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 浙江宏盛特鋼有限公司敘述了擠壓在高端不銹鋼管行業(yè)的應(yīng)用前景，包括高溫合金管、超級(jí)奧氏體不銹鋼管、雙相不銹鋼管和復(fù)合管等。并提出了其在中低端不銹鋼管領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)方式。提出了擠壓工藝的各工步的優(yōu)化工藝參數(shù)及要求，包括坯料準(zhǔn)備、環(huán)形爐預(yù)熱、感應(yīng)爐加熱、玻璃潤(rùn)滑、擴(kuò)孔和擠壓等。針對(duì)坯料外表面散熱快及工模具水冷后容易產(chǎn)生裂紋的情況，提出了解決方法。

   熱擠壓作為一種先進(jìn)的鋼管成形方法早已在發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用，是絕大部分企業(yè)生產(chǎn)不銹鋼管及高溫合金管的必經(jīng)工序。但在國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用直到近幾年才逐漸多起來，然而與斜軋穿孔相比，其所占比例仍然太低，甚至不到十分之一。熱擠壓沒有在國(guó)內(nèi)鋼管生產(chǎn)中得到普遍應(yīng)用，主要是因?yàn)槠湟淮瓮顿Y大、工序成本高、金屬利用率低等缺點(diǎn)。到目前為止，國(guó)內(nèi)鋼擠壓生產(chǎn)基本上都處于虧損狀態(tài)。雖然熱擠壓比斜軋穿孔的產(chǎn)品質(zhì)量好得多，但目前國(guó)內(nèi)鋼擠壓廠大部分產(chǎn)品都是附加值較低的普通不銹鋼管和合金管，很少生產(chǎn)高附加值的雙相不銹鋼、超級(jí)奧氏體不銹鋼、復(fù)合管和高溫合金管等。

  然而隨著前幾年美國(guó)宣布進(jìn)入鎳基合金時(shí)代，以及美國(guó)墨西哥灣大漏油事故后，高溫合金的應(yīng)用得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。很多油田不再用13Cr和超級(jí)13Cr油井管和油套管，而是改用超級(jí)奧氏體不銹鋼254SMO和高溫耐蝕合金UNSN08028、G3等。寶鋼生產(chǎn)的鎳基合金套管已經(jīng)于去年在川東北成功下井。燃煤電廠為了提高熱效率、減少環(huán)境污染而發(fā)展的新一代超超臨界發(fā)電設(shè)備，蒸氣溫度達(dá)750℃以上。目前的超超臨界鍋爐再熱器和過熱器用的SUPER304H和HR3C管已經(jīng)不能滿足要求，而需要用工作溫度更高的高溫合金，如Inconel740H等。此外，隨著國(guó)內(nèi)航空、核電、化工、化肥、造紙、海洋工程等行業(yè)的發(fā)展，超級(jí)奧氏體不銹鋼管、復(fù)合管、雙相不銹鋼管等的應(yīng)用都將得到快速的發(fā)展，國(guó)內(nèi)鋼擠壓產(chǎn)品將由低附加值的不銹鋼管和合金鋼管為主的狀態(tài)逐漸過渡到以高附加值的高溫合金管、超級(jí)奧氏體不銹鋼管、雙相不銹鋼管和復(fù)合管等為主的狀態(tài)。也許正是看到了這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，近幾年國(guó)內(nèi)在不斷地新增鋼擠壓機(jī)。其實(shí)除了這些高附加值的、斜軋穿孔不好加工的產(chǎn)品外，有些普通不銹鋼管和合金管用熱擠壓方法生產(chǎn)也可以比斜軋穿孔成本更低。因?yàn)闊釘D壓方法有兩個(gè)斜軋穿孔不具備的優(yōu)點(diǎn)：熱擠壓產(chǎn)品可以作為成品管交貨，而斜軋穿孔不能；材料延伸系數(shù)變化范圍廣，普通不銹鋼擠壓比范圍為5～35，而斜軋穿孔延伸系數(shù)一般不超過4。對(duì)第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，普通不銹鋼管可以直接擠壓出成品，而斜軋穿孔后至少要兩道次的冷加工，因此采用擠壓法總成本更低；對(duì)第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)一些規(guī)格特殊的鋼管時(shí)，擠壓后一般冷加工一個(gè)道次即可，而斜軋穿孔后要很多個(gè)冷加工道次，如生產(chǎn)外徑51mm、壁厚11mm、材質(zhì)TP347H的鍋爐管時(shí)，擠壓后只需冷軋一個(gè)道次，而斜軋穿孔后需要5個(gè)道次以上。因此，采用擠壓法總成本低得多，質(zhì)量也更好。

