穿孔是不銹鋼管生產(chǎn)的重要工序之一，對(duì)不銹鋼管的管坯成本、品種規(guī)格及成品質(zhì)量有很大影響。根據(jù)穿孔機(jī)的結(jié)構(gòu)和穿孔過程變形特點(diǎn)的不同，穿孔機(jī)可分為兩大類：一類為斜軋穿孔機(jī)，又根據(jù)軋輥形狀及導(dǎo)衛(wèi)裝置的不同而演變出多種類型，如曼乃斯曼穿孔機(jī)、狄塞爾穿孔機(jī)等；另一類是壓力擠孔機(jī)和推軋穿孔機(jī)（PPM穿孔機(jī)）。目前應(yīng)用最廣的是二輥斜軋穿孔機(jī)。

一、斜軋穿孔

  自1885年發(fā)明二輥斜軋穿孔機(jī)以來，斜軋穿孔至今仍是最廣泛應(yīng)用的穿孔設(shè)備。主要斜軋穿孔機(jī)的類型有：桶形輥穿孔機(jī)、狄塞爾穿孔機(jī)、錐形輥穿孔機(jī)及三輥穿孔機(jī)。

1. 桶形輥穿孔機(jī)

   二輥斜軋穿孔機(jī)由德國(guó)的曼乃斯曼（R.&M.Mannesmann)兄弟發(fā)明，經(jīng)瑞士工程師斯蒂弗爾（R.C Stiefeil)加以完善。它的工作運(yùn)動(dòng)情況如圖3-1所示，左右兩個(gè)軋輥同向旋轉(zhuǎn)，上下垂直布置的兩個(gè)導(dǎo)板固定不動(dòng)，中間一個(gè)隨動(dòng)頂頭，軋輥軸線和軋制線相交成一個(gè)傾斜角。軋輥?zhàn)笥也贾?，?dǎo)板上下布置的為臥式穿孔機(jī)，相反為立式穿孔機(jī)。二輥斜軋穿孔方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)心性好，毛管的壁厚較均勻；一次延伸系數(shù)較大，一般在1.25~4.5之間，可以直接從實(shí)心圓坯穿制成較薄的毛管。主要缺點(diǎn)是這種加工方法變形復(fù)雜，容易在毛管內(nèi)外表面產(chǎn)生和擴(kuò)大缺陷，所以對(duì)管坯質(zhì)量要求較高，一般皆采用鍛、軋坯。由于對(duì)鋼管表面質(zhì)量要求的不斷提高，合金鋼比重的不斷增長(zhǎng)，尤其是連鑄圓坯的推廣使用，現(xiàn)在這種喂入角小于13°的二輥斜軋機(jī)，已不能滿足不銹鋼管生產(chǎn)中對(duì)生產(chǎn)率和鋼管質(zhì)量的要求，因而新結(jié)構(gòu)的斜軋穿孔機(jī)相繼出現(xiàn)。

 2. 狄塞爾穿孔機(jī)

  狄塞爾穿孔機(jī)是主動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)盤二輥桶形輥斜軋穿孔機(jī)，如圖3-2所示，1972年開始見于聯(lián)邦德國(guó)，是在二輥桶形輥穿孔機(jī)基礎(chǔ)上演變而來的。軋輥上下布置，每個(gè)軋輥由單獨(dú)的主電機(jī)通過萬向連接軸直接驅(qū)動(dòng)；左右兩側(cè)的導(dǎo)板被兩主動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)盤所替代，因?qū)ПP是傳動(dòng)的，導(dǎo)盤旋轉(zhuǎn)的切線速度在變形區(qū)壓縮帶比軋輥切線速度在軋制軸線上的分量大20%~25%,給軋件施加一個(gè)軸向送進(jìn)力，以減少軋件的軸向阻力。孔喉橢圓度可調(diào)近1.0,這樣使最大延伸系數(shù)達(dá)到5.0,軸向金屬滑動(dòng)系數(shù)增加，毛管內(nèi)外表面質(zhì)量大為改善，從而提高了生產(chǎn)率，降低了單位能耗。狄塞爾穿孔機(jī)出口速度達(dá)1.2m/s,導(dǎo)盤磨損小，使用壽命長(zhǎng)，不必經(jīng)常更換，有利于作業(yè)率的提高。

  圍繞提高穿孔效率和穿孔毛管精度，進(jìn)行了一系列的技術(shù)改進(jìn)。如頂桿采用線外循環(huán)冷卻，在機(jī)架出口，向一側(cè)循環(huán)運(yùn)送冷卻，冷卻后送回穿孔軋制線，由于是線外脫出穿孔毛管送往下道工序，避免了頂桿小車的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，縮短穿孔周期，提高了效率。如機(jī)后采用多組定心抱輥，增加頂桿的穩(wěn)定性，提高壁厚精度。

3. 錐形輥穿孔機(jī)

