局部中頻感應(yīng)加熱推制式熱擴(kuò)管常見問題探討

王建文，肖長明

（衡陽鴻大特種鋼管股份有限公司，湖南 衡陽 421001）

當(dāng)前管材需求愈發(fā)呈現(xiàn)個性化趨勢，出現(xiàn)以多品種、多規(guī)格、小批量、短周期為特點的新需求特征，這對于每個鋼管生產(chǎn)企業(yè)都是一個新課題，在大直徑鋼管需求中顯現(xiàn)尤為突出。目前大直徑無縫鋼管的生產(chǎn)工藝主要有熱擠壓成型、離心澆鑄，主要用于中、厚壁不銹鋼和附加值高的鋼管，其長度受到限制［1］；斜軋熱擴(kuò)徑（旋擴(kuò)）工藝被認(rèn)為是通過熱軋生產(chǎn)大直徑、中薄壁無縫鋼管的較佳工藝之一，雖然該工藝的產(chǎn)量高，但其投資大，產(chǎn)品外徑也受到一定限制；連軋管生產(chǎn)工藝，目前已可生產(chǎn) Φ406.4～508.0 mm×9.53 mm 規(guī)格無縫鋼管，外徑、壁厚控制精度都較高，產(chǎn)量高，但投資也大［2-6］；推制式熱擴(kuò)徑工藝，自1995 年誕生，1998年專利問世以來，經(jīng)歷了螺旋推進(jìn)式、液壓推進(jìn)式和如今的二步液壓推進(jìn)式（2004 年取得專利）。推制式熱擴(kuò)徑工藝是將原料管置于中頻感應(yīng)加熱線圈（2006 年取得專利）中，經(jīng)中頻感應(yīng)局部加熱后，靠液壓缸活塞的運動來推制原料管，使原料管逐步推過尾部固定的錐形內(nèi)模芯棒，以達(dá)到擴(kuò)徑目的，單道次擴(kuò)徑比大，因為采用坯料端推制，無需預(yù)制喇叭口，所以成材率較高［7－9］。作為冶煉、軋管主線延伸的熱擴(kuò)鋼管，其生產(chǎn)和實踐已得到廣泛應(yīng)用，能很好地填補(bǔ)國內(nèi)外各大鋼廠生產(chǎn)一些大直徑薄壁特殊型號鋼管的不足。該工藝以其設(shè)備投資少、工模具費用低、建設(shè)周期短的特點，以及產(chǎn)品質(zhì)量均衡、穩(wěn)定、優(yōu)良的性能，適應(yīng)于靈活多變、多規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)［10－15］。

由于推制式無縫鋼管熱擴(kuò)徑工藝發(fā)展起步晚，產(chǎn)量低，主要集中于小規(guī)模民營企業(yè)生產(chǎn)，故對其熱擴(kuò)管性能的基礎(chǔ)研究少，熱擴(kuò)徑工藝基本靠各廠自己摸索。

1 熱擴(kuò)管機(jī)械性能探討

（1） 中頻感應(yīng)加熱擴(kuò)管，擴(kuò)管加熱溫度一般在700～780 ℃，品種絕大部分是亞共析C－Mn 和微合金鋼，加熱溫度正好處于鋼的兩相區(qū)，鋼管在此區(qū)間加熱變形，會帶來組織的一些變化，機(jī)械性能也相應(yīng)出現(xiàn)變化，熱擴(kuò)沒有進(jìn)行晶粒細(xì)化的母管時更明顯。大量擴(kuò)管實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，熱軋態(tài)的母管經(jīng)熱擴(kuò)徑后，機(jī)械性能對比母管有所下降且有波動；經(jīng)過晶粒細(xì)化的母管（?；蛘穑?，其熱擴(kuò)徑后機(jī)械性能對比母管下降幅度小、波動小，特別是母管晶粒細(xì)化（晶粒度達(dá)到8 級及以上）、組織均勻的微合金（含Ti、Nb 等）C－Mn 鋼熱擴(kuò)徑后，對比母管性能變化不大，且性能穩(wěn)定。

簡單對原因進(jìn)行分析，熱軋態(tài)母管的晶粒較大，且大小不均，熱擴(kuò)鋼管在兩相區(qū)變形，晶粒被拉長，同時隱藏的一些皮下缺陷被進(jìn)一步放大，這些都導(dǎo)致產(chǎn)品機(jī)械性能下降；而晶粒細(xì)化、組織均勻的微合金（含 Ti、Nb、V）C－Mn 鋼熱擴(kuò)時，晶粒被拉長少，同時Ti、Nb 等微合金在組織中起到“釘扎”作用，使得晶粒仍然保持細(xì)化、均勻，機(jī)械性能相比母管下降很小。

（2） 選用熱擴(kuò)管母管時要注意化學(xué)成分和母管是否經(jīng)常化交貨，因為常見品種熱軋管技術(shù)已很成熟，性能也很穩(wěn)定。同一鋼種，成分的控制范圍較寬（特別是國外API、ASME 標(biāo)準(zhǔn)），如常見的無沖擊要求的B 鋼級，有的廠Mn 控制在0.30%～0.45%（C 含量一般都在0.18%～0.23%），有些Mn 控制在0.60%～0.80%，雖然其熱軋管抗拉強(qiáng)度性能都合格且穩(wěn)定在430～480 MPa，但含Mn 低的母管熱擴(kuò)后抗拉強(qiáng)度有的接近合格邊緣值，試驗稍有誤差就會不合格，而含Mn 高的母管熱擴(kuò)后抗拉強(qiáng)度還有一定富余量。w（C）為 0.37%～0.45%、w（Mn）為 1.38%～1.50%的Φ351 mm×12.3 mm 母管熱擴(kuò)徑成 Φ508 mm×11.13 mm 時也出現(xiàn)抗拉強(qiáng)度下降20～30 MPa的情況，但這種母管熱軋時經(jīng)過?；ňЯ５玫郊?xì)化），再熱擴(kuò)徑后抗拉強(qiáng)度下降幅度變小且穩(wěn)定。

