1 概 述 1907年， Pittsburgh Seamless Tube Co.进行了旨在生产热轧锅炉管的改建工作。改建之后，可生产锅炉管的规格为Φ 102mm(4″ )× 4.0～ 4.25mm× 6 000mm(20′ )。 1914年，该厂又进行了一次改建，增设了圆盘式穿孔机和扩管机，后者设在轧管机之后。 1912年， Pittsburgh Steel Products Co.决定扩建厂房，增设Φ 508mm(20″ )自动轧管机组。该机组由 1台曼式穿孔机、 1台自动轧管机、 2台扩管机或均整机、 1台定径机及冷床组成 (1)，于 1913年 8月 7日投产。 在 20世纪 20年代初，不仅出现了油井所需无缝钢管的数量剧增的趋势 (2)，而且呈现出输油输气管线向大直径管方向发展的势头。过去，人们认为在这一领域内无缝钢管无法和炉焊钢管竞争 (3)。 National Tube Co.再一次拣起 1902年在 Greenville所作的二次穿孔试验（ 4)，决定进一步挖掘其潜力，因此，该公司于 1926年在 Ellwood市的 5号机组增加了二次穿孔机。此后不久，又在 Gary厂增设了二次穿孔机。在 Ellwood市的轧管机组上，穿孔坯的尺寸为Φ 229mm× 12.7～ 19mm，二次穿孔后毛管直径为 305～ 330mm(5)。 Gary厂则通过二次穿孔，使毛管直径达到 340～ 508mm，最小壁厚为 6.35mm(6)。若要生产更大直径的毛管，则需再经三次穿孔。 National Tube Co.的 Lorain厂也在 3套无缝轧管机组 (分别建于 1926年、 1928年和 1930年 )的设计中，采用了 Gary厂的二次穿孔和三次穿孔的实践经验 (7)。在这段时间内， NationalTube Co.的 Mckeesport厂也安装了相同轧制原理的新无缝轧管机组 (8)。 和其他生产大直径钢管的厂家一样， Jones＆ Laughlin也看到石油用管采用无缝钢管的发展趋势，于 1927年在宾州 Aliquippa安装了无缝轧管机组，以生产直径为 140～ 273mm的钢管。这一机组后来采用了二次穿孔工艺，轧管直径扩大到 356mm(9)。 Youngstown sheet＆ Tube Co.的 2号轧管机组建于 1926年，机组的组成为穿孔机、周期轧管机 (2台 )、均整机和二机架定径机。该机组可生产Φ 356mm的钢管。 1930年，该公司决定在周期轧管机和均整机之间增设再加热炉和自动轧管机，周期轧管机用于开坯。 1938年，该公司对 2号机组进行了第二次改造，拆除了德国造的穿孔机和 2台周期轧管机，新安装了 2台曼式穿孔机以实现二次穿孔，管子最终在自动轧管机上精轧，新机组可生产的管子直径为 140～ 356mm(10)。 2 注 释 (A1)在 1920年以前，美国生产的无缝钢管直径在Φ 159mm以下，长度不超过 7.6m。到 1925年， National Tube Co.发明了二次穿孔工艺，之后，轧管直径扩大到 406.4mm，随后又发展了斜轧扩径工艺，轧管直径扩大到 711.2mm。 二次穿孔工艺将穿孔变形分为二个阶段。第一阶段穿孔成厚壁空心坯；第二阶段将直送 (不需再加热 )的厚壁空心坯在二次穿孔机上减壁，此时毛管的直径及长度均有所增加。二次穿孔工艺减少了在轧管机上轧管所需的功率，热轧成品管的直径可达到 406.4mm以上。 扩径工艺是将二次穿孔工艺和均整工艺相结合而发展起来的。从工艺原理、机械结构上讲，二次 穿孔机和均整机相类似。在平面布置方面，二次穿孔机处于一次穿孔机和 (自动 )轧管机之间，而斜轧扩径机则处于自动轧管机和均整机之间。这种扩径机可以一机三用，即①作一 般均整机用；②接受由自动轧管机来的管子的扩径；③对来自一次穿孔机的厚壁空心坯进行减壁、延伸，起二次穿孔机作用。在这一点上两种工艺有了交点，它们产生的时间均在20年代，前者为 Expander，后者为 Hor Expanding machine，故放在同一章节论述。 但应该指出，扩径工艺除可采用斜轧扩径机外，也可采用拉拔式扩径机。据 Meer厂资料，该厂曾在 1936年为意大利达尔明钢管厂制造 1台拉拔式热扩径机，扩径后钢管最大直径可达 813mm，长度达到 15m。此后，阿根廷、委内瑞拉和我国均安装了这种拉拔式热扩管机。 (1)匹兹堡地区于 1913～ 1914年建造的 2台扩管机 (Expander)，即 Jones＆ Laughlin Steel Corporation和 Pittsburg Steel Tube Co.各 1台。实际上它们均起均整机的作用，和后来在 20世纪 20～ 30年代发展起来的热扩管机是有区别的。 (2)1914～ 1918年的第一次世界大战，刺激了石油工业的发展，再加上天然气井的开采，以及长达 1 600km(1 000英里 )的管线管需求量，这就是 20世纪 20年代发展大直径钢管，出现二次穿孔工艺及热扩管工艺的历史背景。 (3)由于长距离输油、 输气的需要，直径为 406.4～ 762mm的大直径钢管的需要量大大增加，而在自动轧管机上又不能生产直径大于 406.4mm的管子，在这种情况下， National Tube Co.在进行数年的研究之后，制成了斜轧扩径机，解决了大直径管的生产问题。这种斜轧扩径机可以生产直径为 711mm、长度 13.7m的钢管。 (4)关于 1902年在 Greenville进行的二次穿孔试验，可参见《钢管》 2000年第 1期的《钢管史话》连载。 (5)Ellwood市的 5号机组，实际上是 NationalTube Co.的 Ellwood City， Plant A，其前身是 Stiefel创建的“ Standard Seamless Tube Co.”的 5号机组。该厂的无缝钢管生产可分为三个阶段 (截止 1926年 )： 1)1900～ 1916年，轧机的组成为斯蒂弗尔盘式穿孔机和自动轧管机，后来采用周期轧管机取代自动轧管机。 2)1916～ 1926年，采用曼式穿孔机取代斯蒂弗尔穿孔机。 3)1926年采用二次穿孔工艺以适应当时轧大直径管的要求。 (6)1925年，在 Gary厂建成投产的第一套轧管机组是发展二次穿孔、三次穿孔工艺的试验轧机。由于 Gary厂工艺试验的成功，随后在 Lorain和 Mckeesport厂安装了这样的设备。 Gary厂所使用的二次穿孔机，轧辊直径为 1 219.2mm(48″ )，用 1台 2 574kW的同步电机驱动，超载能力达 3倍，轧辊线速度达 304.8m／ min，可轧钢管的最大直径为 508mm。 (7)Lorain厂的 1号轧管机组是普通的自动轧管机组，能生产的钢管直径为 63～ 114mm； 2号轧管机组是设有二次穿孔机的自动轧管机组，可生产的钢管直径为 114～ 323mm； 3号轧管机组是配有二次穿孔机、扩管机的自动轧管机组，它采用Φ 190.5～ 330mm的管坯，可生产直径为 219～ 660mm的钢管。 3号轧管机组的设备组成为： 2台穿孔机， 1台自动轧管机， 1台斜轧扩径机， 2台均整机， 1台单机架定径机和 1台三机架定径机。当生产直径小于 355mm的钢管时，不用扩管机；当生产直径为 406～ 660mm的钢管时，自动轧管机轧出的荒管经再加热后去扩管机扩径。荒管尺寸为：直径 355mm，壁厚 13～ 15mm，长度 13m。扩径后钢管的尺寸为：最大直径 660mm，壁厚 8～ 10mm，长度 13m。 (8)Mckeesport钢管厂有 2套轧管机组，即Φ 89～ 219mm自动轧管机组 1套和配有二次穿孔机与扩管机的Φ 219～ 711mm自动轧管机组 1套。带有二次穿孔机和扩径机的自动轧管机组的基本数据如下：扩径前荒管直径 400mm，壁厚 13.9mm，长度约 13m；扩径后的钢管直径为 710mm，壁厚 7.3mm，长度 13.5m；电机容量 1 103kW× 2，转速 200～ 500 r／ min；轧辊直径 1 880mm，转速 40～ 120 r／ min；年生产能力 15万 t。表 1为轧制Φ 610mm× 8.0mm钢管的基本工艺参数。 (9)Jones＆ Laughlin钢铁公司有 2套Φ 168mm的自动轧管机，其中一套配有减径机，生产Φ 60～ 168mm的钢管，另一套配有二次穿孔机，轧制的钢管直径可达到Φ 355mm。 二次穿孔的扩径量为 30％～ 40％，延伸率为 50％～ 100％，二次穿孔后的壁厚比成品管的壁厚约厚 50％，这种情况会将一次穿孔中的缺陷扩大，甚至会出现新的缺陷。为此，应使用质量好一些的管坯。 (10)Youngstown钢管公司的做法是拆除周期轧管机，安装二次穿孔机，虽然所生产的钢管直径不变，但生产率提高了。在某种意义上讲，它与 Dalmine钢管公司在 1993年完成的改造工程的实质和形式一致，即拆除Φ 630mm大型周期轧管机而代之以 MPM＋ NRE(斜轧扩径 )工艺，生产Φ 610mm钢管。 二次穿孔和热扩管工艺(A1)——《无缝钢管百年史话》(10)@金如崧大直径无缝钢管;;二次穿孔;;热扩管;;工艺随着 20世纪 20年代初油井所需无缝钢管数量的剧增和输油输气管线向大直径管方向的发展，二次穿孔工艺和热扩管工艺得到了相应的发展。概要介绍了一些工厂采用二次穿孔机、热
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