冷拔钢管的工艺

时间：2019-03-30

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

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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着增加。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。目前，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。 [1]

冷拔钢管生产工艺

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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

冷拔管

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。冷拔机的吨位小为30kN，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

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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）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；

（3）模具材料选用高强材料。

预防横裂措施

一、提高坯料加热质量

冷拔管

（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**头能对准坯料中心，避免穿孔偏心。

（3）安装调整好抱辊，将**杆抱紧，防止**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。

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