局部中频感应加热推制式热扩管常见问题探讨

王建文，肖长明

（衡阳鸿大特种钢管股份有限公司，湖南 衡阳 421001）

当前管材需求愈发呈现个性化趋势，出现以多品种、多规格、小批量、短周期为特点的新需求特征，这对于每个钢管生产企业都是一个新课题，在大直径钢管需求中显现尤为突出。目前大直径无缝钢管的生产工艺主要有热挤压成型、离心浇铸，主要用于中、厚壁不锈钢和附加值高的钢管，其长度受到限制［1］；斜轧热扩径（旋扩）工艺被认为是通过热轧生产大直径、中薄壁无缝钢管的较佳工艺之一，虽然该工艺的产量高，但其投资大，产品外径也受到一定限制；连轧管生产工艺，目前已可生产 Φ406.4～508.0 mm×9.53 mm 规格无缝钢管，外径、壁厚控制精度都较高，产量高，但投资也大［2-6］；推制式热扩径工艺，自1995 年诞生，1998年专利问世以来，经历了螺旋推进式、液压推进式和如今的二步液压推进式（2004 年取得专利）。推制式热扩径工艺是将原料管置于中频感应加热线圈（2006 年取得专利）中，经中频感应局部加热后，靠液压缸活塞的运动来推制原料管，使原料管逐步推过尾部固定的锥形内模芯棒，以达到扩径目的，单道次扩径比大，因为采用坯料端推制，无需预制喇叭口，所以成材率较高［7－9］。作为冶炼、轧管主线延伸的热扩钢管，其生产和实践已得到广泛应用，能很好地填补国内外各大钢厂生产一些大直径薄壁特殊型号钢管的不足。该工艺以其设备投资少、工模具费用低、建设周期短的特点，以及产品质量均衡、稳定、优良的性能，适应于灵活多变、多规格产品的生产［10－15］。

由于推制式无缝钢管热扩径工艺发展起步晚，产量低，主要集中于小规模民营企业生产，故对其热扩管性能的基础研究少，热扩径工艺基本靠各厂自己摸索。

1 热扩管机械性能探讨

（1） 中频感应加热扩管，扩管加热温度一般在700～780 ℃，品种绝大部分是亚共析C－Mn 和微合金钢，加热温度正好处于钢的两相区，钢管在此区间加热变形，会带来组织的一些变化，机械性能也相应出现变化，热扩没有进行晶粒细化的母管时更明显。大量扩管实践经验数据表明，热轧态的母管经热扩径后，机械性能对比母管有所下降且有波动；经过晶粒细化的母管（常化或正火），其热扩径后机械性能对比母管下降幅度小、波动小，特别是母管晶粒细化（晶粒度达到8 级及以上）、组织均匀的微合金（含Ti、Nb 等）C－Mn 钢热扩径后，对比母管性能变化不大，且性能稳定。

简单对原因进行分析，热轧态母管的晶粒较大，且大小不均，热扩钢管在两相区变形，晶粒被拉长，同时隐藏的一些皮下缺陷被进一步放大，这些都导致产品机械性能下降；而晶粒细化、组织均匀的微合金（含 Ti、Nb、V）C－Mn 钢热扩时，晶粒被拉长少，同时Ti、Nb 等微合金在组织中起到“钉扎”作用，使得晶粒仍然保持细化、均匀，机械性能相比母管下降很小。

（2） 选用热扩管母管时要注意化学成分和母管是否经常化交货，因为常见品种热轧管技术已很成熟，性能也很稳定。同一钢种，成分的控制范围较宽（特别是国外API、ASME 标准），如常见的无冲击要求的B 钢级，有的厂Mn 控制在0.30%～0.45%（C 含量一般都在0.18%～0.23%），有些Mn 控制在0.60%～0.80%，虽然其热轧管抗拉强度性能都合格且稳定在430～480 MPa，但含Mn 低的母管热扩后抗拉强度有的接近合格边缘值，试验稍有误差就会不合格，而含Mn 高的母管热扩后抗拉强度还有一定富余量。w（C）为 0.37%～0.45%、w（Mn）为 1.38%～1.50%的Φ351 mm×12.3 mm 母管热扩径成 Φ508 mm×11.13 mm 时也出现抗拉强度下降20～30 MPa的情况，但这种母管热轧时经过常化（晶粒得到细化），再热扩径后抗拉强度下降幅度变小且稳定。

