冷拔精密無縫鋼管生產工藝控制要點

張偉 沈征杰

[摘 ? ?要]隨著社會的發展以及科學技術的進步，冷拔精密無縫鋼管的應用越來越廣。這種無縫鋼管不僅內外壁都沒有氧化層，在承受高壓時不會發生泄漏，擴口壓扁時也沒有裂縫，而且精度、光潔度都相對較高，表面已經做好防銹處理等優勢特點，在機械結構、液壓設備等多領域廣泛使用。主要分析冷拔精密無縫鋼管在當前普通鏈式拉拔設備條件下生產工藝流程以及在此流程基礎上的生產工藝控制要點。

[關鍵詞]冷拔精密無縫鋼管;生產工藝;控制要點

[中圖分類號]TG356.11 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）05–00–03

Study on key Points of Production Process Control

of Cold-drawn Precision Seamless Steel Pipe

Zhang Wei，Shen Zheng-jie

[Abstract]With the development of modern society and the progress of science and technology， the application of cold drawn precision seamless steel pipe is more and more widely， because this seamless steel pipe not only has no oxide layer on the inner and outer walls， but also does not leak when subjected to high pressure. There are no cracks when the flaring is flattened， and the precision and finish are relatively high. The surface has been treated with anti-rust treatment and other advantages. It is widely used in many fields such as mechanical structure and hydraulic equipment. This paper mainly analyzes the production process of cold-drawn precision seamless steel pipe under the current ordinary chain drawing equipment and the key points of production process control based on this process.

[Keywords]cold drawn precision seamless steel pipe; production process; control points

冷拔精密無縫鋼管也就是冷軋精密無縫鋼管，在眾多領域中都比較適用，比如，在機械機構、液壓設備適以及汽缸或汽油等汽車摩托車的氣動/液壓元件等領域中都會用到。為了達到大部分用戶對其精度與表面光潔度的要求，大部分小型無縫鋼管生產廠家在實際交貨時都是在冷軋方式生產冷軋管狀態下來進行的。冷拔精密無縫鋼管施生產工藝控制既有利于將加工周期縮短，使生產效率不斷提高，而生產成本也能不斷降低，并促進其鋼管力學性能的有效改善，最為重要的是符合環保要求。

1 冷拔工藝發展背景以及工藝流程

1.1 冷拔工藝發展背景

鋼管的冷加工法一般用于碳素鋼、合金鋼或者是不銹鋼等機械結構中，拉拔加工法與軋制加工法是人們所熟知的，在進行加工處理時分別需要用到拉拔機與皮爾格式軋機。相比于軋制加工法，拉拔加工法能夠將冷加工鋼管更高效率的制造出來，并且在油壓缸與氣壓缸中廣泛應用?，F階段，我國現行標準的最高鋼級相關規定中與實際的油壓缸與氣壓缸使用要求并不相符，尤其是拉抗強度、尺寸偏差等都無法與實際需要相匹配，使得在油壓缸與氣壓缸中所需要用到的無縫鋼管只能進口，無法自給自足，這對于我國冷拔鋼管的長遠發展會帶來一定的制約。為了能夠將現有冷拔技術中存在的不足之處有效克服，就需要研發出一種高效的冷拔精密無縫鋼管制造方法，使得制造出的無縫鋼管才能與實際要求相符。這種精密鋼管是經過冷拔（冷軋）處理后才形成的一種高精密鋼管材料，既有著較高的屈服強度、抗壓強度，又有著高精密尺寸，而且表面非常光滑，貯油性能尚佳，在運轉過程中不會出現停頓狀況，非常順暢，此外還能夠將其使用期限延長。在機械結構或者是液壓設備等制造過程中選用冷拔（冷軋）精密無縫鋼管，不僅能夠將機械加工工時有效的節約，而且能夠將材料利用率明顯提高，還有利于促進產品質量的提高。

