壓力穿孔

壓力穿孔是指用沖擠方法將實心坯穿孔成毛管的工序。穿孔後的毛管有帶杯底的和穿透的兩種，做為頂管、周期式軋管機軋管以及管材擠壓的坯料。

基本介紹

• 中文名：壓力穿孔
• 外文名：press piercing
• 含義：用沖擠方法將實心坯穿孔成毛管
• 特點：在壓力機上用沖桿(頭)實現的壓力
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉

簡介

在鋼管工業中開發採用壓力穿孔製造無縫鋼管的新技術，是為了在中等口徑無縫鋼管生產中，能夠直接採用連鑄方坯，以達到降底成本，並大幅度地提高產品的尺寸精度和表面質量的目的。

發展概況

壓力穿孔技術的發展概況如下:

(1)1972年-1974年的三年中，對使用連鑄方坯的壓力穿孔法在工業上的套用進行了研究。依據新日鐵方式，經過多次技術改進，這種壓力穿孔法在工業上實用獲得成功。

(2)進一步對其在工業實用方面進行了研究，象斜軋穿孔法工藝那樣把壓力穿孔法和自動軋管法相結合套用到了無縫鋼管的生產過程中。

這項新工藝技術是由新日鐵生產技術研究所，東京製造廠通過工業性試驗共同完成的。1977年10月以後，在無縫鋼管廠採用，幾乎100%的使用連鑄方坯生產無縫鋼管，迄今已逾100萬噸。在中等口徑無縫鋼管生產中曾被認為質量難點的尺寸精度，特別是壁厚不均率都有了明顯改善。壁厚不均率平均值為3-4 %,最大可保持在10%以下，這可謂極優良的質量水準。

研究背景

從1885年曼乃斯曼兄弟發明了斜軋穿孔法作為無縫鋼管生產方法以後，近一個世紀以來，一直被當作用以大量生產無縫鋼管的主要方法，在此期間經歷多次改進，已被作為一種成熟方法為世界多數無縫鋼管工廠所採用。曼乃斯曼穿孔法是軋輥軸線與軋制線相交叉成一定角度，使管坯在穿軋過程中獲得旋轉運動，造成其中心部位容易產生孔腔的狀態下用頂頭進行穿孔。因此，為了使管坯能經受得住這種極苛酷的加工條件，而對管坯的質量要求很嚴，一般要求具有一定的鍛壓比，有的甚至必須剝皮。

用連鑄管坯在二輥斜軋機上穿孔，在頂頭前容易產生孔腔，這種現象也是形成鋼管內表面摺疊和其它缺陷的原因，並且在斜軋穿孔中由於伴隨著很大的剪下應力，進而惡化了內表面缺陷。而且在二輥斜軋機上直接使用連鑄坯也受到品種及大尺寸的限制。所以對一種全部採用連鑄方坯生產中等口徑無縫鋼管的新技術研究，就顯得非常必要。另外，中等口徑無縫鋼管的尺寸精度，特別是壁厚精度比同規格的電焊管差得多，在這方面也期待著採用新技術，使之大幅度改善。

起源

此種方法最早的起源可見於1897年豪林古斯的專利。1963年卡爾梅斯在西德對壓力穿孔技術提出了專利申請，卡爾梅斯壓力穿孔法技術原理是使方坯在後推力和軋輥曳入力作用下經頂頭穿孔，同時經圓型孔形成圓管坯的方法，此法被稱為PPM法。和先前的豪林古斯專利技術相比較，差別在於前者是用頂頭完成穿孔後再在孔型中軋制，而卡爾梅斯專利技術是使穿孔和軋制同時進行。

原理基礎

根據蠟泥模擬穿孔機和小型熱軋模擬穿孔機上的研究成果，設計並製作了1:3規模的工業試驗用壓力穿孔機，用以進行了基礎研究。試驗證明在壓力穿孔過程中連鑄坯的中心疏鬆，在頂頭前端的壓縮應力作用下被完全壓實。而後又將此坯料繼續在1:4規模的工業試驗用斜軋延伸機上進行試驗，並對其金屬流動性、缺陷的變化、形狀尺寸的變化進行了分析，其結果表明連鑄坯料經壓力穿孔後可以得到內壁質量良好的毛管還，這些毛管坯也十分適用於斜軋延伸等通常制管過程的要求。

另外對工業試驗用壓力穿孔機的實驗結果，利用方向餘弦的三維變形解析理論進行分析，得出了軋制負荷計算公式，為工業生產用的壓力穿孔機的製造設計提供了可靠的數據。

新制管

開發新制管工藝的目的主要是以大幅度改善所謂生產中等口徑無縫鋼管難點的壁厚精度為目標。

壓力穿孔法和自動軋管法相結合的必要性

對中等口徑無縫鋼管新製造法所使用的主機，根據對生產率和產品質量的要求，選擇“壓力穿孔機”、“斜軋延伸機”。

“自動軋管機”為基本工藝流程。壓力穿孔後的毛坯管為壁厚/外徑=25%的超厚峽管，如前所述，毛坯壁厚不均率平均在18%以下，最大不超過25%。由於一台自動軋管機對坯料的壓縮量比較小，也不可能得到所期待的壁厚不均的矯正效果。所以用斜軋延伸機將壓力穿孔機和自動軋管機連結起來。斜軋延伸機最大壓縮比可達到5，另外，為了成品管壁厚不均率達到理想質量指標(平均值3-4%以下，最大不超過10%)，必須在延伸機軋制過程中對壁厚不均具有大幅度的矯正效果才可以。

延伸機對壁厚不均的矯正效果

以前，有關斜軋延伸機矯正壁厚不均效果的資料發表很少，技術上的未知點較多。因此在工業性試驗斜軋延伸機上對這個課題進行了試驗研究。假如選定條件適當(如軋制規程，毛坯管條件，軋機調整條件等)，在斜軋延伸機上對矯正壁厚不均能得到顯著的效果。

① 壓縮比

斜軋延伸機的壓縮比為2-3時，即使毛管坯壁厚不均率達40%的情況下，經軋延後壁厚不均率也可達到10%以下，顯然壁厚不均可以得到大幅度的改善。然而當斜軋延伸機的壓縮比達到5這樣大的程度時，則效果並不理想，壁厚不均並不能得到大幅度改善。

② 壞管條件

毛管的壁厚/外徑，程度越大，則壁厚不均的矯正效果越顯著。壓力穿孔後的毛坯管壁厚/外徑≈25%時，對壁厚不均的矯正效果最有利。

③ 機的調整條件

對軋輥壓下裝置，軋輥傾斜角，導衛裝置所進行的研究表明:減徑程度越大，軋輥傾斜角越小，則對壁厚不均的矯正效果越佳。

新制管工藝的完成

新制管法工藝流程，其特點是有兩台斜軋延伸機(1號和2號)，每台延伸機的壓縮比錄大為2-3左右，顯然可以期待取得大幅度的矯正效果。而達到所耍求的質量指標。在工業試驗壓力穿孔機上和小型鋼管廠所進行的制管試驗，確係沒有發生軋材尺寸等其它方面的問題。

無縫鋼管廠採用這種新制管法生產的鋼管壁厚不均率的實測值平均為3%-4%，最大為7%-8%。與迄今採用的其它各種制管法相比，鋼管的壁厚不均得到了大幅度的改善。

此外，對連鑄方坯的使用率幾乎達到100%，因而在節省能量，節省資源等方面也取得了顯著效果。