李鵬

【摘要】隨著玻璃潤(rùn)滑劑的出現(xiàn)，無縫鋼管的熱擠壓技術(shù)在近幾年得到了快速發(fā)展，對(duì)于在無縫鋼管熱擠壓技術(shù)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的無氧化加熱和工模具使用壽命等問題也得到了較好的解決。筆者就結(jié)合目前的無縫鋼管的熱擠壓技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】無縫鋼管；熱擠壓技術(shù)；玻璃潤(rùn)滑劑

熱擠壓技術(shù)是將金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行擠壓，使管坯能夠從一個(gè)模孔擠出，從而得到模孔形狀斷面管材的金屬成型方法。通過無縫鋼管的熱擠壓技術(shù)，可以有效避免難變形鋼種的鋼管成型問題。特別是近幾年我國(guó)引進(jìn)了多條熱擠壓無縫鋼管生產(chǎn)線用于生產(chǎn)高端無縫鋼管，使我國(guó)的無縫鋼管熱擠壓技術(shù)得到了快速提升。

1.無縫鋼管熱擠壓技術(shù)的發(fā)展

熱擠壓技術(shù)作為一種生產(chǎn)管材的加工方法，已經(jīng)有了悠久的歷史。早在1797年熱擠壓技術(shù)就已經(jīng)被應(yīng)用到擠壓鋁管上，1894年英國(guó)人又開始采用冷擠壓法生產(chǎn)錫、鉛、黃銅及銅合金產(chǎn)品；1899年俄國(guó)人率先采用熱擠壓法生產(chǎn)較難熔的金屬及合金棒材；1925年，法國(guó)人開始用熱擠壓法試制黑色金屬產(chǎn)品；1928年德國(guó)建成了世界上第一臺(tái)機(jī)械擠壓機(jī)，用來成批生產(chǎn)碳素鋼鋼管[1]。由此我們可以發(fā)現(xiàn)無論是黑色金屬還是有色金屬都可以采用擠壓法來生產(chǎn)產(chǎn)品。但是在采用熱擠壓技術(shù)時(shí)，不可以避免地就會(huì)影響潤(rùn)滑劑、工模具的使用壽命，同時(shí)無氧化加熱以及提高擠壓速度等問題也在阻礙著無縫鋼管熱擠壓技術(shù)的發(fā)展，這些問題的存在在很大程度上影響了熱擠壓技術(shù)在合金鋼和高合金鋼材生產(chǎn)上的應(yīng)用。

1945年，玻璃潤(rùn)滑劑出現(xiàn)并應(yīng)用于工業(yè)性生產(chǎn)。1951年，鋼擠壓機(jī)的擠壓桿推進(jìn)速度提高到229 mm /s。1955年，美國(guó)開始將工頻電感應(yīng)加熱技術(shù)引入鋼擠壓的坯料加熱工藝中并取得了較好的成果，而后從1957年開始，英國(guó)人也將感應(yīng)加熱技術(shù)應(yīng)用到工藝生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)了擠壓坯料的無氧化加熱。同時(shí)特殊冶金技術(shù)的發(fā)展也為無縫鋼管熱擠壓技術(shù)提供了基礎(chǔ)，使擠壓模具在高溫下能夠承受較大的壓力、沖擊和疲勞負(fù)荷，在一定程度上提高了熱擠壓的生產(chǎn)率，進(jìn)一步完善了生產(chǎn)的設(shè)備結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)了潤(rùn)滑劑、工模具的使用壽命。

2.無縫鋼管的熱擠壓過程

對(duì)于鋼管的熱擠壓坯料，可以選擇的種類有很多，包括鍛坯、軋坯、連鑄坯、離心澆注坯等。如果采用長(zhǎng)坯或短坯的話就需要在加工車間進(jìn)行剝皮、鋸斷、鉆深孔、車削端面及倒角，在經(jīng)歷這一系列過程后才可以進(jìn)入擠壓生產(chǎn)線[2]。

