冷拔精密无缝钢管生产工艺控制.docx

冷拔精密无缝钢管生产工艺控制杨传柱( 广州钢铁企业集团有限公司，广东 广州 510381)摘 要 针对现有普通链式拉拔设备条件下生产冷拔精密无缝钢管的工艺流程，分析了在该流程条件下的生产控 制工艺，包括模具设计、退火、酸洗、润滑条件等控制要求，同时分析了该流程存在的热轧毛管供给困难、退火设施 落后、拔制质量不稳定、生产成本高、环保压力大等诸多问题，指出了冷拔精密无缝钢管工艺控制的局限性。 关键词 冷拔精密无缝钢管; 工艺控制; 局限性中图分类号: TG335 71 文献标识码: A文章编号: 1671 3818( 2014) 01 0043 03POCESS CONTOL IN THE PODUCTION OF SEAMLESS COLD DAWN STEEL TUBES FOPECISION APPLICATIONSYang Chuanzhu( Guangzhou Iron Steel Enterprises Holdings Ltd ，Guangzhou 510381，Guangdong)Abstract Aiming at the production process of seamless cold drawn steel tubes for precision applica- tions under existing ordinary drawing chain equipment，the paper analyzes the production technical process，including die design，annealing，pickling and Lubrication condition etc ，and at the same time analyzes the concerned problems such as supply difficulties of hot rolled steel tubes，backward annea- ling facilities，unstable quality of the drawn steel tubes，high production cost and high pressure from en- vironment protection etc ，and points out the limitation of the process control of cold drawn seamless steel tubes for precision applicationKey wordsseamless cold drawn steel tubes for precision applications; process control; limitation冷拔( 或冷轧) 精密无缝钢管具有内外壁无氧 化层、承受高压无泄漏、高精度、高光洁度、冷弯不变 形、扩口压扁无裂缝、表面已作防锈处理等特点，主 要用于机械结构、液压设备及汽车摩托车的气动或 液压元件，如气缸或油缸等。为满足用户高精度、高 表面光洁度的要求，国内众多的小型无缝钢管生产 厂家多以冷轧方式生产冷轧管状态交货。为缩短加 工周期、提高生产效率率、降低生产成本、改善钢管 力学性能等，一些专业的精密无缝钢管厂家则以冷 拔方式生产冷拔管状态交货1。本文针对某厂现 有普通链式拉拔设备条件下生产冷拔精密无缝钢管 的工艺流程，分析了该流程条件下的生产控制工艺，包括模具设计、退火、酸洗、润滑条件等控制要求，同 时分析了该流程存在的热轧毛管供给困难、退火设 施落后、拔制质量不稳定、生产成本高、环保压力大 等诸多问题，指出了冷拔精密无缝钢管工艺控制的 局限性。1 冷拔工艺流程一般情况下用普通的冷拔钢管作为坯料再经过 精拉道次生产冷拔精密无缝钢管2。为保证精密 钢管质量，生产过程中需根据现有生产条件有所调 整，基本的工艺流程如下:热轧毛管毛管检查、修磨毛管酸洗毛管 酸洗后复检冷拔( 中间退火、酸洗) 精拉道次前作者简介: 杨传柱( 1961 ) ，男，高级工程师，硕士研究生，1988 年毕业于武汉科技大学44冶 金 丛 刊总第 209 期矫直酸洗、润滑精拉成品前处理入库 冷拔精密管的精拉前各拔制道次仍按普通管的变形工艺设计，精拉道次则采用较小变形量的拔制 工艺，典型产品的工艺有:陷多，在无配置外表面抛光及内孔缺陷清理设备情 况下，内外表面缺陷难以保证在冷拔工序完全消除。 热轧机组关停后，外购合格热轧成品管替代。与普通冷拔钢管相比，冷拔精密无缝管生产增( 1) 45# 钢，38+ 0 30 31+ 0 3 0加了热轧毛管酸洗复检工序，主要是要保证毛管外72 5 4 63 4 4 54 3 9 矫直( 带 芯) 44 4 041 3 75( 带芯 ) 38 3 5。表面无折叠、裂纹等缺陷，选除内表面存在折叠、严重划线、麻面等缺陷的毛管。0( 2) 45# 钢，27 3 0 07 20+ 0 07 02 2工具、模具设计与加工一般冷拔精密无缝钢管生产所使用的工具的表72 5 4 63 4 3 54 3 85 43 3 99 矫直( 带芯) 35 4 5( 带芯) 31 3 58( 带芯) 27 3 3 65。2工艺控制过程2 1热轧毛管供给与复检热轧毛管原来自本厂 76 mm 自动轧管机组， 属于落后淘汰的工艺设备，已不能满足冷拔精密无 缝钢管质量要求。毛管壁厚不均严重，内外表面缺面光洁度要求在 a0 4 以上，尺寸精度达到 H3 以 上，硬度要求在 HC70 以上。