冷拔钢管是
钢管的一种,即其按生产工艺的不同分类的一种,区别于
热轧(扩)管。在
毛管坯或原料管
扩径的过程中通过多道次的
冷拔加工而成,通常在0.5~100T的单链式或双链式冷拔机上进行。
冷轧(拨)钢管除分一般钢管、低中压锅炉钢管、
高压锅炉钢管、
合金钢管、
不锈钢管、
石油裂化管、
机械加工管、
厚壁管、小口径加内模冷拔管其它钢管外,还包括碳素薄壁钢管、合金薄壁钢管、不锈薄壁钢管、
异型钢管。冷拔钢管其外径可以到6mm,壁厚可到0.25mm,
薄壁管外径可到5mm壁厚小于0.25mm尺寸,精度以及表面质量均明显优于热轧(扩)管,但受工艺制约,其口径以及长度均受到一定限制。
原理
金属学原理
冷拔加工钢管正是发生了加工硬化。冷拔时金属发生塑性变形,晶体内部有多个滑移系启动,位错运动彼此拦截,许多位错被钉扎住,造成位错塞积,同时位错源停止动作。上述一系列过程导致了位错的可动性降低,晶体中的位错密度显著增加。当塑性变形进一步发生,应力增加并足以使钉扎的位错开始运动,螺位错交滑移,刃位错不能交滑移,这样发生位错交截,使不动阶数增加。
所以,通过冷拔加工金属内部位错密度增加,位错可动性降低,既难于产生位错又难于移动位错,因而
金属材料硬度、强度提高。这就是冷拔加工的金属学原理。
力学原理
冷拔时钢管在力的作用下通过一定形状、尺寸的模具,发生塑性变形。在生产中的拔制方法大致可分成3种:缩径拔管、减外壁拔管和减内壁拔管,冷拔时,钢管在拉拔力、正压力和摩擦力的作用下,发生相应的变形,大都经过缩径、减壁和定径3个阶段,而且变形区内部产生相应的应力,其中轴向为拉应力,径向和周向为压应力,拔管过程中金属处于一向拉和两向压应力状态,这是冷拔管变形过程的基本力学特征。
生产工艺
冷拔钢管,冷轧钢管机组是用冷轧、
冷拔或冷轧和冷拔相结合的冷加工方法生产管材的整套装备组合,是对热轧管材或焊接管进行深度加工的机组。
依据金属的加工性能、管材尺寸、质量要求以及投资和效益来选择不同的加工方法及相应的辅助工序。冷轧冷拔管的基本工序有:(1)管料供给,所用管料为热轧成品管或半成品管、挤压管以及焊接管;(2)管料准备,包括检查、打捆、酸洗、清洗、冲洗、中和、烘干、涂润滑剂等;(3)冷加工(冷轧或冷拔);(4)成品精整包括成品热处理、矫直、取样、切头尾、检查(人工检查和各种探伤)、
水压试验、涂油、包装、入库等。不同的产品精整内容有所差异。
冷加工管机组生产特点是管料从投入到加工成成品通常要经过多次
冷变形并产生
加工硬化,因而整个生产过程由多个准备工序和变形工序组成,且具有往复循环的特点,因而工序多,
生产周期长、金属消耗较大,生产效率较低,一般生产规模均不大。
在机组中同时配置
冷拔和
冷轧机有利于发挥它们各自的优点,特别是对生产不锈钢等高
合金钢管和难变形的
有色金属管更为合理和必要。
冷拔机有单根和多根直条
拔管机以及卷筒拔管机(见卷筒拔管)。单根冷拔时管材的长度达50m,卷筒拔管时长达几百米。冷拔机的吨位最小为30kN,最大为7000kN。常规
冷轧管机有
二辊式冷轧管机和
多辊式冷轧管机两种。
拔制关键因素
选材
冷拔缸筒是以热轧管为材料拔制而成的,热轧管的材质、规格、质量的选取合适与否直接影响着拔制进行和成品质量。选材时应注意以下几点:
(1)在选材时一般在强度保证的情况下,选取硬度低、塑性好的材料;
(2)钢管规格应根据成品的规格选定,保证其延伸率在百分之二十到百分之四十;延伸率过小,成品表面的强度不能保证,过大,使拔制难以进行;