  20世紀(jì)80年代又在狄塞爾穿孔機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了主動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)盤、大喂入角的錐形輥兩輥斜軋穿孔機(jī)，如圖3-3所示。它與狄塞爾穿孔機(jī)最大的不同是軋輥的形狀由桶形改為錐形，這種輥形對(duì)斜軋穿孔機(jī)的適應(yīng)性來說，優(yōu)于桶形輥。因?yàn)樵谶@種穿孔機(jī)上，錐形輥的直徑沿穿孔變形區(qū)是逐漸增加的，因此，在很大程度上減少管坯變形過程中的切向剪切應(yīng)力，抑制旋轉(zhuǎn)橫鍛效應(yīng)，改善了毛管內(nèi)外表面質(zhì)量，使得許多難穿的高合金鋼管坯都可以在這種軋機(jī)上順利軋制。錐形輥穿孔機(jī)穿孔效率高，有報(bào)道稱最大出口速度可達(dá)1.5m/s,有利于高生產(chǎn)率機(jī)組選用；軋輥軸線與軋制線間除了有10°左右的喂入角α外，還有一個(gè)15°左右的輾軋角γ,這樣可使該類型穿孔軸向滑動(dòng)系數(shù)達(dá)到了0.9,最大延伸系數(shù)可達(dá)6.0,在變形量的分配上，可承擔(dān)較大變形，從而減少了軋管機(jī)的變形；穿孔擴(kuò)徑量達(dá)到30%~40%,這就不僅可提供薄壁毛管，還可以減少管坯規(guī)格范圍，簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理。錐形輥穿孔機(jī)既有配備導(dǎo)盤的，也有配備導(dǎo)板的，目前已建、在建新的軋管機(jī)組上兩種配置均有使用。

 狄塞爾穿孔機(jī)和錐形輥穿孔機(jī)都是當(dāng)代廣為采用的新型穿孔機(jī)，穿孔效率高及產(chǎn)品精度高，適于連鑄坯穿孔。其中錐形輥穿孔機(jī)具有更大的發(fā)展前途。

二、壓力穿孔

  不銹鋼管坯壓力穿孔常在立式水壓機(jī)或液壓機(jī)（穿孔機(jī)）上進(jìn)行，圖3-4為壓力穿孔（也稱壓力沖孔）操作過程示意圖。壓力穿孔于1891年問世，它是將方形或多邊形鋼錠放在擠壓缸中，擠成中空杯體，延伸系數(shù)為1.0~1.1,穿孔比（空心坯長(zhǎng)度與內(nèi)徑比）不大于7~10。

  與二輥斜軋相比，這種加工方法的坯料中心處于不等軸全向壓應(yīng)力狀態(tài)，外表面承受著較大的徑向壓力，因內(nèi)、外表面在加工過程中不會(huì)產(chǎn)生缺陷，對(duì)來料沒有苛刻要求，可用于鋼錠、連鑄方坯和低塑性材料的穿孔。此法加工主要是中心變形，特別有利于鋼錠中心的粗大疏松組織致密化，雖然最大延伸系數(shù)只有1.1,但中心部分的變形效果相當(dāng)于外部加工效果的5倍。主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低，成材率低，偏心率較大。

三、對(duì)穿孔毛管的質(zhì)量要求

 1. 對(duì)穿孔工藝要求

   不銹鋼管坯穿孔是熱軋無縫鋼管生產(chǎn)中最重要的變形工序之一，它將實(shí)心的管坯變?yōu)榭招呐?，穿孔后的空心坯通常被稱作毛管。我們可以視穿孔工序?yàn)槎ㄐ凸ば?，即將軋件的橫截面定為圓環(huán)狀的工序。穿孔后毛管質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到下道工序的工藝是否能正常執(zhí)行以及最終產(chǎn)品質(zhì)量的高低。為此對(duì)穿孔工藝提出如下幾點(diǎn)要求：首先要保證穿制的毛管壁厚均勻，螺旋線較淺、橢圓度小，幾何尺寸精度高，當(dāng)毛管尺寸偏小、芯棒同毛管間隙過小時(shí)，毛管的溫降快，軋制過程中容易產(chǎn)生壁厚不均、拉凹、孔洞等缺陷；其次，毛管的內(nèi)外表面要光滑，不得有結(jié)疤、折疊、劃傷、裂紋、凹凸不平等缺陷；最后要有相應(yīng)的穿孔速度和軋制周期，以適應(yīng)整個(gè)機(jī)組的生產(chǎn)節(jié)奏，使毛管溫度比較均勻、終軋溫度能夠滿足軋管機(jī)的工藝要求。

