关于无缝钢管的热挤压技术的浅析

李鹏

【摘要】随着玻璃润滑剂的出现，无缝钢管的热挤压技术在近几年得到了快速发展，对于在无缝钢管热挤压技术应用过程中出现的无氧化加热和工模具使用寿命等问题也得到了较好的解决。笔者就结合目前的无缝钢管的热挤压技术发展现状，对应用过程中出现的问题进行了分析。

【关键词】无缝钢管；热挤压技术；玻璃润滑剂

热挤压技术是将金属在再结晶温度以上进行挤压，使管坯能够从一个模孔挤出，从而得到模孔形状断面管材的金属成型方法。通过无缝钢管的热挤压技术，可以有效避免难变形钢种的钢管成型问题。特别是近几年我国引进了多条热挤压无缝钢管生产线用于生产高端无缝钢管，使我国的无缝钢管热挤压技术得到了快速提升。

1.无缝钢管热挤压技术的发展

热挤压技术作为一种生产管材的加工方法，已经有了悠久的历史。早在1797年热挤压技术就已经被应用到挤压铝管上，1894年英国人又开始采用冷挤压法生产锡、铅、黄铜及铜合金产品；1899年俄国人率先采用热挤压法生产较难熔的金属及合金棒材；1925年，法国人开始用热挤压法试制黑色金属产品；1928年德国建成了世界上第一台机械挤压机，用来成批生产碳素钢钢管[1]。由此我们可以发现无论是黑色金属还是有色金属都可以采用挤压法来生产产品。但是在采用热挤压技术时，不可以避免地就会影响润滑剂、工模具的使用寿命，同时无氧化加热以及提高挤压速度等问题也在阻碍着无缝钢管热挤压技术的发展，这些问题的存在在很大程度上影响了热挤压技术在合金钢和高合金钢材生产上的应用。

1945年，玻璃润滑剂出现并应用于工业性生产。1951年，鋼挤压机的挤压杆推进速度提高到229 mm /s。1955年，美国开始将工频电感应加热技术引入钢挤压的坯料加热工艺中并取得了较好的成果，而后从1957年开始，英国人也将感应加热技术应用到工艺生产中，实现了挤压坯料的无氧化加热。同时特殊冶金技术的发展也为无缝钢管热挤压技术提供了基础，使挤压模具在高温下能够承受较大的压力、冲击和疲劳负荷，在一定程度上提高了热挤压的生产率，进一步完善了生产的设备结构，延长了润滑剂、工模具的使用寿命。

2.无缝钢管的热挤压过程

对于钢管的热挤压坯料，可以选择的种类有很多，包括锻坯、轧坯、连铸坯、离心浇注坯等。如果采用长坯或短坯的话就需要在加工车间进行剥皮、锯断、钻深孔、车削端面及倒角，在经历这一系列过程后才可以进入挤压生产线[2]。

坯料加工好后就可以放入环形加热炉，这里需要强调的是在进行加热前，坯料还要经过清洗机进行脱脂处理，在处理后才可以进入环形炉加热。一般的，坯料在环形炉内加热的温度不应超过900℃，然后再把坯料送入立式感应加热炉加热到材料的热挤压温度，当然也可以根据工艺的要求直接加热到钢的热挤压温度。在铺粉台架上要事先将外圆涂好玻璃粉，坯料在加热到相应温度后需要由机械手放入冲（扩）孔筒中，而后从坯料端部的“喇叭日”中添加玻璃粉，在立式穿孔机上进行冲（扩）孔[2]。空心坯料在经过冲（扩）孔后，会因为与模具接触而产生温降，因此需要对坯料进行补热，也就是再次加热。但是由于坯料表面存在玻璃粉，极有可能影响再加热时的温度检测，这样加热温度就会出现偏差，进而影响热挤压效果。因此在补热前，需要对坯料进行除磷，将坯料表面的玻璃膜都清除掉，然后再加热，加热后的坯料在经过内外表面涂玻璃粉后，由供锭器送入挤压机中心进行挤压。在挤压完成后分离锯会将制品和压余分离开。制品和工具经过相应冷处理后，完成整个无缝钢管的热挤压过程。