(3)材料表面不能有凹坑、裂纹、裂缝、折叠、结疤、椭圆等严重缺陷;
(4)最好选取热轧后放置0.5~2a的钢管,时间过短,钢管表面锈蚀浅薄,时间过长,钢管表面锈蚀过深,这些都会导致钢管表面前处理不充分,从而影响成品表面质量。
前处理
未经前处理的钢管,冷拔时因钢管表面与模具之间摩擦系数过大而使拔制不能进行;只有经过前处理工序,使钢管先进行除锈,并通过磷化、皂化等处理,使其内、外表面形成一种致密的金属皂膜,以减小钢管与模具之间的摩擦,从而保证拔制的顺利进行。同时,通过前处理还可以减少模具的损耗率,提高成品率和工作效率,并且使加工后的成品表面光滑均匀,防锈效果好。
钢管前处理应注意以下几点:
(1)酸洗除锈要彻底,一经发现未除净的锈,则需重新酸洗。
(2)生产中,应经常测试磷化液和皂化液的成分浓度,保证磷化液和皂化液的生产指标,发现达不到指标时,应及时进行调配。
(3)要严格控制处理液的温度与操作时间。
模具的设计
冷拔管是在力作用下,通过一定形状、尺寸的模具拔制而成的,模具尺寸精度、表面质量直接影响成品的尺寸精度和质量。
模具设计要注意以下几个方面:
(1)内、外模具定径尺寸的确定应考虑冷拔后成品的回弹量,一般硬度低、变形量小的材料,其回弹量小,硬度高、变形量大的材料,其回弹量大;
(2)模具的表面要有较低的粗糙度要求,一般取值比成品低一到两级;
预防横裂措施
一、提高坯料加热质量
(1)严格按工艺要求加热,并采用上限温度加热,杜绝低温加热。如对碳素钢(1胪~45。)坯料加热温度分别比原工艺提高20~30℃,效果较好。经统计,其后五个月的裂口下降近40%。
(2)对于斜底炉须勤拨料,使坯料受热均匀,杜绝阴阳面的出现。同时,拨完料后即关炉门,减少热损失。
(3)严格控制轧制节奏,保证坯料加热透,不出现黑心现象。避免出现穿孔黑螺旋现象。
(4)使用优质重油,保证坯料加热质量。
二、提高毛管壁厚精度
(1)正确调整穿孔、轧管工艺参数,提高轧辊等工模具精度,使坯料及荒管在穿孔和轧管过程中变形均匀。
(2)精确调整好定心位置,安装一个托辊装置,使顶头能对准坯料中心,避免穿孔偏心。
(3)安装调整好抱辊,将顶杆抱紧,防止顶杆下沉。
(4)进行设备定修制,使设备保持完好状态,保证毛管壁厚精度。
(5)加强管理,经常测量毛管壁厚,发现问题及时调整。
三、避免毛管急水冷却和轧冷钢
控制协调好生产节奏,使荒管在轧制前在台上停留时间短。保证钢管终轧温度不低于850℃,保证钢管内部组织均匀,减少残余应力,冷却水压适中,防止漏水现象,避免钢管局部急水冷却,造成局部冷脆现象。
四、防止毛管直道和轧折现象出现
提高工模具质量,经常检查工模具,发现工模具磨损或不合要求,及时更换。经常检查毛管表面质量,发现问题,及时解决。
五、提高毛管修磨质量
对于毛管的轧折、外折等表面缺陷一定要修磨干净,修磨宽度要大于修磨深度8倍,砂轮打磨后必须要用刀刨平。以提高修磨质量。
六、毛管修磨后退火
(1)由于坯料加热质量欠佳或终轧温度偏低等因素的影响,钢管存在残余应力等缺陷,经过毛管退火后,消除钢管残余应力,改善内部组织,提高塑性,便于冷拔加工变形。
(2)钢管修磨后,修磨部位出现加工硬化,应力集中,修磨面硬度增高,塑性下降,变形抗力增加。毛管修磨后再退火,就可消除由于修磨造成的加工硬化和应力集中,修磨部位能获得同其它部位同样好的塑性,便于加工变形。
(3)毛管修磨后退火,必须符合退火工艺要求,使毛管受热均匀且透心,以使其缺陷部位组织状态得以充分恢复。消除内应力,降低硬度,提高塑性。