熱軋16mn無縫鋼管的生產(chǎn)工藝流程包括坯料軋前準備、管坯加熱、穿孔、軋制、定減徑和鋼管冷卻、精整等幾個基本工序。當今熱軋16mn無縫鋼管生產(chǎn)的一般主要變形工序有三個：穿孔、軋管和定減徑；其各自的工藝目的和要求為：2.1.1穿孔：將實心的管坯變?yōu)榭招牡拿埽晃覀兛梢岳斫鉃槎ㄐ停葘④埣嗝娑閳A環(huán)狀；其設備被稱為穿孔機。對穿孔工藝的要求是：首先要保證穿出的毛管壁厚均勻，橢圓度小，幾何尺寸精度高；其次是毛管的內(nèi)外表面要較光滑，不得有結疤、折疊、裂紋等缺陷；第三是要有相應的穿孔速度和軋制周期，以適應整個機組的生產(chǎn)節(jié)奏，使毛管的終軋溫度能滿足軋管機的要求。2.1.2軋管：將厚壁的毛管變?yōu)楸”冢ń咏善繁诤瘢┑幕墓埽晃覀兛梢砸暺錇槎ū冢锤鶕?jù)后續(xù)的工序減徑量和經(jīng)驗公式確定本工序荒管的壁厚值；該設備被稱為軋管機。對軋管工藝的要求是：第一是將厚壁毛管變成薄壁荒管（減壁延伸）時首先要保證荒管具有較高的壁厚均勻度；其次荒管具有良好的內(nèi)外表面質量。2.1.3定減徑（包括張減）：大圓變小圓，簡稱定徑；相應的設備為定（減）徑機,其主要作用是消除前道工序軋制過程中造成的荒管外徑不一（同一支或同一批），以提高熱軋成品管的外徑精度和真圓度。對定減徑工藝的要求是：首先在一定的總減徑率和較小的單機架減徑率條件下來達到定徑目的，第二可實現(xiàn)使用一種規(guī)格管坯生產(chǎn)多種規(guī)格成品管的任務，第三還可進一步改善鋼管的外表面質量。20世紀80年代末,曾出現(xiàn)過試圖取消軋管工序,僅使用穿孔加定減的方法生產(chǎn)無縫鋼管,簡稱CPS,即斜軋穿孔和張減的英文縮寫),并在南非的Tosa廠進行了工業(yè)試驗,用來生產(chǎn)外徑:３３.４～１７９.８mm，壁厚3.4～25mm的鋼管，其中定徑最小外徑為101.6mm；張減最大外徑我101.6mm。經(jīng)過實踐檢驗，該工藝在產(chǎn)生壁厚大于10mm的鋼管時質量尚可，但在生產(chǎn)壁厚小于8mm的鋼管時通過定徑、張減不能完全消除穿孔毛管的螺旋線，影響了鋼管的外觀質量。在隨后的改造中不得不在穿孔機于定減徑機之間增設了一臺MINI-MPM(4機架)來確保產(chǎn)品質量。? 2．2各熱軋機組生產(chǎn)工藝過程特點? 我們通常將毛管的壁厚加工稱之為軋管。軋管是鋼管成型過程中最重要的一個工序環(huán)節(jié)。這個環(huán)節(jié)的主要任務是按照成品鋼管的要求將厚壁的毛管減薄至與成品鋼管相適應的程度，即它必須考慮到后繼定、減徑工序時壁厚的變化，這個環(huán)節(jié)還要提高毛管的內(nèi)外表面質量和壁厚的均勻度。通過軋管減壁延伸工序后的管子一般稱為荒管。軋管減壁方法的基本特點是在毛管內(nèi)按上剛性芯棒，由外部工具（軋輥或模孔）對毛管壁厚進行壓縮減壁。依據(jù)變形原理和設備特點的不同，它有許多種生產(chǎn)方法，如表1所示。一般習慣根據(jù)軋管機的形式來命名熱軋機組。軋管機分單機架和多機架，單機架有自動軋管機、阿塞爾軋機、ACCU-ROLL等,斜軋管機都是單機架的；連軋管機都是多機架的，通常4~8個機架，如MPM、PQF等。目前主要使用連軋（屬于縱軋）與斜軋兩種軋管工藝。?