 2. 確保毛管質(zhì)量的技術(shù)措施

 為了滿足上述工藝要求，除了確定正確的穿孔工藝參數(shù)（包括管坯加熱溫度、穿孔溫度、穿孔速度、軋輥轉(zhuǎn)速和喂入角的大小）及調(diào)整參數(shù)（輥距、導(dǎo)板／導(dǎo)盤距、頂頭前伸量）外，穿孔機(jī)組還應(yīng)用了如下技術(shù)：

   a. 穿孔機(jī)架：軋輥垂直布置，使得更換和檢查導(dǎo)盤／導(dǎo)板的時(shí)間很短，可確保毛管外表面質(zhì)量；

   b. 出口部分：頂頭／頂桿從毛管中抽出后頂頭或頂頭／頂桿的冷卻在線外進(jìn)行。設(shè)置頂頭或頂頭／頂桿線外冷卻循環(huán)系統(tǒng)，可縮短周期時(shí)間，更容易檢查、更換頂頭，另外如采用線外用回轉(zhuǎn)式冷卻裝置進(jìn)行頂桿（帶頂頭）冷卻，還可確保頂桿的直度較好，為毛管的壁厚均勻提供了保證；頂頭的循環(huán)使用，因冷卻時(shí)間充分，使冷卻效果得到保證，從而可以提高頂頭的使用壽命，確保毛管內(nèi)表面的光滑；

  c. 頂桿及毛管導(dǎo)向：有多組定心輥，第一組定心輥裝在機(jī)架內(nèi)，使其盡量靠近穿孔變形區(qū)，以減小頂頭／頂桿的懸臂長(zhǎng)度、提高頂桿的剛度，可更好地限制頂桿／頂頭及軋件在穿孔過程中的徑向抖動(dòng)，確保穿出的毛管壁厚均勻；

  d. 采用頂桿預(yù)旋轉(zhuǎn)技術(shù)，頂頭能自動(dòng)對(duì)正管坯的中心，以提高毛管頭部的壁厚精度，并可降低二次咬入時(shí)因頂頭／頂桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的阻力轉(zhuǎn)矩而發(fā)生不咬入（前卡）故障的概率。

3. 特殊的工藝要求

  為滿足連軋管工藝的特殊性，對(duì)于專供連續(xù)軋管機(jī)使用的毛管，還有兩項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)要求：一是毛管尾部的橢圓度要小，因?yàn)槊芪膊繖E圓度過大將影響軋管前穿芯棒的順利進(jìn)行，輕者刮掉芯棒表面的潤(rùn)滑劑，使軋制過程中震動(dòng)較大，降低荒管的壁厚精度和芯棒的使用壽命并損傷設(shè)備，重者芯棒可能會(huì)頂彎毛管，致使生產(chǎn)中斷，這就要求在調(diào)整時(shí)注意保證穿孔過程即將結(jié)束時(shí)，毛管尾部的歸圓效果；二是毛管尾部不得存在尾部鐮刀（非環(huán)狀連續(xù)體部分的俗稱，見圖3-5)缺陷，當(dāng)毛管尾部存在尾部鐮刀缺陷時(shí)，穿芯棒過程中容易將毛管尾部不連續(xù)的部分金屬碰掉，一旦這些溫度較低的金屬被帶到毛管中，軋制時(shí)將硌傷軋件而產(chǎn)生孔洞管，若這些較硬的金屬掉在軋輥上，將硌傷軋輥輥面而造成鋼管外表面缺陷等嚴(yán)重的質(zhì)量事故。

  如果是向限動(dòng)芯棒連續(xù)軋管機(jī)提供毛管，還須向毛管內(nèi)噴吹氮?dú)夂团鹕?，以起到去除毛管?nèi)表面的氧化鐵皮、減小芯棒與軋件間的摩擦力、防止軋制過程中抖動(dòng)的作用。其過程為：抽出頂桿后的毛管，送到吹硼砂站，由一特制的噴嘴向毛管內(nèi)部噴入硼砂和氮?dú)猓档裘軆?nèi)部的氧化鐵皮，清除原來的氧化物（硼砂使管內(nèi)壁的氧化層脫氧，高溫下的硼砂呈熔融態(tài)，均勻地附著在毛管內(nèi)表面上可起到潤(rùn)滑劑的作用，氮?dú)饽鼙３置軆?nèi)表面不再被氧化）；另外，硼砂在高溫狀態(tài)下生成霧狀氣體，充滿管內(nèi)，以防止在隨后的運(yùn)動(dòng)中空氣進(jìn)入，減少內(nèi)表面產(chǎn)生二次氧化的可能。這就要求軋管前盡量避免毛管的軸向移動(dòng)，以防止毛管內(nèi)表面產(chǎn)生二次氧化，從而確保軋制過程的穩(wěn)定和軋出荒管的質(zhì)量。

  限動(dòng)芯棒連續(xù)軋管機(jī)組是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是否能生產(chǎn)出高質(zhì)量的不銹鋼管，與毛管的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)（包括溫度的均勻性、外徑／壁厚幾何尺寸的精度、內(nèi)外表面的光滑程度等）有很大關(guān)系特別是與毛管尾部的質(zhì)量狀況（內(nèi)徑尺寸偏差和是否存在尾部鐮刀）以及為清除毛管內(nèi)表面氧化物、防止毛管內(nèi)表面二次氧化所采取的上述工藝措施的效果是密切相關(guān)的。