3. 无缝钢管的热挤压技术的应用难点

3.1坯料的无氧化加热

通常情况下，材料在加热时温度应保持在其“液相线”以下80℃-150℃。特别是在材料加热过程中极有可能出现“过烧”现象，因此在加热过程中需要严格控制材料的加热温度，这里需要强调的是，控制加热温度，但温度也不能过低，如果温度过低就会造成闷车。当前的挤压工艺通常采用的是环形炉预热，立式感应炉加热的方法。坯料在环形炉内加热到一定温度（不应超过900℃），然后再把坯料送入立式感应加热炉加热到材料的热挤压温度。这样不仅可以提高加热的速度，更可以有效减少金属的烧损，从而有效提高加热的质量，同时感应加热的过程自动化控制以及加热控制模型的建立也可以有效保障坯料长度方向和直径方向的温度精度，从而有效保证坯料的加热无氧化。坯料也可以在感应力口热时在保护气氛条件下加热，金属很难出现氧化。

3.2模具的使用寿命

模具的使用寿命通常指的便是挤压筒、穿孔针和挤压模这些工作时与热金属接触，并与热金属产生相对流动的模具的使用寿命。

模具中与热坯料直接接触的有挤压垫、穿孔针、挤压模和挤压筒，其中挤压垫工作时是处于受压状态，虽然与热坯料直接接触，但实际上两者之间并没有相对金属流动，挤压垫正常使用时也不会产生大量消耗，通常情况下，每套系统都会配备2-3个挤压垫以循环使用[3]。

挤压筒是在过盈热装配时的多层筒，如果过盈量设计合理、符合加工尺寸符合图纸要求的话，就可以投入使用，使用前需要先预热，然后定期清理内壁玻璃粉，检查内壁划痕，这样可以有效延长其使用寿命。

挤压模与热金属接触的时间最长，也是使用寿命最短的模具。为了延长其使用寿命，可以加快挤压速度，使锯切分离的时间更短，这样可以有效缩短热金属在挤压模内的停留时间，减少损耗。同时挤压模在每次挤压后都需要进行检查处理，这样不仅可以保证制品的质量，更可以延长挤压模的使用寿命。

穿孔针由于断面积较小，在挤压时常会包裹在热金属内，温度升高会造成力学性能下降，这样就会产生金属损耗，因此必须要对穿孔针进行充分冷却。国外的钢挤压机设计时都对穿孔针的内冷系统进行了改良，但是使用效果还是比较一般的。对于小规格的穿孔针内冷孔极大地缩减了穿孔针的强度，在退针时既有可能出现断裂，对于大规格的穿孔针，冷却速度又太慢，因此可以将内冷系统改为在挤压完成后进行外冷，这样穿孔针的使用寿命就可以得到有效延长。

3.3润滑

润滑一直是无缝钢管热挤压技术应用的难点之一，玻璃粉润滑剂的出现对于无缝钢管的热挤压技术具有重要意义。以玻璃粉作为无缝钢管的热挤压润滑剂，可以使玻璃粉在高温状态下呈熔融状态附属在坯料表面，这样在挤压时就可以有效降低流动金属和工模具间的摩擦阻力，提高其润滑性能，同时制品的表面也可以形成均匀连续的玻璃膜，对于制品表面质量的提高具有重要作用。高温下的玻璃导热性能较低，因此具有较好的隔热性能，模具在挤压过程中不会因为过快的生物而影响工模具的使用寿命[2]。玻璃粉的主要成分包括二氧化硅、一氧化钠等，这些成分都具有较好的化学性质，在与高温坯料接触时，可以减少化学反应，从而有效保证制品的质量。不同颗粒度和配比，玻璃粉的性能也有所不同，因此应用的材料和场合也有所不同，因此在应用玻璃粉时还要有根据地使用。

4.结语

随着科学技术的不断发展，无缝钢管的需要量也在不断增多，作为高效的加工方法，热挤压技术将会得到更为广泛的应用。发展无缝钢管的热挤压技术对于提高我国高端钢管产品的市场竞争力有着积极意义。

参考文献：

[1] 贾建磊，李萍，薛克敏，李琦.机体座热挤压工艺分析及模具设计[J]. 金属加工（热加工）. 2009（19）：23-26.

[2] 裴腾鹏，李丽芳，葛林静，裴婉.深孔热挤压工艺与模具结构分析[J]. 金属加工（热加工）. 2013（15）：13-17.

[3] 吴任东，王雪凤，张磊.钢管玻璃润滑热挤压工艺的边界条件[J]. 塑性工程学报. 2009（04）：24-29.