連續(xù)軋管機的幾種形式：連軋管機是在毛管內(nèi)穿入長芯棒后，經(jīng)過多機架順序布置且相臨機架輥縫互錯（二輥式輥縫互錯90°，如圖1所示；三輥式輥縫互錯60°）的連軋機軋成鋼管，它是當今被最廣泛應用的縱軋鋼管方法。連軋管機軋制過程中，軋件變形實際上是受多組（4~8組）軋輥與芯棒的反復作用從圓到橢圓…橢圓再到圓的過程。? 連軋管機的發(fā)展歷史悠久，早在19世紀末就曾嘗試在長芯棒上進行軋管，但種種原因，至1950年世界上僅有6臺連軋管機。1960年后，隨著科學技術的進步和生產(chǎn)的發(fā)展，特別是電子計算機技術的飛速發(fā)展和應用，使連軋管機在生產(chǎn)工藝和設備上日趨完善，得到了迅速的發(fā)展和推廣。在浮動芯棒連軋管機的基礎上，限動芯棒連軋管機于20世紀60年代中期進行了工藝試驗，獲得了可喜的成果。1978年世界上第一套限動芯棒連軋管機（MPM）在意大利達爾明鋼管廠建成投產(chǎn)，連軋管工藝發(fā)展到了一個新的水準。20世紀90年代末又推出了三輥連軋管機（PQF）技術，使連軋管工藝裝備躍上了更高的臺階。? 連軋管機在PQF出現(xiàn)以前，都是兩輥式的，即由兩個軋輥為一組組成孔型,二輥式的機架既有與地面呈45°交錯布置的，也有與地面垂直、水平交錯布置的；PQF為三輥式的，即由三個軋輥為一組組成孔型；；MPM與PQF孔型構成見（圖2）；連軋管時，孔型頂部的金屬由于受到軋輥外壓力和芯棒內(nèi)壓力作用而產(chǎn)生軸向延伸，并向圓周橫向寬展，而孔型側壁部分的金屬與芯棒不接觸，但它被頂部軸向延伸的金屬對它附加的拉應力作用而產(chǎn)生軸向延伸，并同時產(chǎn)生軸向拉縮。不論兩輥式的還是三輥式的連軋管機，按芯棒的運行方式可分為以下三種形式。浮動芯棒連軋管機（或全浮動芯棒連軋管機）：簡稱MM（Mandrel?Mill），一般設有8個機架。軋制過程中對芯棒速度不加以控制，芯棒由被輾軋金屬的摩擦力帶動自由跟隨管子通過軋機，芯棒的運行速度是不受控的;軋制過程中芯棒的運行速度隨著各機架的咬入、拋鋼有波動，從而引起管子壁厚的波動；軋制結束后，芯棒隨荒管軋出至連軋機后的輸出輥道，在軋制中、薄壁管時芯棒的幾乎全長都在荒管內(nèi)，見圖3；帶有芯棒的荒管橫移至脫棒線，由脫棒機將芯棒從荒管中抽出以便冷卻、潤滑后循環(huán)使用。其特點是軋制節(jié)奏快，每分鐘可軋4支甚至更多的鋼管；?但荒管的壁厚精度稍低、設有脫棒機其工藝流程較長、芯棒的長度接近于管子的長度；適合生產(chǎn)較小規(guī)格（外徑小于177.8mm）的無縫鋼管。比較有代表性的浮動芯棒連軋管機有德國米爾海姆廠的RK2機組和我國寶鋼的φ140?mm機組。? 浮動芯棒連軋管機的工作特點是：由于在軋制時不控制芯棒速度，因此在整個軋制過程中，芯棒速度多次變化。例如，在一臺8機架的連軋管機上，當金屬進入第一機架時，芯棒在摩擦力的作用下，以接近第一機架的軋制速度運行；當金屬進入第二機架時，芯棒速度就要改變，以第一和第二機架軋制速度之間的某個速度運行；當進入第三機架時，則芯棒速度已變?yōu)榈谝弧⒌诙偷谌龣C架軋制速度之間的某個速度；依此類推，直至進入第八機架，芯棒速度便經(jīng)過了8次變化，已1～8機架間的某個速度運行，進入一個相對穩(wěn)定的軋制階段。