1.2 冷拔工藝流程

通常情況下，要進行冷拔精密無縫鋼管生產時主要的坯料主要是普通的冷拔鋼管，為了能夠確保精密鋼管的質量，就需要將坯料進行精拉道次處理，并且要結合實際生產條件將生產過程進行適當的調整，具體的冷拔工藝流程即為：首先要熱軋毛管、對毛管進行全面、細致的檢查與修磨，將毛管進行酸洗，再對酸洗之后的毛管進行再次檢查;其次，在酸洗檢查完成后冷拔，也就是中間退火和酸洗，矯直處理是在精拉道次之前就需要完成的，做完矯直處理后，還需要再進行酸洗和潤滑，然后進行精拉;最后則是進行成品前處理，在相應的處理結束后就能夠將成本入庫。冷拔精密鋼管在進行精拉處理之前，不管是哪個拔制道次環節都應該遵循普通鋼管的變形工藝進行設計，當精拉道次處理后，拔制工藝也就變成了較小變形量的。

2 工藝控制過程

2.1 熱軋毛管供給與復檢

熱軋毛管來自于Φ76 mm自動軋管機組，該工藝設備是較為落后，基本上被淘汰，與當前的冷拔精密無縫鋼管質量要求有著很大的差距。不過這種熱軋毛管可以作為坯料進行精拉道次處理，然后進行使用。通常情況下，毛管的壁厚都是極為不均勻的，不管是內表面，還是外表面，都有著很多明顯的缺陷，尤其是在無配置外表面拋光的情況下或者內表面缺陷清理設備情況下，即使是進行冷拔工序也難以保證這些內表面和外表面的缺陷能夠徹底被消除。當關停熱軋機組后，就需要外合格的熱軋成品將其代替。冷拔精密無縫鋼管在生產過程中將熱軋毛管酸洗復檢工序新加入其中，這樣就不會像普通冷拔鋼管一樣其外表面有折疊或裂紋等各種缺陷，冷拔精密無縫鋼管的毛管則是沒有折疊缺陷或者裂縫問題，除此之外，還需要將內表面上有嚴重折疊缺陷、劃線缺陷嚴重以及麻面的毛管都選除掉。

2.2 工具、模具設計與加工

通常情況下，冷拔精密無縫鋼管在生產過程中需要用到表面光潔度、尺寸精度、硬度等多方面要求都比較高的工具，表面光潔度最少為Ra0.4、尺寸精度最少為H3，而硬度最少為70HRC，這些要求都是最基本的，還需要在實際的拔制過程中有效地避免頂頭或者模具倒貼的情況發生，拔制鋼種的強度至少要達到45#鋼以上，如果拔制的是小規格鋼管，那么就需要防止頂頭爆裂問題的出現，而且不管是頂頭，還是外模的耐磨性都需要達到相應要求。如果在實際生產過程中發現，要想使冷拔精密無縫鋼管在生產過程中滿足相應的質量要求，就可以選擇使用N系列粉末合金無磁性頂頭，在對不同的合金頂頭性能與實際使用效果進行對比時可以發現，無磁（YG3）合金頂頭的硬度不小于72 HRC、抗拉強度不小于1050 MPa、抗壓強度為5900 MPa，使用情況較好;有磁（YG8）合金頂頭的硬度不小于71 HRC、抗拉強度不小于1500 MPa、使用情況為有粘鋼;N系列粉末合金頂頭的硬度不小于72 HRC、使用情況很好。

要想有效地拉拔出各種尺寸精度的鋼管，就需要相應頂頭與相應模具的有效配合，尤其是較大規格的精密鋼管在生產過程中，為了能夠使其達到一定的穩定性要求，就需要使用普通形狀的頂頭設計，而在精拉道次這一工序中，中式模具的應用是不可缺少的。如果在生產規模較少的精密鋼管時，很難高效的進行成品成品道次帶芯拔制，因為在這一過程中頂頭極為容易發生爆裂問題，或者螺紋連接段發生斷裂問題，除此之外，因為頂頭以及外模定徑代都相對較短，在進行調整時很難達到準確性。而且在進行小規格頂頭設計時也并不是一項簡單的工作，有著一定的難度，在產時間的實際生產過程中可以發現，實心頂頭的應用以及定徑帶長度的增加能夠使工作錐錐角明顯減少，這樣頂頭爆裂問題以及調整困難問題都能夠有效地解決，而螺紋連接斷裂問題也能夠有效地避免。除此之外，在加工制造過程中所使用的工具與模具都是由專業廠所提供的，而且這些工具與模具的加工與制造需要一定的周期。

