周期轧管工艺与大口径不锈钢无缝管生产

 德国 Oberem 先生在“论无缝不锈钢管生产”一文中称：“周期轧管机组适用于产能要求较低，年产量仅为10万～20万吨；产品直径范围7~26英寸，且偏于其中较大直径者；高合金钢管生产”。

  意大利 Dalmine 钢管公司 Cumino 先生在“金属压力加工学术年会”（1998)上发表“Dalmine 不锈钢管厂在大口径不锈钢无缝管生产工艺方面取得的新经验”一文，介绍了这项新经验如下：“过去Dalmine 公司采用周期轧管机组生产大直径无缝钢管，该机组采用水压冲孔机穿钢锭，然后用斜轧机进行延伸·······而现今采用在中口直径轧管机上生产的管材作为母体管在斜轧扩径机上生产”。

  2004年，SMS-Meer公司在《无缝钢管轧机》中称：“随着技术的发展，特别是根据钢管应用范围、材质和尺寸的不同，其他的轧管技术在很大程度上取代了周期轧管工艺”。“现今周期轧管机组仅用来轧制厚壁大型无缝钢管。应该指出：这里讲的厚壁管的壁厚为80~100mm,大口径不锈钢无缝管的直径范围为ф700~1000mm”。

  但通常大口径不锈钢无缝管乃指外径为φ406~1500mm的无缝不锈钢管而言，主要用作一般流体输送管、石油天然气管线管、结构管（包括海洋石油平台用管）、压力容器管、高压锅炉管、电站建设用管以及军工用管等，钢种主要为优质碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢及特种合金等。

 上述7类管材直径的上限尺寸尚可进一步划分为三个等级：O.Dmax=406~711mm;O.Dmax=711~1066mm;O.Dmax=1066~1500mm.也就是说在ф406~1500mm这一尺寸范围内700和1000mm 为两个界限尺寸。这些管材的壁厚一般偏厚，最大壁厚为100~270mm。

大口径不锈钢无缝管有多种生产工艺，而可用“轧、扩、顶”三个字来加以概括：

  1.“轧”是指采用限动芯棒连轧管工艺和周期轧管工艺直接轧制生产ф406~720mm的管子；

  2.“扩”是指以上述轧机生产的管子为母体管采用拉拔式扩径工艺或斜轧扩径工艺生产Φ710~1006mm的热扩管；

  3. “顶”（拔）是指采用艾哈德工艺生产Φ1000~1500mm的大口径不锈钢无缝管（筒体管）。

因此要按照大直径无缝管的直径、壁厚以及性能要求，从多种生产工艺中挑选一种最合适的生产工艺进行生产。

一、德国的大口径不锈钢无缝管生产

 1. 采用周期轧管工艺生产

  在20世纪上半叶（1923~1953年）德国Demag公司向世界各国提供了42套周期轧管机。联邦德国曾经拥有过16套周期轧管机，其中1923年在Rath厂所建的周期轧管机是世界上最大的轧管机之一，可以生产ф300~650mm的不锈钢无缝管。接着，在1933年又在Rath厂安装了斜轧扩径机可将钢管直径由600mm扩径至1500mm.建于Bous 钢管厂的周期轧管机生产Φ168~351mm的钢管，年产量为11.5万吨。

  80年代初德国曼内斯曼钢管公司决定将其他的周期轧管机拆除，只留下Rath厂和Bous厂的周期轧管机，而由Rath厂生产ф377(406)mm以上的大口径不锈钢无缝管。

2. 采用冲孔－拔制工艺（大顶管生产工艺）生产

  Vollrath 在一篇文章中称：“冲孔－拔制工艺最适用于生产厚壁大口径不锈钢无缝管，这些大直径管不仅用于发电厂、石油钻探，而且还用作机械制造的基础部件”。

德国 Reisholz 不锈钢管厂生产大直径厚壁管的主体设备为：

 1. 能力为4000吨的立式水压冲孔机；

 2. 设有拔模（顶管模）的卧式压力机，将经过冲孔的管坯延伸为筒状。

 这种工艺实质上就是艾哈德顶管工艺，所生产的筒状体，内径为220~1220mm,外径1500mm,壁厚为18~270mm。所采用的原料是“巨型钢锭”（Massive Ingot)27吨重，比周期轧管机组所采用的最大锭重还要重7吨。

 这种工艺还有一个优点：即所生产的管材其化学成分的范围非常宽，其钢种包括非合金钢、中等含量的合金钢和高合金钢，双相钢和奥氏体不锈钢，还可用于镍基、钛基和铜合金管的生产，适合组织小批量、多品种的生产，但以生产高压锅炉管、压力容器管、机械管等附加值较高的产品为主。