   綜上所述，國(guó)內(nèi)鋼擠壓市場(chǎng)前景是非常光明的。然而近期鋼擠壓機(jī)的快速擴(kuò)張對(duì)技術(shù)儲(chǔ)備將是一個(gè)不小的考驗(yàn)，即使有大量的高附加值的訂單，如果不能用合理的工藝方式降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)也必將被市場(chǎng)淘汰。不銹鋼管及高溫合金管熱擠壓工藝流程不銹鋼管及高溫合金管熱擠壓工藝流程見圖。

1. 坯料準(zhǔn)備

   管坯進(jìn)廠后應(yīng)機(jī)械加工成如圖所示的坯料。內(nèi)外表面及左端面表面粗糙度Ra應(yīng)不大于1.6微米，外表面如有接刀紋等缺陷應(yīng)人工磨去，缺陷處光滑過渡，內(nèi)表面缺陷應(yīng)通過鏜孔方式去除。內(nèi)外表面圓心偏差應(yīng)小于0.3mm，右側(cè)內(nèi)孔倒角兩端應(yīng)以圓弧光滑過渡，倒角F應(yīng)與擴(kuò)孔錐匹配或稍大于擴(kuò)孔錐錐角的1/2。倒角端面開口直徑一般應(yīng)稍大于擴(kuò)孔錐工作直徑，當(dāng)然在擴(kuò)孔容易進(jìn)行且擴(kuò)孔錐容易分離的情況下，為了節(jié)省金屬并減少倒角工作量可適當(dāng)減小開口直徑。左端外圓倒角R根據(jù)不同規(guī)格坯料取15～30mm。鉆孔直徑需要根據(jù)擴(kuò)孔直徑及坯料外徑確定，一般在不顯著增加擴(kuò)孔難度的情況下應(yīng)選擇更小的鉆孔直徑，以提高金屬利用率。在生產(chǎn)小規(guī)格鋼管時(shí)，如果直接鉆孔至擠壓機(jī)所需要的坯料內(nèi)徑而不會(huì)顯著降低金屬利用率時(shí)，可以直接鉆孔至擠壓機(jī)所需坯料內(nèi)徑，省去一次感應(yīng)加熱、一次玻璃潤(rùn)滑和擴(kuò)孔等步驟。坯料加工質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響，需要嚴(yán)格控制。

2. 環(huán)形爐預(yù)熱

  為了降低能耗、降低設(shè)備一次投資、減少坯料高溫下氧化程度、獲得理想的加熱效果，擴(kuò)孔前的坯料加熱一般分兩步進(jìn)行，包括環(huán)形爐預(yù)熱和一次感應(yīng)加熱。環(huán)形爐預(yù)熱溫度一般為750～850℃，在這個(gè)溫度下，不銹鋼和高溫合金還沒有顯著氧化。環(huán)形爐預(yù)熱應(yīng)有足夠的保溫時(shí)間，使坯料加熱均勻，在一次感應(yīng)爐快速加熱時(shí)不容易產(chǎn)生裂紋。

