不銹鋼管和不銹鋼型鋼作為特殊鋼經濟斷面的鋼材,普遍地應用于石油、化工、輕工、電力、冶金、機械、船舶、航空、航天、電食品、飲料、儀器、儀表、建筑以及醫療設備等國民經濟的各個領域,是民用工業和尖端技術發展不可缺少的重要材料。我國的不銹鋼管生產起步于20世紀50年代。當時,鞍鋼無縫鋼管廠在140mm自動軋管機組上進行了不銹鋼無縫管的試制。上海第五鋼鐵廠在其所屬的上海冷拔不銹鋼管廠的一臺老式的30mm小型穿孔機上試制成功了18-8不銹鋼管,并且發明了不銹鋼管冷拔潤滑劑“牛油石灰”,生產出第一批小口徑航空用不銹鋼管。1963年,上鋼五廠又建成了“φ6mm穿孔機+冷拔冷軋機”小型不銹鋼無縫鋼管專業生產車間,并且和北京鋼鐵學院(現北京科技大學)、北京鋼鐵研究總院和本溪玻璃廠合作,通過大批量的試驗,系統地研究了18-8型不銹鋼的熱穿孔和冷拔冷軋工藝,確定了合理的工藝參數,初步奠定了具有中國特色的不銹鋼管生產工藝路線。隨后,成都無縫鋼管廠在熱皮爾格軋管機上成功地試制出大口徑的不銹鋼無縫鋼管。


 20世紀70年代初期,四川長城鋼廠一分廠(上鋼五廠支內廠)的不銹鋼管車間投產,接著大冶鋼廠、大連鋼廠、撫順鋼廠等特殊鋼的鋼管車間,以及陜西精密合金廠、上海鋼研所等國營企業先后投入不銹鋼管的生產行列,但是當時不銹鋼管的年總產量并不高,一直徘徊在5000~10000噸的水平。由于這條工藝路線解決了不銹鋼管熱穿孔頂頭的使用壽命和不銹鋼管冷軋冷拔潤滑劑兩大關鍵的技術難題,而且具有工藝裝備簡單、投資少、上馬快的優點,改革開放之后,鄉鎮企業和股份制企業異軍突起,紛紛加入到不銹鋼管的生產行列,我國的不銹鋼管生產企業一度超過200余家。1990年不銹鋼管的年總產量超過5萬噸。根據不銹鋼學會的統計,到2011年,我國不銹鋼管的年產量已經達到約42萬噸。不銹鋼管成為我國鋼材品種中發展較快的品種之一。


 20世紀50年代初,國外不銹鋼管的生產技術發生了里程碑式的轉變。由于原來應用于有色金屬管型材生產的熱擠壓工藝,在工藝潤滑劑、坯料的無氧化加熱和工模具使用壽命以及其他相關技術方面的突破性進展,特別是1941年“玻璃潤滑劑”專利許可證頒發給法國的J. Sojourner之后,熱擠壓工藝迅速地被應用于鋼的擠壓,并且很快成為不銹鋼管生產工藝的最佳選擇。1951年,世界上第一個采用“玻璃潤滑劑快速擠壓法”生產不銹鋼管的工業性生產車間在美國的巴布考克·維爾考克斯(B&W)公司建成投產之后,國際上幾乎所有生產不銹鋼管的大公司,其中包括美國的巴布考克·維爾考克斯(B&W)公司、柯蒂斯·菜特公司( Curtis Wright),英國的亨利·維金公司( Henry Wiggs Alloy)、切斯特菲爾德鋼管投資公司(T. Stainless tbes),瑞典的山特維克公司( Sandvik),奧地利的席勒爾·布雷克曼公司( Schoeller Blechman),前蘇聯的尼科波爾南方鋼管廠(Niko pol Yuzhnotrubony lube Works),日本的住友金屬( Sumitomo)、神戶制鋼(Kdbe)、山陽特鋼( Sanyo)等36家不銹鋼管生產公司,都購買了法國專利,引入“玻璃潤滑劑快速擠壓法”,取代了當時各色各樣的生產不銹鋼無縫鋼管的方法,其中也包括斜軋穿孔的方法。


