關于無縫鋼管的熱擠壓技術的淺析

李鵬

【摘要】隨著玻璃潤滑劑的出現，無縫鋼管的熱擠壓技術在近幾年得到了快速發展，對于在無縫鋼管熱擠壓技術應用過程中出現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。筆者就結合目前的無縫鋼管的熱擠壓技術發展現狀，對應用過程中出現的問題進行了分析。

【關鍵詞】無縫鋼管；熱擠壓技術；玻璃潤滑劑

熱擠壓技術是將金屬在再結晶溫度以上進行擠壓，使管坯能夠從一個模孔擠出，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，可以有效避免難變形鋼種的鋼管成型問題。特別是近幾年我國引進了多條熱擠壓無縫鋼管生產線用于生產高端無縫鋼管，使我國的無縫鋼管熱擠壓技術得到了快速提升。

1.無縫鋼管熱擠壓技術的發展

熱擠壓技術作為一種生產管材的加工方法，已經有了悠久的歷史。早在1797年熱擠壓技術就已經被應用到擠壓鋁管上，1894年英國人又開始采用冷擠壓法生產錫、鉛、黃銅及銅合金產品；1899年俄國人率先采用熱擠壓法生產較難熔的金屬及合金棒材；1925年，法國人開始用熱擠壓法試制黑色金屬產品；1928年德國建成了世界上第一臺機械擠壓機，用來成批生產碳素鋼鋼管[1]。由此我們可以發現無論是黑色金屬還是有色金屬都可以采用擠壓法來生產產品。但是在采用熱擠壓技術時，不可以避免地就會影響潤滑劑、工模具的使用壽命，同時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的發展，這些問題的存在在很大程度上影響了熱擠壓技術在合金鋼和高合金鋼材生產上的應用。

1945年，玻璃潤滑劑出現并應用于工業性生產。1951年，鋼擠壓機的擠壓桿推進速度提高到229 mm /s。1955年，美國開始將工頻電感應加熱技術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，英國人也將感應加熱技術應用到工藝生產中，實現了擠壓坯料的無氧化加熱。同時特殊冶金技術的發展也為無縫鋼管熱擠壓技術提供了基礎，使擠壓模具在高溫下能夠承受較大的壓力、沖擊和疲勞負荷，在一定程度上提高了熱擠壓的生產率，進一步完善了生產的設備結構，延長了潤滑劑、工模具的使用壽命。

2.無縫鋼管的熱擠壓過程

對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。如果采用長坯或短坯的話就需要在加工車間進行剝皮、鋸斷、鉆深孔、車削端面及倒角，在經歷這一系列過程后才可以進入擠壓生產線[2]。

坯料加工好后就可以放入環形加熱爐，這里需要強調的是在進行加熱前，坯料還要經過清洗機進行脫脂處理，在處理后才可以進入環形爐加熱。一般的，坯料在環形爐內加熱的溫度不應超過900℃，然后再把坯料送入立式感應加熱爐加熱到材料的熱擠壓溫度，當然也可以根據工藝的要求直接加熱到鋼的熱擠壓溫度。在鋪粉臺架上要事先將外圓涂好玻璃粉，坯料在加熱到相應溫度后需要由機械手放入沖（擴）孔筒中，而后從坯料端部的“喇叭日”中添加玻璃粉，在立式穿孔機上進行沖（擴）孔[2]。空心坯料在經過沖（擴）孔后，會因為與模具接觸而產生溫降，因此需要對坯料進行補熱，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的溫度檢測，這樣加熱溫度就會出現偏差，進而影響熱擠壓效果。因此在補熱前，需要對坯料進行除磷，將坯料表面的玻璃膜都清除掉，然后再加熱，加熱后的坯料在經過內外表面涂玻璃粉后，由供錠器送入擠壓機中心進行擠壓。在擠壓完成后分離鋸會將制品和壓余分離開。制品和工具經過相應冷處理后，完成整個無縫鋼管的熱擠壓過程。

3. 無縫鋼管的熱擠壓技術的應用難點

3.1坯料的無氧化加熱

通常情況下，材料在加熱時溫度應保持在其“液相線”以下80℃-150℃。特別是在材料加熱過程中極有可能出現“過燒”現象，因此在加熱過程中需要嚴格控制材料的加熱溫度，這里需要強調的是，控制加熱溫度，但溫度也不能過低，如果溫度過低就會造成悶車。當前的擠壓工藝通常采用的是環形爐預熱，立式感應爐加熱的方法。坯料在環形爐內加熱到一定溫度（不應超過900℃），然后再把坯料送入立式感應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量，同時感應加熱的過程自動化控制以及加熱控制模型的建立也可以有效保障坯料長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。坯料也可以在感應力口熱時在保護氣氛條件下加熱，金屬很難出現氧化。

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與熱金屬接觸，并與熱金屬產生相對流動的模具的使用壽命。

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，其中擠壓墊工作時是處于受壓狀態，雖然與熱坯料直接接觸，但實際上兩者之間并沒有相對金屬流動，擠壓墊正常使用時也不會產生大量消耗，通常情況下，每套系統都會配備2-3個擠壓墊以循環使用[3]。

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

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

穿孔針由于斷面積較小，在擠壓時常會包裹在熱金屬內，溫度升高會造成力學性能下降，這樣就會產生金屬損耗，因此必須要對穿孔針進行充分冷卻。國外的鋼擠壓機設計時都對穿孔針的內冷系統進行了改良，但是使用效果還是比較一般的。對于小規格的穿孔針內冷孔極大地縮減了穿孔針的強度，在退針時既有可能出現斷裂，對于大規格的穿孔針，冷卻速度又太慢，因此可以將內冷系統改為在擠壓完成后進行外冷，這樣穿孔針的使用壽命就可以得到有效延長。

3.3潤滑

潤滑一直是無縫鋼管熱擠壓技術應用的難點之一，玻璃粉潤滑劑的出現對于無縫鋼管的熱擠壓技術具有重要意義。以玻璃粉作為無縫鋼管的熱擠壓潤滑劑，可以使玻璃粉在高溫狀態下呈熔融狀態附屬在坯料表面，這樣在擠壓時就可以有效降低流動金屬和工模具間的摩擦阻力，提高其潤滑性能，同時制品的表面也可以形成均勻連續的玻璃膜，對于制品表面質量的提高具有重要作用。高溫下的玻璃導熱性能較低，因此具有較好的隔熱性能，模具在擠壓過程中不會因為過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性質，在與高溫坯料接觸時，可以減少化學反應，從而有效保證制品的質量。不同顆粒度和配比，玻璃粉的性能也有所不同，因此應用的材料和場合也有所不同，因此在應用玻璃粉時還要有根據地使用。

4.結語

隨著科學技術的不斷發展，無縫鋼管的需要量也在不斷增多，作為高效的加工方法，熱擠壓技術將會得到更為廣泛的應用。發展無縫鋼管的熱擠壓技術對于提高我國高端鋼管產品的市場競爭力有著積極意義。

參考文獻：

[1] 賈建磊，李萍，薛克敏，李琦.機體座熱擠壓工藝分析及模具設計[J]. 金屬加工（熱加工）. 2009（19）：23-26.

[2] 裴騰鵬，李麗芳，葛林靜，裴婉.深孔熱擠壓工藝與模具結構分析[J]. 金屬加工（熱加工）. 2013（15）：13-17.

[3] 吳任東，王雪鳳，張磊.鋼管玻璃潤滑熱擠壓工藝的邊界條件[J]. 塑性工程學報. 2009（04）：24-29.