2 熱擴(kuò)管常見缺陷及改善措施

熱擴(kuò)管常見缺陷有發(fā)紋、外折、內(nèi)折、麻面、內(nèi)劃傷、外劃傷、壁厚不均勻、橢圓、外徑超差、撕破、起泡、起皺、凹陷、彎曲等。

（1） 發(fā)紋、外折、內(nèi)折、麻面。這4 個缺陷是由母管帶來的，可通過修磨改善，修磨在允許尺寸公差范圍內(nèi)。

（2） 內(nèi)劃傷。模具黏鋼或焊渣未清除干凈，以及石墨潤滑不良，會在推制過程中相互摩擦產(chǎn)生劃道。加強(qiáng)石墨與水?dāng)嚢瑁鶆蜾伻鲈诿軆?nèi)壁，檢查并及時修磨模具，清除干凈氧割殘物、磨鋼管端口，使其平滑，從而改善或消除內(nèi)劃道。

（3） 外劃傷。鋼管在熱擴(kuò)徑生產(chǎn)過程中與外界尖銳鐵質(zhì)物品產(chǎn)生摩擦?xí)a(chǎn)生外劃傷。改善措施：擴(kuò)管時，熱擴(kuò)徑中的鋼管外表面與外界尖銳鐵質(zhì)物品保持距離，檢查鋼管輸送輥道是否有異常。

（4） 起泡、起皺。主要原因及措施如下：①毛管管體內(nèi)有殘留石墨水，造成起泡；在母管打完石墨后，用鼓風(fēng)機(jī)將管體內(nèi)的水分吹掃干凈，最好隔一天再進(jìn)行熱擴(kuò)徑；②溫度過高、速度太快，加熱溫度不均勻，停機(jī)啟動時，鋼管加熱不到位，啟動早，造成起皺；嚴(yán)格按照熱擴(kuò)徑工藝流程控制好鋼管溫度和擴(kuò)管速度，調(diào)整好線圈位置，改善產(chǎn)品起泡、起皺缺陷。

（5） 撕裂。鋼管的成分中有雜質(zhì)和管內(nèi)微裂紋會造成撕裂。改善措施：擴(kuò)管前檢查母管內(nèi)外表面質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)有微裂紋，修磨后方能投產(chǎn)。

（6） 壁厚不均勻。主要原因：擴(kuò)管時，由于鋼管加熱溫度及速度是調(diào)控好的，鋼管壁厚位置比壁薄位置受熱相應(yīng)較慢，所以壁厚位置減壁量少，壁薄之處受熱快所以減壁量大，從而產(chǎn)生壁厚不均勻。改善措施：①加強(qiáng)母管檢驗，標(biāo)出壁厚不均勻位置，為熱擴(kuò)徑提供工藝改進(jìn)措施；②對擴(kuò)管后的每支半成品鋼管，用測厚儀檢測管體360°兩個圓周，每個圓周15 個檢測點共30 個點，對于管體兩個端口，一個端口360°檢測10 個點，共檢測20個點；③對成品管，用測厚儀檢測管體360°兩個圓周，每個圓周15 個檢測點共30 個點（所測點位不能與中間檢驗點位重復(fù)），對于管體兩個端口，一個端口360°檢測10 個點，共檢測20 個點。

（7） 彎曲、凹陷。產(chǎn)生原因：鋼管進(jìn)行中頻熱擴(kuò)徑時，對中頻熱擴(kuò)機(jī)調(diào)整失誤，溫度過高，速度過快，以致彎曲；擴(kuò)管芯模與拉桿中心線偏離；中頻熱擴(kuò)后在進(jìn)行鋼管矯直時，由于操作員沒有分步驟操作，致使鋼管產(chǎn)生凹陷。改善措施：熱擴(kuò)徑時，調(diào)慢擴(kuò)管機(jī)的速度，溫度控制在適當(dāng)范圍；矯直時，對液壓機(jī)下壓速度分步驟操作，不可將鋼管壓凹。

（8） 橢圓。鋼管“夾泡”引起產(chǎn)品橢圓，或芯棒本身橢圓。改善措施：調(diào)平機(jī)架，使鋼管位于水平線上。

（9） 外徑超差。產(chǎn)生原因：芯模定徑區(qū)外徑偏差。改善措施：重新加工芯模定徑區(qū)外徑。

3 結(jié) 論

（1） 對推式局部中頻感應(yīng)加熱擴(kuò)管的母管，在鋼的成分設(shè)計上要考慮熱擴(kuò)徑后產(chǎn)品機(jī)械性能下降的因素，對影響鋼的強(qiáng)度的元素（如C、Mn 等）盡可能往上限控制。

（2） 熱軋母管要通過在線?；螂x線正火處理進(jìn)行晶粒細(xì)化。

（3） 擴(kuò)管是缺陷的放大過程，仔細(xì)檢查來料母管質(zhì)量，有條件的最好進(jìn)行探傷，把肉眼不易發(fā)現(xiàn)的缺陷檢查出來。

（4） 加強(qiáng)母管內(nèi)壁石墨潤滑和擴(kuò)管芯模的準(zhǔn)備工作，加強(qiáng)相關(guān)工作人員的責(zé)任心。