 當時,我國未能引進這一項先進技術,仍然繼續應用和研究使用斜軋穿孔+冷軋冷拔工藝”生產不銹鋼無縫鋼管,并且一直襲用至今,使之成為我國的“傳統工藝”。但是多年來國內外的實踐證明,這條工藝路線本身存在著一定的局限性。首先,由于斜軋穿孔過程中的“曼內斯曼效應”,將會導致坯料中心金屬的連續性被破壞,而出現疏松或孔腔,引起鋼管的內表面缺陷,這就限制了高合金低塑性材料的生產,同時也限制了連鑄坯的應用。其次,斜軋工藝受到坯料長度的限制。過長的坯料將使穿孔坯料尾部的鉬基合金頂頭溫度過高導致鋼管內表面過熱或過燒,產生不同長度和深度的裂紋或折疊缺陷。更重要的是“傳統工藝”無法生產熱軋(熱擠壓)成品精管。正是由于上述原因,我國多年來采用傳統工藝生產不銹鋼管,導致了目前我國不銹鋼管市場中尚存在一定的產品空白。例如,一些場合采用熱軋管就可以滿足要求的,用戶無可選擇,只能采用冷軋冷拔精密管代替,造成了“以冷代熱”的不合理現象。而根據美國的資料介紹,在美國的不銹鋼管市場上,熱軋管的市場份額為67%,冷軋冷拔管僅占33%。這說明我國在不銹鋼管使用領域內仍有67%的用戶存在“以冷代熱”的不合理現象,從而增加了不銹鋼管的使用成本。另外,對于一些高合金、高性能、低塑性特殊不銹鋼管和高鎳合金管,用戶會提出必須采用擠壓坯料管,或者由于“傳統工藝”不能生產就直接從國外進口。


 采用熱擠壓工藝生產不銹鋼管,則情況就會完全不同。首先,擠壓過程中坯料所承受的變形力是三向不均勻壓縮,坯料擠壓時,變形區內不會出現導致金屬連續性破壞的不利因素。因此,擠壓工藝可以提高材料的變形能力,加工任何塑性材料的管型材。同時可以采用連鑄坯,降低供坯成本。其次,擠壓工藝可以為冷加工提供任何塑性的Ⅳ材料和任何長度的近終尺寸的毛管,生產不銹鋼、高合金以及高性能、低塑性材料的產品和各種重要用途的長管,減少冷加工道次,提高成材率,而且可以實現這類高檔次、高新產品的國產化。


 隨著我國國民經濟的迅速發展,不銹鋼管的使用領域也在不斷擴大,對不銹鋼管和高性能材料鋼管的品種、質量和數量都提出了越來越高的要求。因此,采用熱擠壓技術的工藝目標應該是:


 1. 采用連鑄供坯。特別是對于在不銹鋼管市場上占有90%以上市場份額的,大量使用的304、316、321等300系列的奧氏體不銹鋼管的生產,應實現全連鑄供坯工藝,以大幅度降低成本。


 2. 開發熱擠壓成品管。對于各種不同性能的不銹鋼,采用適當的玻璃潤滑劑,使擠壓不銹鋼管的表面質量和尺寸精度達到或超過熱軋管標準,生產熱擠壓精管。


 3. 開發高性能、高合金、低塑性、難變形材料的熱擠壓成品管。同時為冷加工提供這類合金的荒管來生產冷軋冷拔精品管,逐步實現這類高新產品的國產化。


 4. 實現現有產品質量和生產工藝的升級換代。采用熱擠壓毛管作為冷軋冷拔坯料管,消除原來斜軋穿孔毛管內表面可能出現的質量隱患。并且,采用熱擠壓的近終毛管,可減少冷加工道次,提高成材率,降低現有產品的生產成本,同時實現現有產品生產工藝和產品質量的升級換代。