 这种工艺的最大优点是产品规格范围宽，基本上可以覆盖全部大直径管的规格范围，这个优势是其他机型所无法替代的。

二、意大利 Dalmine 钢管厂的大口径不锈钢无缝管生产

  意大利 Dalmine 不锈钢管厂的26英寸周期轧管机组建于1934年，生产直径为529~630mm的不锈钢无缝管。1960年在其后安装了拉拔式扩管机，以5种尺寸的周期轧管机轧出的管子为母体管，经热扩后，生产φ470~925mm等12种尺寸的热扩管。Dalmine 钢管厂于1993年进行技术改造，采用MPM 轧管机生产的335.6~406.4mm的管子作为原料管，经斜轧扩径机生产ф610mm、ф711mm的管子，年产量为18万吨。

  Palma 在国际钢管学会香港钢管会议（1993年）上发表论文，论述大直径无缝钢管生产工艺技术发展时，指出：“斜轧扩径机最适合用于Φ16 3/4~30英寸钢管的生产·····而艾哈德工艺（大顶管工艺）仅适用于小批量生产特殊用途厚壁管”。

  由此可见意大利 Dalmine 不锈钢管厂经历了近60年的发展历程，完善了大直径无缝钢管生产体系，形成了以两套轧管机组（周期轧管机组和MPM轧管机组）和两种扩径机组（拉拔式扩径机和斜轧扩径机）为主力设备的大直径无缝钢管的生产格局。

  Dalmine 不锈钢管厂的生产实践证明在大直径钢管生产中两种轧管机即周期轧管机和MPM轧管机可以起到互补作用。周期轧管机所生产的管子经热扩后直径可达1m,最大壁厚为100mm,这种直径、壁厚的管子的生产非MPM轧管机之所能，但MPM轧机具有生产率高的优点。

  据称该厂为提高周期轧管机的产品质量，采用液压马达对轧机喂料器的螺杆回转系统进行了改造，这台已使用了70多年的周期轧管机，迄今为止仍在轧管，主要是生产Φ711~1066mm的钢管，每个月大约要生产一周时间。

三、攀成钢的周期轧管机组

 20世纪60年代有7套周期轧管机（采用Calmes工艺）投产，其主要设备状况如表26-5所列。

 成都无缝318轧管车间（即大型轧管车间）于1965年12月建成投产，其后于1969年6月又配置了拉拔式热扩管机，这台ф650热扩管机于1969年6月建成投产。

 攀钢集团成都钢铁公司ф508mm 周期轧管机组是在对原Φ318mm周期轧管机组异地搬迁改造的基础上建成的。与原Φ318mm周期轧管机组相比，由于采用了斜轧穿孔机穿孔，扩大所轧钢管的直径范围，该机组轧制的钢管外径规格为Φ219~508mm.通过二次穿孔可以生产外径为530~711mm(S=8~80mm)的管子，设计年产量为12万吨。

 周期轧管机已有100多年的历史，在连轧管机大量使用以前，它同自动轧管机一样一直作为生产大直径无缝钢管的主力机型。虽然这种机型较老，但是至今在大直径厚壁管生产领域仍保有一席之地，特别是锅炉制造主要使用的直径小于711mm(Φ≤711mm)的厚壁管更是其他轧管工艺所不能替代的。

四、结语

就大口径不锈钢无缝管生产工艺而言，周期轧管机组具有两个突出的优点即：

  1. 产品的品种规格范围较宽；

  2. 可以生产特厚的钢管（壁厚可达80~100mm).

 表26-6示出各种类型大直径无缝钢管轧机产品的直径和壁厚的覆盖率。

  周期轧管机组产品规格覆盖率排在第3,虽然不是最高，但其所生产的产品规格属于市场容量较大的范围。

《国内大直径无缝钢管生产发展的装备选择》一文，在论述大口径不锈钢无缝管生产存在的问题时，指出：“从我国钢管供需现状可以看出，与中小直径无缝不锈钢管生产装备发展较快的局面相比，我国大口径不锈钢无缝管生产发展较慢，到目前为止，除了攀成钢在“十五＇期间新建了1套φ340(426)mm连轧管机组外，国内能够生产大口径不锈钢无缝管的主要装备仍为原有的4套机组，即包钢Φ400mm 自动轧管机组，攀成钢Φ318mm周期式轧管机组和Φ650mm热扩机组，武汉471厂ф1066mm大顶管机组，这些机组还兼顾生产ф406mm以下规格的产品，影响大直径管的产量”。

“大口径不锈钢无缝管钢种复杂（包括优质碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢、耐热钢、低温钢、特种合金等）、规格组距范围宽（薄壁、中厚壁及厚壁管），用一种机型无法全部生产”。

 就本文所论及的大口径不锈钢无缝管生产的4种工艺而言，周期轧管工艺处于“中坚”位置，它一方面可以替代MPM轧管机生产大直径管，包括以MPM轧管机所生产的连轧管为母体管经热扩管机生产的那部分，也就是说可以生产φ406~711mm这一直径范围内的管子；另一方面，在适当考虑水压冲孔机能力的基础上，还可以设法做到“轧顶兼容”（当然还要配置设有顶管模的卧式压力机），进一步扩大机组产品的直径覆盖率。