不锈钢管和不锈钢型钢作为特殊钢经济断面的钢材,普遍地应用于石油、化工、轻工、电力、冶金、机械、船舶、航空、航天、电食品、饮料、仪器、仪表、建筑以及医疗设备等国民经济的各个领域,是民用工业和尖端技术发展不可缺少的重要材料。我国的不锈钢管生产起步于20世纪50年代。当时,鞍钢无缝钢管厂在140mm自动轧管机组上进行了不锈钢无缝管的试制。上海第五钢铁厂在其所属的上海冷拔不锈钢管厂的一台老式的30mm小型穿孔机上试制成功了18-8不锈钢管,并且发明了不锈钢管冷拔润滑剂“牛油石灰”,生产出第一批小口径航空用不锈钢管。1963年,上钢五厂又建成了“φ6mm穿孔机+冷拔冷轧机”小型不锈钢无缝钢管专业生产车间,并且和北京钢铁学院(现北京科技大学)、北京钢铁研究总院和本溪玻璃厂合作,通过大批量的试验,系统地研究了18-8型不锈钢的热穿孔和冷拔冷轧工艺,确定了合理的工艺参数,初步奠定了具有中国特色的不锈钢管生产工艺路线。随后,成都无缝钢管厂在热皮尔格轧管机上成功地试制出大口径的不锈钢无缝钢管。


 20世纪70年代初期,四川长城钢厂一分厂(上钢五厂支内厂)的不锈钢管车间投产,接着大冶钢厂、大连钢厂、抚顺钢厂等特殊钢的钢管车间,以及陕西精密合金厂、上海钢研所等国营企业先后投入不锈钢管的生产行列,但是当时不锈钢管的年总产量并不高,一直徘徊在5000~10000吨的水平。由于这条工艺路线解决了不锈钢管热穿孔顶头的使用寿命和不锈钢管冷轧冷拔润滑剂两大关键的技术难题,而且具有工艺装备简单、投资少、上马快的优点,改革开放之后,乡镇企业和股份制企业异军突起,纷纷加入到不锈钢管的生产行列,我国的不锈钢管生产企业一度超过200余家。1990年不锈钢管的年总产量超过5万吨。根据不锈钢学会的统计,到2011年,我国不锈钢管的年产量已经达到约42万吨。不锈钢管成为我国钢材品种中发展较快的品种之一。


 20世纪50年代初,国外不锈钢管的生产技术发生了里程碑式的转变。由于原来应用于有色金属管型材生产的热挤压工艺,在工艺润滑剂、坯料的无氧化加热和工模具使用寿命以及其他相关技术方面的突破性进展,特别是1941年“玻璃润滑剂”专利许可证颁发给法国的J. Sojourner之后,热挤压工艺迅速地被应用于钢的挤压,并且很快成为不锈钢管生产工艺的最佳选择。1951年,世界上第一个采用“玻璃润滑剂快速挤压法”生产不锈钢管的工业性生产车间在美国的巴布考克·维尔考克斯(B&W)公司建成投产之后,国际上几乎所有生产不锈钢管的大公司,其中包括美国的巴布考克·维尔考克斯(B&W)公司、柯蒂斯·菜特公司( Curtis Wright),英国的亨利·维金公司( Henry Wiggs Alloy)、切斯特菲尔德钢管投资公司(T. Stainless tbes),瑞典的山特维克公司( Sandvik),奥地利的席勒尔·布雷克曼公司( Schoeller Blechman),前苏联的尼科波尔南方钢管厂(Niko pol Yuzhnotrubony lube Works),日本的住友金属( Sumitomo)、神户制钢(Kdbe)、山阳特钢( Sanyo)等36家不锈钢管生产公司,都购买了法国专利,引入“玻璃润滑剂快速挤压法”,取代了当时各色各样的生产不锈钢无缝钢管的方法,其中也包括斜轧穿孔的方法。


 当时,我国未能引进这一项先进技术,仍然继续应用和研究使用斜轧穿孔+冷轧冷拔工艺”生产不锈钢无缝钢管,并且一直袭用至今,使之成为我国的“传统工艺”。但是多年来国内外的实践证明,这条工艺路线本身存在着一定的局限性。首先,由于斜轧穿孔过程中的“曼内斯曼效应”,将会导致坯料中心金属的连续性被破坏,而出现疏松或孔腔,引起钢管的内表面缺陷,这就限制了高合金低塑性材料的生产,同时也限制了连铸坯的应用。其次,斜轧工艺受到坯料长度的限制。过长的坯料将使穿孔坯料尾部的钼基合金顶头温度过高导致钢管内表面过热或过烧,产生不同长度和深度的裂纹或折叠缺陷。更重要的是“传统工艺”无法生产热轧(热挤压)成品精管。正是由于上述原因,我国多年来采用传统工艺生产不锈钢管,导致了目前我国不锈钢管市场中尚存在一定的产品空白。例如,一些场合采用热轧管就可以满足要求的,用户无可选择,只能采用冷轧冷拔精密管代替,造成了“以冷代热”的不合理现象。而根据美国的资料介绍,在美国的不锈钢管市场上,热轧管的市场份额为67%,冷轧冷拔管仅占33%。这说明我国在不锈钢管使用领域内仍有67%的用户存在“以冷代热”的不合理现象,从而增加了不锈钢管的使用成本。另外,对于一些高合金、高性能、低塑性特殊不锈钢管和高镍合金管,用户会提出必须采用挤压坯料管,或者由于“传统工艺”不能生产就直接从国外进口。