在此階段，前面機架的軋制速度比芯棒速度慢（稱為慢速機架），后面機架的軋制速度比芯棒速度快（稱為快速機架），如果中間某個機架的軋制速度恰好與芯棒運行速度相同則稱為同步機架。隨后當金屬逐漸從有關機架中軋出時，在芯棒速度變化為2～8機架間的某個速度；當金屬由第二機架軋出，則芯棒速度又變?yōu)榈谌恋诎藱C架間的某個速度，以此類推，直至金屬從第八機架軋出為止。? 由上可以看出，在鋼管的軋制過程中，芯棒的速度至少要變化15次，芯棒速度的變化將導致金屬流動條件的改變。浮動芯棒連軋管機由于軋制過程中芯棒速度改變而使得金屬流動發(fā)生變化，因金屬流動的不規(guī)律而引起鋼管縱向的壁厚和直徑變化，盡管對此采取了不少措施并取得了一定的效果，當軋制條件的變化依然存在，且產(chǎn)品管的尺寸精度始終不如限動芯棒軋機。此外，芯棒長，使制造費用加大，制造困難，且長芯棒的重量也很大，鋼管帶著過重的芯棒在輥道上運行將會導致鋼管表面損傷。故目前浮動芯棒連軋管機均用于小型機組。? 連軋管時，荒管可以看作是在不同直徑的軋輥間連續(xù)軋制形成的。穿在鋼管中的芯棒可以看作是曲率半徑無窮大的內(nèi)軋輥。浮動芯棒軋制時，芯棒除受到軋輥經(jīng)軋件傳遞來的作用力外，再無其他外力作用。當軋件頭部經(jīng)第一機架咬入后，隨著軋件逐一走向后面的延伸機架，作用在芯棒上的機架數(shù)相繼增多，故芯棒速度不斷提高，這個階段稱為“咬入”階段。當軋件頭部進入最末機架后，整個軋件處在連軋管機所有機架的軋制中，芯棒速度維持不變，稱為“穩(wěn)定扎著急”階段。當軋件尾部離開第一機架后，芯棒速度友逐級提高，直到軋出延伸，稱為“軋出”階段。軋輥工作圓周速度是安“穩(wěn)定軋制”狀態(tài)下設定的。軋制過程中軋件又是遵循著體積不變定律的。然而由芯棒引起的軋件速度的升高，使流入后面機架的金屬必然增多，也就是說，后面的機架由芯棒送入了比其設定的軋輥圓周速度所允許的還要多的金屬，這就出現(xiàn)了使斷面積增大的金屬積累。這種逐步流入的附加金屬造成的較大斷面，盡管在最后的機架上得到了加工，但仍然導致在荒管的一些部位上直徑變大和壁厚變厚，這種現(xiàn)象稱為“竹節(jié)”。原則上講可能在整根鋼管上均出現(xiàn)“竹節(jié)”。顯然“竹節(jié)”現(xiàn)象屬縱向壁厚不均，對隨后的張減機軋制是不利的，應盡可能防止。? 為了防止或減少“竹節(jié)”形成，孔型設計分配壓下量時，在保證總延伸不變的前提下，適當增加前幾架壓下量。這樣，就可在后面幾個機架中使芯棒速度的躍增得到減弱，從而減輕芯棒速度變化的影響。良好的芯棒潤滑有利于延伸和降低能耗，也可以減少竹節(jié)的形成。還可以采用電控技術防止竹節(jié)的產(chǎn)生。由電子計算機進行預設定，軋輥轉速按要求變化，當軋件通過時對軋輥進行校準，使各機架的出口速度與芯棒速度的變化相適應。? 70年代盛行浮動芯棒連軋管機機組。由于受到芯棒重量的限制，至今這種機組僅能生產(chǎn)直徑小于177.8mm一下的鋼管。? 2.2.1.2半浮動（或半限動）芯棒連軋管機：德國人稱MRK-S（Mannesmann?bohr-Kontimill?Stripper）；法國人稱Neuval-R。半浮動芯棒連軋管機一般7～8個機架。? 