坯料加工好后就可以放入環(huán)形加熱爐，這里需要強(qiáng)調(diào)的是在進(jìn)行加熱前，坯料還要經(jīng)過清洗機(jī)進(jìn)行脫脂處理，在處理后才可以進(jìn)入環(huán)形爐加熱。一般的，坯料在環(huán)形爐內(nèi)加熱的溫度不應(yīng)超過900℃，然后再把坯料送入立式感應(yīng)加熱爐加熱到材料的熱擠壓溫度，當(dāng)然也可以根據(jù)工藝的要求直接加熱到鋼的熱擠壓溫度。在鋪粉臺(tái)架上要事先將外圓涂好玻璃粉，坯料在加熱到相應(yīng)溫度后需要由機(jī)械手放入沖（擴(kuò)）孔筒中，而后從坯料端部的“喇叭日”中添加玻璃粉，在立式穿孔機(jī)上進(jìn)行沖（擴(kuò)）孔[2]。空心坯料在經(jīng)過沖（擴(kuò)）孔后，會(huì)因?yàn)榕c模具接觸而產(chǎn)生溫降，因此需要對(duì)坯料進(jìn)行補(bǔ)熱，也就是再次加熱。但是由于坯料表面存在玻璃粉，極有可能影響再加熱時(shí)的溫度檢測(cè)，這樣加熱溫度就會(huì)出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響熱擠壓效果。因此在補(bǔ)熱前，需要對(duì)坯料進(jìn)行除磷，將坯料表面的玻璃膜都清除掉，然后再加熱，加熱后的坯料在經(jīng)過內(nèi)外表面涂玻璃粉后，由供錠器送入擠壓機(jī)中心進(jìn)行擠壓。在擠壓完成后分離鋸會(huì)將制品和壓余分離開。制品和工具經(jīng)過相應(yīng)冷處理后，完成整個(gè)無縫鋼管的熱擠壓過程。

3. 無縫鋼管的熱擠壓技術(shù)的應(yīng)用難點(diǎn)

3.1坯料的無氧化加熱

通常情況下，材料在加熱時(shí)溫度應(yīng)保持在其“液相線”以下80℃-150℃。特別是在材料加熱過程中極有可能出現(xiàn)“過燒”現(xiàn)象，因此在加熱過程中需要嚴(yán)格控制材料的加熱溫度，這里需要強(qiáng)調(diào)的是，控制加熱溫度，但溫度也不能過低，如果溫度過低就會(huì)造成悶車。當(dāng)前的擠壓工藝通常采用的是環(huán)形爐預(yù)熱，立式感應(yīng)爐加熱的方法。坯料在環(huán)形爐內(nèi)加熱到一定溫度（不應(yīng)超過900℃），然后再把坯料送入立式感應(yīng)加熱爐加熱到材料的熱擠壓溫度。這樣不僅可以提高加熱的速度，更可以有效減少金屬的燒損，從而有效提高加熱的質(zhì)量，同時(shí)感應(yīng)加熱的過程自動(dòng)化控制以及加熱控制模型的建立也可以有效保障坯料長(zhǎng)度方向和直徑方向的溫度精度，從而有效保證坯料的加熱無氧化。坯料也可以在感應(yīng)力口熱時(shí)在保護(hù)氣氛條件下加熱，金屬很難出現(xiàn)氧化。

3.2模具的使用壽命

模具的使用壽命通常指的便是擠壓筒、穿孔針和擠壓模這些工作時(shí)與熱金屬接觸，并與熱金屬產(chǎn)生相對(duì)流動(dòng)的模具的使用壽命。

模具中與熱坯料直接接觸的有擠壓墊、穿孔針、擠壓模和擠壓筒，其中擠壓墊工作時(shí)是處于受壓狀態(tài)，雖然與熱坯料直接接觸，但實(shí)際上兩者之間并沒有相對(duì)金屬流動(dòng)，擠壓墊正常使用時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生大量消耗，通常情況下，每套系統(tǒng)都會(huì)配備2-3個(gè)擠壓墊以循環(huán)使用[3]。