 采用热挤压工艺生产不锈钢管,则情况就会完全不同。首先,挤压过程中坯料所承受的变形力是三向不均匀压缩,坯料挤压时,变形区内不会出现导致金属连续性破坏的不利因素。因此,挤压工艺可以提高材料的变形能力,加工任何塑性材料的管型材。同时可以采用连铸坯,降低供坯成本。其次,挤压工艺可以为冷加工提供任何塑性的Ⅳ材料和任何长度的近终尺寸的毛管,生产不锈钢、高合金以及高性能、低塑性材料的产品和各种重要用途的长管,减少冷加工道次,提高成材率,而且可以实现这类高档次、高新产品的国产化。


 随着我国国民经济的迅速发展,不锈钢管的使用领域也在不断扩大,对不锈钢管和高性能材料钢管的品种、质量和数量都提出了越来越高的要求。因此,采用热挤压技术的工艺目标应该是:


 1. 采用连铸供坯。特别是对于在不锈钢管市场上占有90%以上市场份额的,大量使用的304、316、321等300系列的奥氏体不锈钢管的生产,应实现全连铸供坯工艺,以大幅度降低成本。


 2. 开发热挤压成品管。对于各种不同性能的不锈钢,采用适当的玻璃润滑剂,使挤压不锈钢管的表面质量和尺寸精度达到或超过热轧管标准,生产热挤压精管。


 3. 开发高性能、高合金、低塑性、难变形材料的热挤压成品管。同时为冷加工提供这类合金的荒管来生产冷轧冷拔精品管,逐步实现这类高新产品的国产化。


 4. 实现现有产品质量和生产工艺的升级换代。采用热挤压毛管作为冷轧冷拔坯料管,消除原来斜轧穿孔毛管内表面可能出现的质量隐患。并且,采用热挤压的近终毛管,可减少冷加工道次,提高成材率,降低现有产品的生产成本,同时实现现有产品生产工艺和产品质量的升级换代。


 我国早期的钢挤压机,基本上都是从一般的水压机经过改造而成的。如上海异型钢管厂的1500吨挤压机、华安机械厂的1500吨挤压机和上钢五厂的4000吨挤压机等都是如此。长城钢厂从德国引进的3150吨管棒型材挤压机,在当时是最先进的现代化钢挤压设备,配备有1000立式穿(扩)孔机和24机架张力减径机,以及不锈钢、轴承钢、结构钢3条热处理生产线。但是由于种种原因,这条先进的生产线曾一度未能投入正常生产。


 21世纪初,浙江久立集团从意大利达涅利( Danieli)公司引进了3500吨先进的现代化管棒型材挤压机,用于专业化生产不锈钢管,成为我国第一家采用挤压法生产不锈钢管的民营企业。此外,江苏华新不锈钢管厂采用太原通泽成套设备有限公司设计制造的3600吨挤压机建成了不锈钢管专业生产线。接着,宝钢集团和太钢集团分别从德国MS公司引进了6000吨挤压机专业生产不锈钢管和高合金钢管。可见不锈钢管的热挤压技术,在其生产领域内具有广阔的发展前景。


 笔者自1965年开始接触钢挤压技术工作以来,深感有关钢挤压技术方面书籍资料匮乏,因此在工作中特别注意积累有关挤压钢管方面的资料。在退休10年后,看到国内的不锈钢管热挤压技术发展颇有起色,深感欣慰,骤有梦想成真之感,因此萌生将多年积累的不锈钢热挤压资料编写成书,供业内同行或有需要的朋友参考的愿望《不锈钢管和型钢的热挤压》一书首先对热挤压工艺进行总体介绍,然后分9章系统阐述了不锈钢管和型钢热挤压的相关知识。第1章阐述目前国内外热挤压钢管工艺技术的发展状况及其主要的应用领域。第2~4章详细介绍国内外典型热挤压工艺,总结国内外在实验室和工业条件下的相关理论和工艺试验研究成果;着重介绍挤压工艺参数的选择和力学性能参数的确定,以及在各种工艺条件下挤压表的编制;挤压工艺玻璃润滑剂的部分试验成果,工业使用经验和合理选择;以及挤压钢管的主要缺陷及其形成原因分析。


 第5~7章介绍国内外特殊品种和特种材料的热挤压工艺,以及挤压工模具的设计和使用Ⅵ经验及其使用材料选择。第8~9章着重阐述国内外钢管和型钢热挤压主辅设备的状况及挤压车间工艺设备的平面布置情况,并对钢管和型钢热挤压技术在各种工艺条件下应用的可能性和经济合理性进行了分析。承蒙中国工程院院士、我国钢管界的老专家殷国茂先生审阅书稿并提出中肯意见,令笔者受益匪浅,在此深表谢意。在本书编写过程中,得到有关专家、技术人员和朋友的支持和帮助,如朋友何秀琴女士、王海军先生、汪家才教授、汪云朗副教授丁启圣教授级高工、李长穆教授级高工、罗永德教授级高工、朱诚教授级高工、殷匠教授级高工、范永革博士、蒙日昌高工、詹才俊高工及《钢管》杂志社杨秀琴顾问处长、赵小浚社长、张瑛副社长和颜幼主任等以及冶金工业出版社的鼎力支持,特此致谢本书的出版,还得到了久立集团股份有限公司董事长周志江、华迪钢业有限公司董事长王迪、中兴能源装备有限公司董事长仇云龙、太原通泽重工有限公司副总经理冀文生、北京天力创玻璃科技开发有公司副总经理段素杰的关心与支持,在此一并表示感谢!由于水平所限,书中不妥之处,敬请指教。