2 热扩管常见缺陷及改善措施

热扩管常见缺陷有发纹、外折、内折、麻面、内划伤、外划伤、壁厚不均匀、椭圆、外径超差、撕破、起泡、起皱、凹陷、弯曲等。

（1） 发纹、外折、内折、麻面。这4 个缺陷是由母管带来的，可通过修磨改善，修磨在允许尺寸公差范围内。

（2） 内划伤。模具黏钢或焊渣未清除干净，以及石墨润滑不良，会在推制过程中相互摩擦产生划道。加强石墨与水搅拌，均匀铺撒在毛管内壁，检查并及时修磨模具，清除干净氧割残物、磨钢管端口，使其平滑，从而改善或消除内划道。

（3） 外划伤。钢管在热扩径生产过程中与外界尖锐铁质物品产生摩擦会产生外划伤。改善措施：扩管时，热扩径中的钢管外表面与外界尖锐铁质物品保持距离，检查钢管输送辊道是否有异常。

（4） 起泡、起皱。主要原因及措施如下：①毛管管体内有残留石墨水，造成起泡；在母管打完石墨后，用鼓风机将管体内的水分吹扫干净，最好隔一天再进行热扩径；②温度过高、速度太快，加热温度不均匀，停机启动时，钢管加热不到位，启动早，造成起皱；严格按照热扩径工艺流程控制好钢管温度和扩管速度，调整好线圈位置，改善产品起泡、起皱缺陷。

（5） 撕裂。钢管的成分中有杂质和管内微裂纹会造成撕裂。改善措施：扩管前检查母管内外表面质量，发现有微裂纹，修磨后方能投产。

（6） 壁厚不均匀。主要原因：扩管时，由于钢管加热温度及速度是调控好的，钢管壁厚位置比壁薄位置受热相应较慢，所以壁厚位置减壁量少，壁薄之处受热快所以减壁量大，从而产生壁厚不均匀。改善措施：①加强母管检验，标出壁厚不均匀位置，为热扩径提供工艺改进措施；②对扩管后的每支半成品钢管，用测厚仪检测管体360°两个圆周，每个圆周15 个检测点共30 个点，对于管体两个端口，一个端口360°检测10 个点，共检测20个点；③对成品管，用测厚仪检测管体360°两个圆周，每个圆周15 个检测点共30 个点（所测点位不能与中间检验点位重复），对于管体两个端口，一个端口360°检测10 个点，共检测20 个点。

（7） 弯曲、凹陷。产生原因：钢管进行中频热扩径时，对中频热扩机调整失误，温度过高，速度过快，以致弯曲；扩管芯模与拉杆中心线偏离；中频热扩后在进行钢管矫直时，由于操作员没有分步骤操作，致使钢管产生凹陷。改善措施：热扩径时，调慢扩管机的速度，温度控制在适当范围；矫直时，对液压机下压速度分步骤操作，不可将钢管压凹。

（8） 椭圆。钢管“夹泡”引起产品椭圆，或芯棒本身椭圆。改善措施：调平机架，使钢管位于水平线上。

（9） 外径超差。产生原因：芯模定径区外径偏差。改善措施：重新加工芯模定径区外径。

3 结 论

（1） 对推式局部中频感应加热扩管的母管，在钢的成分设计上要考虑热扩径后产品机械性能下降的因素，对影响钢的强度的元素（如C、Mn 等）尽可能往上限控制。

（2） 热轧母管要通过在线常化或离线正火处理进行晶粒细化。

（3） 扩管是缺陷的放大过程，仔细检查来料母管质量，有条件的最好进行探伤，把肉眼不易发现的缺陷检查出来。

（4） 加强母管内壁石墨润滑和扩管芯模的准备工作，加强相关工作人员的责任心。