德國設計的工藝為：在軋制過程中，前半程，芯棒不是自由地隨軋件前進，而是受限動機構的控制，以一恒定速度前進，芯棒與軋件的速差分布是不一致的，第1架的軋件出口速度小于芯棒速度；自第2架開始，軋件的速度快于芯棒的速度，形成穩(wěn)定的差速軋制狀態(tài)；當完成主要變形、管子脫離倒數(shù)第3架時，限動機構加速釋放芯棒，像浮動芯棒一樣由鋼管將芯棒帶出軋機。德國式的半浮動芯棒連軋管機于20世紀80年代初在日本八幡廠建成投產(chǎn)。? 法國研制的工藝為：在鋼管由最后一個機架軋出時才松開芯棒，即在軋制過程中具有限動芯棒軋機的工藝特點，而在終軋后松開芯棒；芯棒隨荒管至連軋機后的輸出輥道。法國式的半浮動芯棒連軋管機于20世紀70年代后期在法國的圣索夫鋼管廠投入生產(chǎn)。? 不論德國工藝還是法國工藝，半浮動芯棒軋管機軋制結束后，約有1/3長的荒管（尾部）包住芯棒前端，見圖4；帶有芯棒的荒管橫移至脫棒線，由脫棒機將芯棒從荒管中抽出以便冷卻、潤滑后循環(huán)使用。其特點是荒管壁厚的精度較高、節(jié)奏較快，每分鐘可軋3支甚至更多的鋼管，芯棒長度雖然比浮動式的短得多，而比限動芯棒軋機略長一些；設有脫棒機工藝其流程較長；適合生產(chǎn)較小規(guī)格（外徑小于219mm）的無縫鋼管。德國模式的代表機組有日本的八幡廠的φ194?mm機組和我國衡陽的φ89?mm機組；法國模式的機組至今僅有一套，就是法國V&M公司圣索夫廠的φ127?mm機組。? 半浮動芯棒連軋管機在扎著過程中對芯棒速度也進行控制，但在軋制結束之前即將芯棒放開，像浮動芯棒連軋管機一樣由鋼管將芯棒帶出軋機，然后由脫棒機將芯棒從荒管中抽出。在對芯棒速度進行限動時，就在一定程度上解決了金屬流動規(guī)律性的問題，將芯棒放開以后，又如同浮動芯棒連軋管機一樣要考慮脫棒條件的限制，因此半浮動芯棒連軋管機所軋制的鋼管直徑不宜太大。? 半浮動芯棒連軋管機兼顧了限動芯棒與浮動芯棒軋管機的優(yōu)點，既保持了較高的軋制節(jié)奏，又確保了鋼管的壁厚精度及內(nèi)外表面質量，只是由于需要設置脫棒機，使其軋制規(guī)格的上限受到限制。? 2.2.1.3限動芯棒連軋管機:?簡稱MPM（Multi-Stand?Pipe?Mill），是意大利因西公司推廣應用的，一般7～8個機架。軋管時芯棒的運行是限動的、速度是可控的；芯棒的速度應高于第一架的咬入速度而低于第一架的軋出速度。軋制的整個過程中芯棒速度是恒定不變的，從而確保管子壁厚的精度，軋制不同的管子時芯棒的速度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。軋制結束后，芯棒停止，由脫管機將荒管從芯棒中脫出，而后芯棒回送離開軋機，撥出軋線冷卻、潤滑后循環(huán)使用。其特點是荒管的壁厚的精度高，用脫管機取代了脫棒機，縮短了工藝流程，芯棒較短；但軋制節(jié)奏慢，每分鐘可軋2支或稍多一點的鋼管；適合生產(chǎn)中等規(guī)格（外徑小于460mm）的無縫鋼管。代表性機組有意大利達爾明的φ356?mm機組和我國天津鋼管公司的φ250?mm機組。? 為了解決浮動芯棒連軋管機軋制過程中金屬流動不規(guī)律的問題，縮短芯棒長度，解決芯棒制造上的困難，20世紀60年代國外就開始試驗限動芯棒軋制，70年代獲得成功，在意大利的達爾明廠投入工業(yè)生產(chǎn)。? 