微扩径技术生产特厚壁热轧无缝钢管的工艺研发学习体会

文献概况与技术背景

罗忠辉等作者在《钢管》2021年第50卷第6期发表的这篇论文，聚焦于大直径特厚壁热轧无缝钢管的生产工艺研发。特厚壁无缝钢管通常指径壁比D/t≤5的钢管产品，广泛应用于石油天然气开采、高压锅炉、压力容器、海洋工程等领域。传统热轧无缝钢管生产主要依赖周期式轧管机或斜轧管机，但这两类设备在轧制大直径特厚壁钢管时存在技术瓶颈：周期式轧管机的成品规格范围有限，斜轧管机的成品壁厚受限于穿孔毛管壁厚，难以直接生产D/t≤5的厚壁产品。

包钢钢联作为我国无缝钢管生产的重要企业，其研发团队通过创新性地开发锥形辊穿孔机微扩径穿孔技术，成功在锥形辊穿孔机上实现了径壁比≤5的特厚壁无缝钢管的生产。这一技术突破具有重要的工程意义和市场价值。

微扩径工艺原理与关键技术

锥形辊穿孔机微扩径技术的基本原理是：在锥形辊穿孔机的穿孔过程中，通过合理设计轧辊角度和变形区长度，使毛管在穿孔变形过程中不仅发生减径和减壁，还发生微幅度的扩径变形。这种微扩径变形改变了传统穿孔工艺中"只减不扩"的变形模式，使得最终产品的壁厚相对增厚，从而获得大直径特厚壁钢管。

轧辊角度与变形区长度的确定

论文详细介绍了穿孔机轧辊角度及变形区长度的确定方法。轧辊角度是微扩径工艺设计中最关键的参数之一，它直接决定了毛管在变形区中的运动轨迹和变形程度。在传统的锥形辊穿孔工艺中，轧辊角度通常设为较小的负角或零角，以实现减径变形。而在微扩径工艺中，轧辊角度需要根据目标产品的径壁比和毛管规格进行精确计算，使得毛管在通过变形区时产生适度的扩径变形。

变形区长度的确定同样至关重要。变形区长度过长会导致毛管在变形区中停留时间过长，温度下降过快，增加穿孔力；变形区长度过短则变形不充分，难以达到目标扩径量。论文中通过理论计算与工程经验相结合的方式，确定了合理的变形区长度范围。

顶头设计的创新方法

论文中提到的使用穿孔机孔型计算公式结合3D建模设计顶头的方法，是微扩径工艺研发的另一重要创新点。顶头是锥形辊穿孔机的核心部件，其几何形状直接决定了毛管的内部变形和最终产品的壁厚分布。在传统穿孔工艺中，顶头设计主要依据经验公式，缺乏精确的理论指导。论文中采用孔型计算公式，结合三维建模技术，对顶头的轮廓曲线、工作长度、前端形状等关键参数进行了精确设计，确保了微扩径变形的均匀性和可控性。

工艺实施与质量控制要点

微扩径穿孔工艺的成功实施需要多个环节的协同配合。首先，毛管来料的质量控制是关键前提。毛管的化学成分、力学性能、表面质量和尺寸精度均需满足要求，特别是毛管的壁厚均匀性和表面缺陷控制对最终产品质量影响显著。其次，穿孔温度控制至关重要。微扩径工艺中的变形量与传统穿孔有所不同，温度过高可能导致晶粒粗大和表面氧化严重，温度过低则增加穿孔力，可能导致毛管开裂或设备过载。

在实际生产中，还需要关注以下质量控制要点：第一，穿孔力的监测与控制。微扩径工艺中的穿孔力曲线与传统穿孔有所不同，需要通过在线监测穿孔力变化来判断变形是否正常。第二，成品钢管的内表面质量。顶头设计不合理或穿孔过程不稳定可能导致内表面出现折叠、裂纹等缺陷，需通过内窥镜检查或超声检测进行质量评估。第三，壁厚均匀性控制。微扩径变形可能导致壁厚分布不均匀，需通过超声测厚进行逐支检测。

技术意义与应用前景

微扩径穿孔技术的成功开发，为拓宽无缝钢管产品应用市场奠定了基础。大直径特厚壁无缝钢管在以下领域具有广阔的应用前景：

• 石油天然气行业：高压高厚壁套管、油管，用于深井、超深井钻采作业
• 海洋工程：海底管道、平台桩腿用厚壁钢管
• 高压锅炉：超临界、超超临界机组锅炉管道
• 压力容器：大型压力容器壳体用厚壁钢板卷焊管或无缝管

从技术发展的角度看，微扩径穿孔工艺的开发体现了"以现有设备实现新产品"的创新思路。在无缝钢管行业，大型轧管设备投资巨大，通过工艺创新使现有设备生产新产品，是一种经济有效的技术升级路径。包钢钢联的这一技术突破，为我国无缝钢管行业的技术进步提供了有益的实践经验。

学习心得

这篇论文给我最深的印象是工艺创新的力量。在无缝钢管生产中，设备能力往往限制了产品规格的拓展，而工艺创新可以突破这一限制。微扩径穿孔技术通过改变穿孔变形模式，使锥形辊穿孔机具备了生产特厚壁钢管的能力，这种创新思路值得借鉴。同时，论文中提到的孔型计算公式与3D建模相结合的设计方法，体现了现代制造技术中理论计算与数字技术的深度融合。对于从事无缝钢管生产工艺研发的同行而言，这篇论文提供了一个很好的案例，展示了如何通过工艺创新拓展产品范围，提升设备利用率。