3. 一次感應(yīng)加熱

   坯料經(jīng)環(huán)形爐預(yù)熱進(jìn)入一次感應(yīng)爐后應(yīng)快速加熱，減少坯料表面氧化，并提高感應(yīng)爐利用效率。為了降低快速加熱過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，除了環(huán)形爐預(yù)熱后坯料溫度應(yīng)該均勻外，還應(yīng)采用較低的感應(yīng)加熱頻率，使透熱深度較深，坯料內(nèi)部溫度梯度較小。加熱頻率的選擇一般應(yīng)使透熱深度達(dá)到坯料厚度的1/3～1/2。頻率太高，將產(chǎn)生較大的溫度梯度或延長(zhǎng)加熱時(shí)間，降低熱效率；頻率太低，會(huì)降低電效率。一次感應(yīng)加熱的溫度視具體材質(zhì)而定，一般為1050～1200℃。坯料加熱到目標(biāo)溫度后應(yīng)采用較短的保溫時(shí)間，使坯料內(nèi)部溫度低于外部溫度。因?yàn)槿绻�坯料加熱均勻，出一次感�?yīng)爐至擴(kuò)孔前其外部會(huì)快速散熱，而內(nèi)部散熱很慢，再加上擴(kuò)孔筒對(duì)坯料的吸熱作用，擴(kuò)孔時(shí)坯料外部溫度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于內(nèi)部溫度，坯料溫度嚴(yán)重不均。由于溫度差異造成內(nèi)外層變形抗力相差很大，擴(kuò)孔時(shí)內(nèi)外層流動(dòng)速度相差較大容易產(chǎn)生裂紋。為了彌補(bǔ)坯料外表面快速散熱，一次感應(yīng)加熱一般采用較高加熱溫度，同時(shí)縮短保溫時(shí)間，讓坯料內(nèi)部溫度低于外部溫度，使擴(kuò)孔時(shí)坯料內(nèi)外部溫度基本一致。同理，為了彌補(bǔ)坯料端面快速散失的熱量，圖所示的坯料右端加熱溫度應(yīng)該比基體溫度更高，由于擴(kuò)孔過程坯料會(huì)有溫升，因此其左端溫度不需比基體溫度高。

4. 一次玻璃潤(rùn)滑

   鋼擠壓的發(fā)展一直受到潤(rùn)滑問題的限制，直到1941年，Sejournet和尤金電爐鋼公司合作，采用玻璃作為潤(rùn)滑劑，才得到快速發(fā)展，足以證明玻璃潤(rùn)滑的重要性。其實(shí)玻璃除了潤(rùn)滑作用外，還有坯料保溫、防氧化作用，并避免與坯料直接接觸的工模具表面快速升溫。一次玻璃潤(rùn)滑方式為：先讓坯料在潤(rùn)滑臺(tái)上旋轉(zhuǎn)，玻璃粉槍伸入坯料內(nèi)孔并將玻璃粉傾倒至坯料內(nèi)孔，玻璃粉槍開口長(zhǎng)度應(yīng)不小于坯料長(zhǎng)度，使坯料內(nèi)孔整個(gè)長(zhǎng)度范圍均能灑上玻璃粉，然后通過坯料的旋轉(zhuǎn)使玻璃粉涂滿其內(nèi)孔。內(nèi)孔涂完后，再讓坯料滾過鋪上玻璃粉的潤(rùn)滑臺(tái)，使外壁涂滿玻璃粉。玻璃粉槍灑玻璃粉至坯料內(nèi)孔只是坯料內(nèi)孔潤(rùn)滑的一個(gè)輔助作用，因?yàn)閷⑴髁狭⑵鸱胖糜跀U(kuò)孔筒內(nèi)時(shí)，玻璃潤(rùn)滑劑由于重力的作用將流失不少。因此，將坯料放入擴(kuò)孔筒后，還應(yīng)再次添加潤(rùn)滑劑，添加方式為：先用玻璃纖維棉團(tuán)揉緊后堵住坯料內(nèi)孔，再用人工方式將玻璃粉灑在坯料上端內(nèi)孔倒角處，整個(gè)倒角面均應(yīng)灑上玻璃粉。如果倒角端面開口直徑小于擴(kuò)孔錐，則坯料上端面擴(kuò)孔錐直徑范圍內(nèi)也應(yīng)灑上玻璃粉。玻璃粉的種類選擇也非常關(guān)鍵，玻璃粉的軟化點(diǎn)一般應(yīng)比加熱溫度低200～300℃。