 我國早期的鋼擠壓機,基本上都是從一般的水壓機經過改造而成的。如上海異型鋼管廠的1500噸擠壓機、華安機械廠的1500噸擠壓機和上鋼五廠的4000噸擠壓機等都是如此。長城鋼廠從德國引進的3150噸管棒型材擠壓機,在當時是最先進的現代化鋼擠壓設備,配備有1000立式穿(擴)孔機和24機架張力減徑機,以及不銹鋼、軸承鋼、結構鋼3條熱處理生產線。但是由于種種原因,這條先進的生產線曾一度未能投入正常生產。


 21世紀初,浙江久立集團從意大利達涅利( Danieli)公司引進了3500噸先進的現代化管棒型材擠壓機,用于專業化生產不銹鋼管,成為我國第一家采用擠壓法生產不銹鋼管的民營企業。此外,江蘇華新不銹鋼管廠采用太原通澤成套設備有限公司設計制造的3600噸擠壓機建成了不銹鋼管專業生產線。接著,寶鋼集團和太鋼集團分別從德國MS公司引進了6000噸擠壓機專業生產不銹鋼管和高合金鋼管。可見不銹鋼管的熱擠壓技術,在其生產領域內具有廣闊的發展前景。


 筆者自1965年開始接觸鋼擠壓技術工作以來,深感有關鋼擠壓技術方面書籍資料匱乏,因此在工作中特別注意積累有關擠壓鋼管方面的資料。在退休10年后,看到國內的不銹鋼管熱擠壓技術發展頗有起色,深感欣慰,驟有夢想成真之感,因此萌生將多年積累的不銹鋼熱擠壓資料編寫成書,供業內同行或有需要的朋友參考的愿望《不銹鋼管和型鋼的熱擠壓》一書首先對熱擠壓工藝進行總體介紹,然后分9章系統闡述了不銹鋼管和型鋼熱擠壓的相關知識。第1章闡述目前國內外熱擠壓鋼管工藝技術的發展狀況及其主要的應用領域。第2~4章詳細介紹國內外典型熱擠壓工藝,總結國內外在實驗室和工業條件下的相關理論和工藝試驗研究成果;著重介紹擠壓工藝參數的選擇和力學性能參數的確定,以及在各種工藝條件下擠壓表的編制;擠壓工藝玻璃潤滑劑的部分試驗成果,工業使用經驗和合理選擇;以及擠壓鋼管的主要缺陷及其形成原因分析。


 第5~7章介紹國內外特殊品種和特種材料的熱擠壓工藝,以及擠壓工模具的設計和使用Ⅵ經驗及其使用材料選擇。第8~9章著重闡述國內外鋼管和型鋼熱擠壓主輔設備的狀況及擠壓車間工藝設備的平面布置情況,并對鋼管和型鋼熱擠壓技術在各種工藝條件下應用的可能性和經濟合理性進行了分析。承蒙中國工程院院士、我國鋼管界的老專家殷國茂先生審閱書稿并提出中肯意見,令筆者受益匪淺,在此深表謝意。在本書編寫過程中,得到有關專家、技術人員和朋友的支持和幫助,如朋友何秀琴女士、王海軍先生、汪家才教授、汪云朗副教授丁啟圣教授級高工、李長穆教授級高工、羅永德教授級高工、朱誠教授級高工、殷匠教授級高工、范永革博士、蒙日昌高工、詹才俊高工及《鋼管》雜志社楊秀琴顧問處長、趙小浚社長、張瑛副社長和顏幼主任等以及冶金工業出版社的鼎力支持,特此致謝本書的出版,還得到了久立集團股份有限公司董事長周志江、華迪鋼業有限公司董事長王迪、中興能源裝備有限公司董事長仇云龍、太原通澤重工有限公司副總經理冀文生、北京天力創玻璃科技開發有公司副總經理段素杰的關心與支持,在此一并表示感謝!由于水平所限,書中不妥之處,敬請指教。