[科普中國(guó)]-冷拔管

原理金屬學(xué)原理

冷拔加工鋼管正是發(fā)生了加工硬化。冷拔時(shí)金屬發(fā)生塑性變形，晶體內(nèi)部有多個(gè)滑移系啟動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)彼此攔截，許多位錯(cuò)被釘扎住，造成位錯(cuò)塞積，同時(shí)位錯(cuò)源停止動(dòng)作。上述一系列過(guò)程導(dǎo)致了位錯(cuò)的可動(dòng)性降低，晶體中的位錯(cuò)密度顯著增加。當(dāng)塑性變形進(jìn)一步發(fā)生，應(yīng)力增加并足以使釘扎的位錯(cuò)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，螺位錯(cuò)交滑移，刃位錯(cuò)不能交滑移，這樣發(fā)生位錯(cuò)交截，使不動(dòng)階數(shù)增加。

所以，通過(guò)冷拔加工金屬內(nèi)部位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)可動(dòng)性降低，既難于產(chǎn)生位錯(cuò)又難于移動(dòng)位錯(cuò)，因而金屬材料硬度、強(qiáng)度提高。這就是冷拔加工的金屬學(xué)原理。

力學(xué)原理冷拔時(shí)鋼管在力的作用下通過(guò)一定形狀、尺寸的模具，發(fā)生塑性變形。目前，在生產(chǎn)中的拔制方法大致可分成3種：縮徑拔管、減外壁拔管和減內(nèi)壁拔管，冷拔時(shí)，鋼管在拉拔力、正壓力和摩擦力的作用下，發(fā)生相應(yīng)的變形，大都經(jīng)過(guò)縮徑、減壁和定徑3個(gè)階段，而且變形區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，其中軸向?yàn)槔瓚?yīng)力，徑向和周向?yàn)閴簯?yīng)力，拔管過(guò)程中金屬處于一向拉和兩向壓應(yīng)力狀態(tài)，這是冷拔管變形過(guò)程的基本力學(xué)特征。1

冷拔鋼管生產(chǎn)工藝?yán)浒武摴?，冷軋鋼管機(jī)組是用冷軋、冷拔或冷軋和冷拔相結(jié)合的冷加工方法生產(chǎn)管材的整套裝備組合，是對(duì)熱軋管材或焊接管進(jìn)行深度加工的機(jī)組。
依據(jù)金屬的加工性能、管材尺寸、質(zhì)量要求以及投資和效益來(lái)選擇不同的加工方法及相應(yīng)的輔助工序。冷軋冷拔管的基本工序有：(1)管料供給，所用管料為熱軋成品管或半成品管、擠壓管以及焊接管；(2)管料準(zhǔn)備，包括檢查、打捆、酸洗、清洗、沖洗、中和、烘干、涂潤(rùn)滑劑等；(3)冷加工(冷軋或冷拔)；(4)成品精整包括成品熱處理、矯直、取樣、切頭尾、檢查(人工檢查和各種探傷)、水壓試驗(yàn)、涂油、包裝、入庫(kù)等。不同的產(chǎn)品精整內(nèi)容有所差異。
冷加工管機(jī)組生產(chǎn)特點(diǎn)是管料從投入到加工成成品通常要經(jīng)過(guò)多次冷變形并產(chǎn)生加工硬化，因而整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程由多個(gè)準(zhǔn)備工序和變形工序組成，且具有往復(fù)循環(huán)的特點(diǎn)，因而工序多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、金屬消耗較大，生產(chǎn)效率較低，一般生產(chǎn)規(guī)模均不大。
在機(jī)組中同時(shí)配置冷拔和冷軋機(jī)有利于發(fā)揮它們各自的優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)生產(chǎn)不銹鋼等高合金鋼管和難變形的有色金屬管更為合理和必要。冷拔機(jī)有單根和多根直條拔管機(jī)以及卷筒拔管機(jī)(見(jiàn)卷筒拔管)。單根冷拔時(shí)管材的長(zhǎng)度達(dá)50m，卷筒拔管時(shí)長(zhǎng)達(dá)幾百米。冷拔機(jī)的噸位最小為30kN，最大為7000kN。常規(guī)冷軋管機(jī)有二輥式冷軋管機(jī)和多輥式冷軋管機(jī)兩種。

拔制關(guān)鍵因素選材冷拔缸筒是以熱軋管為材料拔制而成的，熱軋管的材質(zhì)、規(guī)格、質(zhì)量的選取合適與否直接影響著拔制進(jìn)行和成品質(zhì)量。選材時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）在選材時(shí)一般在強(qiáng)度保證的情況下，選取硬度低、塑性好的材料；

（2）鋼管規(guī)格應(yīng)根據(jù)成品的規(guī)格選定，保證其延伸率在百分之二十到百分之四十；延伸率過(guò)小，成品表面的強(qiáng)度不能保證，過(guò)大，使拔制難以進(jìn)行；

（3）材料表面不能有凹坑、裂紋、裂縫、折疊、結(jié)疤、橢圓等嚴(yán)重缺陷；

（4）最好選取熱軋后放置0.5~2a的鋼管，時(shí)間過(guò)短，鋼管表面銹蝕淺薄，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鋼管表面銹蝕過(guò)深，這些都會(huì)導(dǎo)致鋼管表面前處理不充分，從而影響成品表面質(zhì)量。