5. 擴(kuò)孔

   在擴(kuò)孔工序，坯料預(yù)先鉆的孔將擴(kuò)大成擠壓所需要的、內(nèi)孔比擠壓針直徑大7～20mm的通孔。擴(kuò)孔直徑如果過小，坯料進(jìn)入擠壓機(jī)時(shí)將懸掛在擠壓針上，或其內(nèi)孔玻璃粉將被擠壓針刮去，擠壓時(shí)由于局部無潤(rùn)滑劑而被撕裂。過去常用的穿孔方式，由于穿孔后坯料同心度較差，穿孔質(zhì)量不佳，因此不推薦使用。為了方便將擴(kuò)孔后的坯料頂出，擴(kuò)孔筒內(nèi)孔應(yīng)有一定錐度，上端內(nèi)徑一般比下端大2mm即可。裝料時(shí)為了不刮去坯料外表面玻璃潤(rùn)滑劑，擴(kuò)孔筒內(nèi)孔上端應(yīng)有倒角，倒角處以曲率半徑不小于20mm的圓弧過渡。擴(kuò)孔筒使用前應(yīng)預(yù)熱至380～430℃。擴(kuò)孔錐的錐度應(yīng)達(dá)到50度以上，并且在擴(kuò)孔容易進(jìn)行的范圍內(nèi)盡量加大錐度。因?yàn)榧哟箦F度不僅能減小擴(kuò)孔錐尺寸，降低其成本，而且可以降低坯料倒角加工量，減少金屬消耗。目前國(guó)內(nèi)在擠壓一些大口徑鋼管時(shí)，坯料倒角所產(chǎn)生的金屬消耗非常可觀。擴(kuò)孔針的直徑比擴(kuò)孔錐直徑小5mm以上，因?yàn)閿U(kuò)孔時(shí)內(nèi)孔金屬流過擴(kuò)孔錐后會(huì)有一定的回彈，如果擴(kuò)孔針與擴(kuò)孔錐間隙不夠大，金屬將與擴(kuò)孔針接觸，使擴(kuò)孔針外表面粘鋼。擴(kuò)孔筒內(nèi)部支撐坯料的剪切環(huán)支座應(yīng)與圖2所示坯料左側(cè)匹配，使擴(kuò)孔后坯料仍能保持原有的圓角。擴(kuò)孔錐在使用前應(yīng)該預(yù)熱，為避免擴(kuò)孔后擴(kuò)孔錐溫度不會(huì)超過其材質(zhì)所允許的工作溫度，一般預(yù)熱至100℃左右即可。由于一般的模具鋼在高溫下立即用水冷卻后容易產(chǎn)生裂紋，擴(kuò)孔錐使用后應(yīng)自然冷卻。為了與工作周期匹配，可用多個(gè)擴(kuò)孔錐循環(huán)使用。