擠壓筒是在過盈熱裝配時(shí)的多層筒，如果過盈量設(shè)計(jì)合理、符合加工尺寸符合圖紙要求的話，就可以投入使用，使用前需要先預(yù)熱，然后定期清理內(nèi)壁玻璃粉，檢查內(nèi)壁劃痕，這樣可以有效延長(zhǎng)其使用壽命。

擠壓模與熱金屬接觸的時(shí)間最長(zhǎng)，也是使用壽命最短的模具。為了延長(zhǎng)其使用壽命，可以加快擠壓速度，使鋸切分離的時(shí)間更短，這樣可以有效縮短熱金屬在擠壓模內(nèi)的停留時(shí)間，減少損耗。同時(shí)擠壓模在每次擠壓后都需要進(jìn)行檢查處理，這樣不僅可以保證制品的質(zhì)量，更可以延長(zhǎng)擠壓模的使用壽命。

穿孔針由于斷面積較小，在擠壓時(shí)常會(huì)包裹在熱金屬內(nèi)，溫度升高會(huì)造成力學(xué)性能下降，這樣就會(huì)產(chǎn)生金屬損耗，因此必須要對(duì)穿孔針進(jìn)行充分冷卻。國(guó)外的鋼擠壓機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)都對(duì)穿孔針的內(nèi)冷系統(tǒng)進(jìn)行了改良，但是使用效果還是比較一般的。對(duì)于小規(guī)格的穿孔針內(nèi)冷孔極大地縮減了穿孔針的強(qiáng)度，在退針時(shí)既有可能出現(xiàn)斷裂，對(duì)于大規(guī)格的穿孔針，冷卻速度又太慢，因此可以將內(nèi)冷系統(tǒng)改為在擠壓完成后進(jìn)行外冷，這樣穿孔針的使用壽命就可以得到有效延長(zhǎng)。

3.3潤(rùn)滑

潤(rùn)滑一直是無縫鋼管熱擠壓技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)之一，玻璃粉潤(rùn)滑劑的出現(xiàn)對(duì)于無縫鋼管的熱擠壓技術(shù)具有重要意義。以玻璃粉作為無縫鋼管的熱擠壓潤(rùn)滑劑，可以使玻璃粉在高溫狀態(tài)下呈熔融狀態(tài)附屬在坯料表面，這樣在擠壓時(shí)就可以有效降低流動(dòng)金屬和工模具間的摩擦阻力，提高其潤(rùn)滑性能，同時(shí)制品的表面也可以形成均勻連續(xù)的玻璃膜，對(duì)于制品表面質(zhì)量的提高具有重要作用。高溫下的玻璃導(dǎo)熱性能較低，因此具有較好的隔熱性能，模具在擠壓過程中不會(huì)因?yàn)檫^快的生物而影響工模具的使用壽命[2]。玻璃粉的主要成分包括二氧化硅、一氧化鈉等，這些成分都具有較好的化學(xué)性質(zhì)，在與高溫坯料接觸時(shí)，可以減少化學(xué)反應(yīng)，從而有效保證制品的質(zhì)量。不同顆粒度和配比，玻璃粉的性能也有所不同，因此應(yīng)用的材料和場(chǎng)合也有所不同，因此在應(yīng)用玻璃粉時(shí)還要有根據(jù)地使用。

4.結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無縫鋼管的需要量也在不斷增多，作為高效的加工方法，熱擠壓技術(shù)將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。發(fā)展無縫鋼管的熱擠壓技術(shù)對(duì)于提高我國(guó)高端鋼管產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有著積極意義。

參考文獻(xiàn)：

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