前處理未經(jīng)前處理的鋼管，冷拔時(shí)因鋼管表面與模具之間摩擦系數(shù)過(guò)大而使拔制不能進(jìn)行；只有經(jīng)過(guò)前處理工序，使鋼管先進(jìn)行除銹，并通過(guò)磷化、皂化等處理，使其內(nèi)、外表面形成一種致密的金屬皂膜，以減小鋼管與模具之間的摩擦，從而保證拔制的順利進(jìn)行。同時(shí)，通過(guò)前處理還可以減少模具的損耗率，提高成品率和工作效率，并且使加工后的成品表面光滑均勻，防銹效果好。

鋼管前處理應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）酸洗除銹要徹底，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)未除凈的銹，則需重新酸洗。

（2）生產(chǎn)中，應(yīng)經(jīng)常測(cè)試磷化液和皂化液的成分濃度，保證磷化液和皂化液的生產(chǎn)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)達(dá)不到指標(biāo)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)配。

（3）要嚴(yán)格控制處理液的溫度與操作時(shí)間。

模具的設(shè)計(jì)冷拔管是在力作用下，通過(guò)一定形狀、尺寸的模具拔制而成的，模具尺寸精度、表面質(zhì)量直接影響成品的尺寸精度和質(zhì)量。

模具設(shè)計(jì)要注意以下幾個(gè)方面：

（1）內(nèi)、外模具定徑尺寸的確定應(yīng)考慮冷拔后成品的回彈量，一般硬度低、變形量小的材料，其回彈量小，硬度高、變形量大的材料，其回彈量大；

（2）模具的表面要有較低的粗糙度要求，一般取值比成品低一到兩級(jí)；

（3）模具材料選用高強(qiáng)耐磨材料。1

預(yù)防橫裂措施一、提高坯料加熱質(zhì)量

（1）嚴(yán)格按工藝要求加熱，并采用上限溫度加熱，杜絕低溫加熱。如對(duì)碳素鋼（1臚～45。）坯料加熱溫度分別比原工藝提高20～30℃，效果較好。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，其后五個(gè)月的裂口下降近40%。

（2）對(duì)于斜底爐須勤撥料，使坯料受熱均勻，杜絕陰陽(yáng)面的出現(xiàn)。同時(shí)，撥完料后即關(guān)爐門，減少熱損失。

（3）嚴(yán)格控制軋制節(jié)奏，保證坯料加熱透，不出現(xiàn)黑心現(xiàn)象。避免出現(xiàn)穿孔黑螺旋現(xiàn)象。

（4）使用優(yōu)質(zhì)重油，保證坯料加熱質(zhì)量。

二、提高毛管壁厚精度

（1）正確調(diào)整穿孔、軋管工藝參數(shù)，提高軋輥等工模具精度，使坯料及荒管在穿孔和軋管過(guò)程中變形均勻。
（2）精確調(diào)整好定心位置，安裝一個(gè)托輥裝置，使頂頭能對(duì)準(zhǔn)坯料中心，避免穿孔偏心。

（3）安裝調(diào)整好抱輥，將頂桿抱緊，防止頂桿下沉。

（4）進(jìn)行設(shè)備定修制，使設(shè)備保持完好狀態(tài)，保證毛管壁厚精度。

（5）加強(qiáng)管理，經(jīng)常測(cè)量毛管壁厚，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整。

三、避免毛管急水冷卻和軋冷鋼

控制協(xié)調(diào)好生產(chǎn)節(jié)奏，使荒管在軋制前在臺(tái)上停留時(shí)間短。保證鋼管終軋溫度不低于850℃，保證鋼管內(nèi)部組織均勻，減少殘余應(yīng)力，冷卻水壓適中，防止漏水現(xiàn)象，避免鋼管局部急水冷卻，造成局部冷脆現(xiàn)象。

四、防止毛管直道和軋折現(xiàn)象出現(xiàn)

提高工模具質(zhì)量，經(jīng)常檢查工模具，發(fā)現(xiàn)工模具磨損或不合要求，及時(shí)更換。經(jīng)常檢查毛管表面質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)解決。

五、提高毛管修磨質(zhì)量

對(duì)于毛管的軋折、外折等表面缺陷一定要修磨干凈，修磨寬度要大于修磨深度8倍，砂輪打磨后必須要用刀刨平。以提高修磨質(zhì)量。
六、毛管修磨后退火

（1）由于坯料加熱質(zhì)量欠佳或終軋溫度偏低等因素的影響，鋼管存在殘余應(yīng)力等缺陷，經(jīng)過(guò)毛管退火后，消除鋼管殘余應(yīng)力，改善內(nèi)部組織，提高塑性，便于冷拔加工變形。

（2）鋼管修磨后，修磨部位出現(xiàn)加工硬化，應(yīng)力集中，修磨面硬度增高，塑性下降，變形抗力增加。毛管修磨后再退火，就可消除由于修磨造成的加工硬化和應(yīng)力集中，修磨部位能獲得同其它部位同樣好的塑性，便于加工變形。

（3）毛管修磨后退火，必須符合退火工藝要求，使毛管受熱均勻且透心，以使其缺陷部位組織狀態(tài)得以充分恢復(fù)。消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，提高塑性。2