2.3 退火質量與退火設施

在所有冷拔管生產過程中退火與酸洗工序是必不可少的，這對成品管的性能以及表面質量有著一定的決定作用。在進行退火這道工序時，需要加熱杠桿，使其表面能夠產生由鐵與三種氧化物發生作用的氧化鐵皮。鋼管在退火狀態下進入到下一工序之前就需要進行酸洗，這一處理主要是為了將鋼管的氧化鐵皮清除干凈，如果不能將氧化鐵皮徹底清除，那么就會影響退火質量以及鋼管的實際性能。在實際生產過程中，低溫退火制度的應用能夠有效地應對無配套無氧化退火設備條件。不同規格的鋼管退火制度為：中間管，鋼種為10#～20#，壁厚3～4.5 mm/4.5～6 mm，溫度一般在780～820 ℃，加熱時間大約為9～11 min/11～13 min，輥速控制在3.0～2.5 m·min/2.5～2.0 m·min;成品管，鋼種為10#～20#，壁厚3～45 mm/4～5 mm，溫度一般在780～820 ℃，加熱時間大約為9～11 min/11～13 min，輥速控制在3.0～2.5 （m/min）/2.5～2.0 （m/min）。在當前的退火爐加熱制度中，難以對其進行有效地控制，使得鋼管表面質量以及性能要求都難以得到有效地保護，為了能夠確保其表面質量以及性能要求都得到相應的保證，就應該在冷拔精密鋼管生產過程中將相應的無氧化光亮退火爐設備進行合理化配備。在進行低溫退火時極為容易導致拔制困難，而且會極大地縮短冷拔工具、模具的實際使用壽命，頂頭爆裂現象以及頂頭芯桿連接處斷裂問題也會難以避免的出現。

2.4 酸洗、潤滑

在酸洗這一工序中，一定要嚴格控制酸洗溫度以及酸洗時間。在實際生產過程中所使用的硫酸液相關參數為H2SO4濃度為4%～15，FeSO4含量不超過250 g·1-1，酸洗溫度一般在40 ～70 ℃，酸洗時間大約為10 ～45 min。在使用硫酸進行時鋼管的清洗時，其表面非常容易形成一定的黑渣，而且在后續的生產過程中這些黑渣會逐漸變為黑斑，不管是黑渣還是黑斑都與Fe2O3、Fe2O4有關，其非常容易溶于鹽酸中，所以要想避免黑斑的形成，那么就需要將5～10 g的NaCl加入到酸池中。磷化加潤滑（皂化）能夠有效地使鋼管潤滑完成，鋼管在磷化液中其表面會有鹽酸鹽層附著，這些鹽酸鹽層的附著能力都是比較強的，而且在潤滑液中的鋼管在吸附潤滑劑時可以通過其表面的磷化層來實現，這樣鋼管潤滑的目的就能夠達到。一般情況下，鋼管磷化所使用的磷化劑都是由專業廠家來提供的。要想達到更好的磷化效果，就需要對磷化液的成分、濃度以及溫度等進行適當的控制，磷化池中的各成分實要與時間控制為：磷化液總酸度為15～35滴，游離酸度為0.5 g·1-1

