不锈钢管的生产过程中,坯料的成本占成品总成本的70%以上。因此,选用低工艺成本的管坯就成为降低产品总成本、提高市场竞争力的关键。根据材料的性能以及其加工工艺的不同,用于生产不锈钢管的挤压坯料一般有以下几种选择:轧坯、锻坯、连铸坯、模铸坯、离心浇注空心坯等。其中,轧坯和连铸圆坯一般用于生产批量大、普通牌号钢种的管坯,而锻坯、模铸坯以及离心浇注空心圆坯则用作生产批量小、大直径或难变形高合金的管坯。


1. 轧坯


  由于轧坯具有产量高、质量好的优点,并且其综合指标令人满意,因而成为中小型挤压机应用最为广泛的挤压坯料。但是,由于轧制加工时,在变形金属内部的应力状态条件不能适应高合金和低塑性材料产品加工的要求,并且对大挤压力的挤压机需要采用大型的专用开坯机供坯,而导致相对高的坯料加工成本。因此,限制了轧坯在高合金材料和大尺寸挤压坯料方面的应用。通常碳素钢、低合金钢以及合金钢和轴承钢的挤压都采用轧坯。


2. 锻坯


  坯料在锻压工艺加工过程中,变形金属具有较轧制工艺更好的应力状态条件,其铸态组织得到充分的破碎,坯料中心组织较致密,有利于改善挤压制品的内在质量。一般对于材料塑性较低和生产批量不大,不宜用轧制方法供坯的情况下,可以采用锻压工艺供坯。但是,与轧制工艺相比较,锻压工艺的生产效率比较低,且坯料加工之后表面比较粗糙,需要进行剥皮加工之后才能进行挤压,因而降低了产品的成材率,提高了坯料的加工成本。因此,锻坯一般只在生产高合金材料和大尺寸的挤压坯料方面得到了比较普遍的应用。


3. 模铸坯


  用于挤压钢管和型钢的模铸坯包括模铸圆坯、模铸方坯、模铸多角锭、离心浇铸空心坯以及电渣重熔的高合金坯等。采用铸坯挤压的最大好处是简化了挤压的供坯工艺,并大幅度地降低了挤压供坯的加工成本。但铸坯不宜用作挤压型材的坯料,因为铸锭的缩孔和中心疏松将引起产品的内部缺陷,并在整个挤压长度上造成尺寸不一致。


 由于挤压工艺所具有的最佳变形应力状态提高了材料的变形能力, 使挤压过程能够达到材料的最大一次变形量(理论上挤压比可以达到200), 并且,挤压前采用了具有镦粗功能的立式穿孔机,十分有利于铸坯的压力加工。 经挤压变形后的制品内部粗晶组织得到充分的破碎,质量得到改善。因此, 采用铸坯挤压的钢管,其力学性能不亚于轧坯。


 挤压铸坯在大口径钢管的生产和低塑性、难变形材料的预加工作业中得到了普遍的应用。并且,也为高速钢和球墨铸铁制品的生产提供了可能。 日本1957年开始在生产轴承钢管时,成功地使用了铸坯。 


4. 连铸坯


   连铸坯的应用简 连铸工艺包括水平连铸和弧形连铸、实心连铸和空心连铸。 连铸坯的应用简化了挤压的供坯条件,降低了挤压坯料的加工成本,实现了挤压工艺过程的 “短流程”。 


  根据国外资料报道,采用连铸管坯比采用模铸轧坯的材料利用率提高 10%~20%, 能源费用节省40%~50%.法国的资料报道,采用连铸管坯代替锻轧管坯后,金属收得率提高17%,劳动力减少60%,吨钢节能1.25×1016kJ, 总的加工时间减少25%,成本低40~50美元/吨。


  近40~50年来,在不锈钢生产的领域,由于炼钢、精炼和连铸工艺技术的发展,尤其是最新电子技术和自动化控制技术在连铸工艺中的应用,如中间包加热技术、结晶器电动缸非正弦振动技术、结晶器及二冷段的联合电磁搅拌 技术、结晶器液面自动控制技术以及在中间包内设置钢液液场的控制技术 (使中间包的热力学物理与化学因素达到最佳水平),使连铸坯的质量得到了 很大的提高。     


 同时,也由于挤压工艺的最大特点是提高了加工材料自身的变形能力,从而为连铸坯在挤压产品中的应用提供了极为有利的条件。目前,国外不少知名的钢管厂都已普遍采用连铸坯来生产不锈钢无缝钢管,如瑞典的山特维克公司的3台 挤压机,挤压力分别为12.5MN、17MN和34MN,分别采用不同规格的不锈钢连铸坯生产规格为Φ>15mm、ф<140mm和ф≤254mm的不锈钢管。据资料介绍,该公司生产的连铸管坯有50%为自用外,另有50%供应欧洲市场,其连铸坯的最大规格为ф320mm。 


 另外,美国的Amerex挤压不锈钢管和型材公司在25MN挤压机上,采用不锈钢连铸圆坯挤压Φ60.3~152.4mm的不锈钢无缝钢管和外接圆直径为 19.1~165.1mm的不锈钢型材。据介绍,其采用不锈钢连铸坯挤压不锈钢管时没有问题,而在挤压异型材时会出现部分金属流动不均现象, 导致型材 断面缺陷和扭曲。这可能与连铸坯的组织不均或模具设计断面变形不均衡有关。


 目前,普遍认为,对于占有不锈钢无缝钢管市场总量中90%以上市场份额 的ASTM304、316、321等300系列的奥氏体不锈钢无缝钢管的热挤压生产,采用连铸坯是挤压供坯的最佳选择。 另外,据有关资料报道,采用连铸坯挤压的钢管,其性能指标并不亚于锻轧坯挤压管。连铸坯和轧坯挤压钢管的性能比较见表2-1。


表2-1.jpg


 碳素钢的连铸坯经清除表面缺陷和喷丸去除氧化铁皮后即可使用,合金钢和不锈钢则需要进行剥皮后使用。近年来采用方坯和多角形连铸坯进行挤压,产品的力学性能和表面质量良好,大大降低了生产成本。