原因來應對。

2.1.1 由于圓坯在頂頭前壓縮區Ⅰ中已形成了疏松空腔，內折疊可能是通長或成段的斷續。

而形成空腔的原因很多，主要歸納如下：

1) 鋼的自然屬性 ——- 主要是材料的穿孔性能

A、材料品種

B、鋼的純凈度、夾雜物多少與形態、偏析等，煉鋼、澆鑄、冷卻等因素。

C、軋鋼過程溫度控制、壓縮比 ——- 晶粒度大小

2）頂頭前壓縮量，這個量要適當。小了，拽入力不夠；大了，變形不均勻性增加，易形成空腔。壓縮段不宜太長，反復次數過多時，易裂。與頂頭前伸量也有關。

3）調整參數中的橢圓度 ——- 導板距是重要因素，而導板若太小又容易包頂頭，脫不出管。

4）加熱制度 ——— 加熱由線要合理。

5）定心孔不良，會造成管子頭部端一段內裂。

6）頂頭磨損及尖部熔損等工具不良所致。

根據缺陷狀況，分析其產生的原因，便可找到對應的解決辦法。

2.2 嚴重內螺紋

主要是頂頭設計不合理，或者頂頭磨損嚴重而產生。

其他的尺寸方面的缺陷，例如：直徑大小、壁厚超差及均勻性等問題，相對比較好處理，就不再一一解說了。

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