同时要求拔制过程中 不能出现顶头或模具粘钢现象，拔制 45# 钢以上高 强度钢种或拔制小规格钢管时不能出现顶头爆裂， 顶头及外模要有好的耐磨性等。生产中发现，选用 N 系列粉末合金无磁性顶头 可以较好地达到生产冷拔精密无缝钢管的要求，几 种合金顶头性能及使用效果比较，见表 1。表 1 几种合金顶头性能及使用效果比较类别硬度 / HC抗拉强度 / MPa抗压强度 / MPa使用情况YG3( 无磁)YG8( 有磁)72711 0501 5005 900较好 有粘钢N 系列粉末合金72好不同的顶头与不同的模具配合可拉拔出不同尺 寸精度的钢管。生产较大规格精密管时，可采用普 通形状顶头设计，在精拉道次采用中式模具可较稳 定地达到要求。生产较小规格精密管时，成品道次 带芯拔制具有很大难度，主要是顶头容易爆裂和螺 纹连接段容易断裂，另外由于顶头和外模定径带短， 难以准确调整。小规格顶头设计具有一定难度，在长期生产中 发现，采用实心顶头以及增加定径带长度、减少工作 锥锥角，可有效地解决顶头爆裂、螺纹连接段断裂及 调整困难等问题。工具、模具的加工制造依靠专业厂提供，需要一定的加工制造周期。2 3退火质量与退火设施退火与酸洗在所有的冷拔管生产中都是非常 重要的工 序，它在很大程度上决定了成品 管 的 性 能与表面质量。退火时钢管经过加热后在表面生 成由铁的三种氧化物组成的氧 化 铁 皮 ( 由 外 到 内 依次 为: Fe2 O3 、Fe3 O4 、FeO) 。 退火状态的钢 管 进 入下一工序之前必须进行表面氧化铁皮清除处理 ( 即酸洗) ，退火质量的好坏既影响钢管的性能也 影响氧化 铁 皮 的 清 除。实 际 生 产 中，在 还 没 有 配 套无氧 化退火设备条件下只能采用低温 退 火 制 度，见表 2 。表 2 几种规格钢管退火制度类别钢种壁厚 / mm温度 / 加热时间 / min辊速控制 / ( mmin 1 )中间管10 # 20 #3 4 5780 8209 113 0 2 5成品管10 # 20 #4 5 63 4780 82011 139 112 5 2 03 0 2 54 511 132 5 2 0现有退火炉加热制度难以控制，不能很好地保 证钢管表面质量和性能要求，冷拔精密管需要配备无氧化光亮退火炉设备。低温退火造成拔制困难， 冷拔工模具使用寿命期缩短，容易发生顶头爆裂、顶第 1 期杨传柱: 冷拔精密无缝钢管生产工艺控制45头芯杆连接处断裂等现象。2 4酸洗、润滑酸洗温度、酸洗时间等都必须严格控制。实际生 产中的硫酸液各种参数见表 3。钢管在硫酸酸洗过程 中表面容易形成以 Fe2 O3 、Fe3 O4 为主的“黑渣”，在后 续生产中形成表面黑斑。Fe2 O3 、Fe3 O4 易溶于盐酸，为 防止黑斑形成则在酸池中加入 5 10 g / l 的 NaCl。钢管润滑多采用磷化加润滑( 皂化) 实现，在磷 化液中钢管的表面生成附着能力较强的盐酸盐层，紧接着在润滑液中钢管通过附着在表面的磷化层吸 附润滑剂，从而达到钢管润滑的目的。钢管磷化一 般采用专业厂家提供的磷化剂。适当控制磷化液的 成份、浓度及温度，可以取得较好的磷化效果。磷化 池各成份要求及磷化时间控制见表 4。表 3 酸液浓度及酸洗时间控制H2 SO4 浓度 / % FeSo4 含量 / ( gl 1 ) 酸液温度 / 酸洗时间 / min 4 1525040 7010 45表 4 磷化液浓度及磷化时间控制总酸度 / 滴游离酸度 / ( gl 1 )Zn2 + / ( gl 1 )硝 酸 / / ( gl 1 )磷 酸 / ( gl 1 )Fe2 + / ( gl 1 )时间 / min15 350 5 3 51 5 105 202210 30在生产中，也可直接利用树脂作润滑剂，其润滑 原理是靠树脂极强的附着能力吸附在钢管表面而不 需要磷化过程。此种润滑与磷化加润滑 ( 皂化) 相 比有明显的区别，拔制出来的钢管呈现铁基体的本 色，既有高的光洁度又有冷轧管般的漂亮外观色泽。 有利于及时检查和处理钢管表面的细小缺陷。3存在的问题及建议3 1环保问题酸洗、磷化和润滑等工序容易造成环境污染，城 区工厂“三废”排放及处理困难，环保压力大。3 2产品质量的不稳定性链式冷拔机与其它类型冷拔机相比，中心线误 差大，生产中虽然加装了可自动调节拔制中心线的 模套装置，拔制时稳定性仍然较差，拔出的钢管容易 弯曲度过大( 1 5 /1 000 mm) 。另外，外购热轧管难以稳定保证冷拔所需的规格 尺寸，造成冷拔工艺经常变化、工模具设计制作困难 以及冷拔精密无缝钢管质量的不稳定。产品质量只能 达到国家标准的较低等级要求: 即尺寸精度 H8 H10， 表面光洁度 a0 8 a1 6，弯曲度小于 1. 5 /1 000。 3 3工序复杂生产成本高冷拔工序复杂，中间废品以及打头、退火、酸洗 等带来的金属损失，使得冷拔钢管成材率较低。热 轧管和工模具、酸洗润滑等辅助材料的采购成本不 受控制。随着国内热连轧管机组、精密热轧管的飞 速发展3，生产效率高，节约能源成本更低，高质量 热轧成品管直接冲击了冷拔精密钢管的市场。3 4建议建议企业易地新建现代化的精密无缝钢管生产 线，淘汰现有落后的冷拔生产工艺和产能，真正实现 转型升级和发展。4结论( 1) 在现有普通的链式拉拔设备条件下生产冷 拔精密无缝钢管，需要对工艺流程、模具设计及退 火、酸洗、润滑条件等进行严格的控制。( 2) 生产工艺因毛管供给、退火设施、拔制稳定 性、成本控制及环境保护等诸多因素