～3.5 g·1-1，硝酸應為5 g·1-1～20 g·1-1，磷酸≮2 g·1-1，Fe2+≮2 g·1-1，磷化控制時間大約在10 ～30 min。

在實際生產過程中，鋼管潤滑劑還可以直接使用樹脂，這是一種天然潤滑劑，主要是利用樹脂自身較強的附著能力在鋼管表面吸附，這樣就沒有必要再經歷磷化過程。相比于磷化加潤滑劑，樹脂潤滑與之有著非常明顯的區別，這樣拔制出來的鋼管顏色呈現出的是鐵基體的本色，不僅光潔度非常高，而且外觀色澤非常漂亮，這樣鋼管表面上的細小缺陷在檢查過程中更容易及時被發現，并且能夠采取相應的措施予以及時有效地處理。

3 冷拔精密無縫鋼管注意事項

（1）毛管壁的厚度要盡量均勻，不管是內表面缺陷還是外表面缺陷都要少，在外表面拋光及內孔缺陷清理設備一定要優化配置。

（2）在復查工作中，冷拔精密無縫鋼管在生產過程中需要將熱軋毛管的酸洗以及復檢工序適當的加入其中，一般情況下，普通的冷拔鋼管并沒有酸洗以及復查工序，使得毛管外表面存在著折疊或裂紋等缺陷，而酸洗與復查工序則能夠有效地將其避免。除此之外，在酸洗以及復檢工序中還能夠將毛管內表面存在的折疊缺陷以及麻面缺陷等有效地排除掉。

（3）在工具方面，在冷拔精密無縫鋼管生產過程中需要使用到的工具都必要達到相應的標準要求，尤其是表面光潔度、尺寸精度以及硬度等方面的要求必須要達到合格標準，與此用時，在拉拔過程中還要防止頂頭粘鋼現象或模具粘鋼現象的發生。

（4）在退火這一工序中，要想確保退火質量，使得鋼管性能能夠更好，就需要及時的清除氧化鐵皮。退火工序在整個冷拔精密無縫鋼管生產中的所有工序中占據著非常重要的地位，因此，一定要高度重視退火工序，并要優化配置無氧化光亮退火爐設備。第五，在酸洗這一工序中，需要用硫酸對精密無縫鋼管進行酸洗，因為在酸洗過程中很容易導致“黑渣”形成，并且可能會導致表面黑斑在后續中出現，為了有效地防止這一現象的發生，就需要將適量的是氯化鈉加入到酸池中，這樣有利于避免黑斑出現。

（5）潤滑工序，相比于磷化加潤滑這樣的潤滑方式，將樹脂直接當做潤滑劑使用，效果更為明顯，不僅有利于確保精密無縫鋼管保持鐵基體本色，而且能有效地將光潔度提高，使其色澤更加漂亮。除此之外，還需要注意的事項是將毛管質量檢測以及整修方面的工作做到位。

4 冷拔精密無縫鋼管生產中存在的不足之處以及相關建議

在冷拔精密無縫鋼管生產過程中，酸洗、磷化以及潤滑等工序都會帶來一定的環境污染問題，而且在城區的工廠中，不管是“三廢”的排放，還是“三廢”的處理，都是難以有效完成的，而且環保壓力也是巨大的。相比于其他類型的冷拔機，鏈式冷拔機的中心線有著極大地誤差，雖然將可自動調節拔制中心線的模套裝置在生產過程中就加裝其中，使得拔制時沒有較強的穩定性，而且拔出的鋼管非常容易出現彎曲度過大的情況。除此之外，冷拔工序非常復雜，并且生產成本呀相對較高。因此，建議相關企業要將現代化精密無縫鋼管生產線建立起來，并將所有落后的冷拔生產工藝與相應產能都淘汰。

5 結束語

綜上所述，在當前普通的鏈式拉拔設備條件下進行冷拔精密無縫鋼管生產，不僅要嚴格的控制相關工藝流程以及模具設計，而且還需要綜合考慮退火、酸洗與潤滑條件等，使得冷拔精密無縫鋼管的生產工藝能夠進一步強化，從而在現代化精密無縫鋼管生產線建立中能夠實現真正的轉型升級以及可持續發展。

參考文獻

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