限動芯棒連軋管機的基本特點就是控制芯棒的運行速度，使芯棒在整個扎著過程中均以低于第一機架金屬軋出速度的恒定速度前進，這是相當重要的工藝改進，使限動芯棒軋機具有浮動芯棒軋機不可比擬的優(yōu)越性。近年來的實踐表明，芯棒的速度應高于第一機架的咬入速度而低于第一機架的軋出速度。這樣，在整個扎著過程中芯棒的移動速度均以低于所有機架的軋制速度，避免了不規(guī)律的金屬流動和軋制條件的變化。由于芯棒速度受到控制，每一機架的軋制壓力都較小，金屬流動有規(guī)律，延伸系數(shù)可達一些，這就可以獲得非常好的壁厚偏差。? 由于芯棒速度限動，可大大縮短芯棒的長度，軋制32m的鋼管，芯棒的工作長度只有15m。鋼管從芯棒上軋出后用脫管機將其從芯棒前端抽出，芯棒快速返回，不像在浮動芯棒軋機上受脫棒條件的限制，因此可以生產(chǎn)中型和大型規(guī)格的無縫鋼管。? 限動芯棒連軋管機是在浮動芯棒連軋管機的基礎上發(fā)展起來的。與浮動芯棒連軋管機相比，限動芯棒連軋管機有如下優(yōu)點：? 1)降低了工具消耗。由于限動芯棒連軋管機的芯棒較之浮動芯棒連軋管機的芯棒要短，鋼管與芯棒的接觸時間短，從而提高了芯棒的使用壽命，一般使芯棒消耗降至每噸鋼管1公斤左右。? 2)改善了鋼管的質量。由于限動芯棒連軋管機具有搓軋（芯棒與鋼管內(nèi)表面相對運動）性質，有利于金屬的延伸，加之帶有微張力軋制狀態(tài)，從而減小了橫向變形，根本不存在浮動芯棒連軋所產(chǎn)生的“竹節(jié)”現(xiàn)象，使鋼管內(nèi)外表面和尺寸精度有了很大提高。? 3)取消了脫棒機，縮短了工藝流程，提高了鋼管的終軋溫度。部分品種可省去定徑前的再加熱工序，從而節(jié)省了能源。? 4)擴大了產(chǎn)品規(guī)格。由于采用了限動芯棒軋制，可以減小芯棒的長度，減輕了芯棒的重量，允許加大芯棒的直徑，使鋼管的最大外徑由177.8mm擴大到426mm甚至更大.另外,限動芯棒連軋管機還可軋制徑壁比更大(D/S＞40)的鋼管。? 限動芯棒連軋管機代表著現(xiàn)代無縫鋼管生產(chǎn)的先進技術，它集中體現(xiàn)了無縫鋼管生產(chǎn)的連續(xù)性、高效率、機械化及工業(yè)自動化的發(fā)展趨勢。80年代以后已經(jīng)在無縫鋼管生產(chǎn)領域占了主導的地位。? 少機架限動芯棒連軋管機（MINI-MPM）是在上世紀90年代意大利因西公司推出的工藝，它的實質與MPM一樣；當時主要是針對南非托沙廠的技術改造，設計為四個機架，基本保留了MPM機組的優(yōu)點，與MPM相比它的最大特點是實現(xiàn)了用更短的芯棒軋制長鋼管，芯棒的工作段長度比MPM少2～3米；芯棒總長度可縮短5米左右。芯棒可以制造成整體，兩端都加工有限動頭可以調(diào)頭使用，降低芯棒的消耗。隨著錐形輥穿孔機的普及應用，使熱軋16mn無縫鋼管的變形量前移成為可能，連軋工序的延伸可適當減小，連軋管機不用再設置7～8架就可實現(xiàn)所要求的熱軋變形了，所以在而后興建的限動芯棒連軋管機組大多采用5個機架的MINI-MPM。代表機組有包頭鋼鐵公司的180機組；鞍山鋼鐵公司的159機組；衡陽鋼管廠的273機組以及成都鋼管廠的340機組。