6. 高壓水噴射

 坯料擴(kuò)孔后內(nèi)外表面被熔融的玻璃所覆蓋，為了不影響二次感應(yīng)爐測(cè)溫，應(yīng)用高壓水噴射方式將坯料外表面的玻璃除去。

7. 二次感應(yīng)加熱

  坯料擴(kuò)孔并經(jīng)高壓水噴射后，溫度已經(jīng)低于擠壓所需溫度，因此還要用二次感應(yīng)爐補(bǔ)溫。二次感應(yīng)加熱時(shí)，由于坯料壁厚更薄、溫度更高，可以用較高頻率快速加熱，加熱溫度應(yīng)保證整個(gè)擠壓過程坯料溫度均在材料的塑性區(qū)，一般為1100～1250℃。加熱后坯料溫度分布應(yīng)類似于一次加熱，即外熱內(nèi)冷、與擠壓模接觸端溫度更高。如能保證獲得更高的溫度，與擠壓模接觸端最好在二次感應(yīng)爐底部，因?yàn)榇硕嗣嫫街倍燃按怪倍雀�好，坯料可以很容易的立在二次感�?yīng)爐中心位置，并與爐膛中心線保持較好的平行度。此外，即使通過上述處理，擠壓時(shí)坯料外表面溫度還是要顯著低于內(nèi)部，由于擠壓延伸系數(shù)比擴(kuò)孔大得多，擠壓產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)坯料溫度均勻性更加敏感。外表面溫度低會(huì)影響鋼管外表面質(zhì)量。為了更進(jìn)一步減小擠壓時(shí)坯料內(nèi)外溫差，還應(yīng)采取兩個(gè)措施：縮短二次感應(yīng)爐至擠壓機(jī)之間的距離，提高輥道和二次潤(rùn)滑臺(tái)工作速度；在二次感應(yīng)爐至二次潤(rùn)滑臺(tái)之間輥道上安裝保溫罩，減少坯料外部溫降。

8. 二次玻璃潤(rùn)滑

   坯料內(nèi)外表面的二次潤(rùn)滑與一次基本一樣，只是不需要再用人工方式補(bǔ)充潤(rùn)滑，因?yàn)榕髁隙�次�?rùn)滑后不需要再立起。與一次潤(rùn)滑不同的是，坯料與擠壓模之間還應(yīng)放置一個(gè)玻璃墊，幾乎整根坯料都要流過擠壓模形成鋼管，需要玻璃墊在整個(gè)擠壓過程中持續(xù)地提供潤(rùn)滑劑。

9. 擠壓

   擠壓是整個(gè)工序最重要的步驟，他將擴(kuò)孔后的管坯擠壓成所需規(guī)格的鋼管。坯料進(jìn)入擠壓筒時(shí)，外圓有圓角的端面應(yīng)朝擠壓模側(cè)。跟擴(kuò)孔筒一樣，擠壓筒內(nèi)孔坯料進(jìn)入端也應(yīng)有倒角，倒角兩端也以曲率半徑不小于20mm的圓弧過渡。與坯料直接接觸的工模具均應(yīng)預(yù)熱，包括擠壓模、擠壓針、擠壓筒和擠壓墊。預(yù)熱溫度分別應(yīng)為100～250、200～300、350～450、200～300℃。除擠壓針外，其余工模具均不宜水冷，擠壓模和擠壓墊可通過多件循環(huán)使用的方式達(dá)到降溫的目的，擠壓筒在擠壓空歇期可自然冷卻至適宜溫度。擠壓針應(yīng)采用內(nèi)冷，冷卻水溫度60～80℃。

   擠壓速度不宜太低，除粉末高溫合金外，一般應(yīng)以200～400mm/s的速度擠壓。因?yàn)榕髁蠝囟忍�高，如果擠壓速度很低，擠壓時(shí)間長(zhǎng)，擠壓模表面溫度可能會(huì)超過工作溫度，同時(shí)制品外表面也會(huì)因玻璃膜太厚而變得粗糙。當(dāng)然對(duì)加工溫度區(qū)間比較窄的材質(zhì)，要注意擠壓溫升的控制。當(dāng)產(chǎn)品規(guī)格確定時(shí)，在設(shè)備能力范圍內(nèi)，應(yīng)盡量使用較大的擠壓筒，因?yàn)閿D壓筒規(guī)格越大，擠壓比就越大，產(chǎn)品組織和性能均勻性更佳，同時(shí)生產(chǎn)效率和成品率都能得到提高。

   不銹鋼管是工業(yè)的血管，高端不銹鋼管材更是許多高端工業(yè)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。中國(guó)要由工業(yè)大國(guó)變成工業(yè)強(qiáng)國(guó)，必須要有自己的高端管材生產(chǎn)技術(shù)，而高端管材的生產(chǎn)是離不開擠壓技術(shù)的。從另一方面來說，高端管材擠壓技術(shù)的發(fā)展，又將促進(jìn)高端工業(yè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，縮短由工業(yè)大國(guó)轉(zhuǎn)變成工業(yè)強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程。