搜索
1《管材轧制生产》大纲1管材生产概述§1.1管材的特性及分类1.1.1钢管的特征凡是两端开口并具有中空断面，而且其长度与断面周长之比较大的钢材，都可以称为钢管。当长度与断面周长之比较较小时，可称为管段或管形配件，它们都属于管材产品的范畴。钢管是一种经济钢材，是钢铁工业中的一项重要产品，通常占全部钢材总量的10％左右，它在国民经济中的应用范围极为广泛。由于钢管具有空心断面，因而最适合作液体、气体和固体的输送管道；同时与相同重量的圆钢比较，钢管的断面系数大、抗弯抗扭强度大，而成为各种机械和建筑结构上的重要材料。用钢管制成的结构和部件，在重量相等的情况下，比实心零部件具有更大的截面模数。所以，管材本身就是一种具有节约金属的经济端面钢材，它是高效钢材的一个重要组成部分。尤其在石油钻采、冶炼和输送需用最多，其次地址钻探、化工、建筑工业、机械工业、飞机和汽车制造、以及锅炉、医疗器械、家具和自行车等方面，都需要大量的各种钢管。近年来，随着原子能、火箭、导弹和航天工业等新技术的发展，使钢管在国防工业、科学技术和经济建设中的地位愈加重要，有着工业“血管”之称。总的就用途2来说，管道用管最多，结构次之。1.1.2钢管的分类钢管的种类繁多，用途不同，则技术要求各异，生产方法亦有所不同。目前生产的钢管外径由0.1～4500毫米、壁厚为0.01～250毫米。为了区分其特点，通常按如下的方法对钢管进行分类：1)按生产方式分：钢管分为无缝管和焊管两大类，无缝钢管又可分为热轧管、冷轧管、冷拔管和挤压管等；冷拔、冷轧是钢管的二次加工；焊管分为直缝焊管和螺旋焊管等。2)按钢管的断面形状分：按横断面形状可分为园管和异形管；异形管有：矩形管、菱形管、椭圆管、六方管、八方管以及各种断面不对称管等；按纵断面形状可分为等断面管和变断面管；变断面管有锥形管、阶梯形管和周期断面管等。3)按钢管的材质分：钢管分为普通碳素钢管、炭素结构钢管、合金结构管、合金钢钢管、轴承钢管、不锈钢管以及为节省贵重金属和满足特殊要求的双金属复合管、镀层和涂层管等。4)按管端形状分：根据管端状态可分为光管和车丝管（带螺纹钢管）。车丝管又可分为普通车丝管（输送水、煤气等低压用管，采用普通圆柱或圆锥管螺纹连接）和特殊螺纹管（石油、地质钻探用管，采用特殊螺纹连接，对于重要的车丝管），对一些特殊用管，为弥补螺纹对管端强度的影响，通常在车3丝前先进行管端加厚（内加厚、外加厚或内外加厚）。5)按外径（D）和壁厚（S）之比（D/S）的不同将钢管分为特厚管（D/S≤10）、厚壁管（D/S＝10～20）、薄壁管（D/S＝20～40）和极薄壁管（D/S≥40）。6)按用途分：油井管（套管、油管及钻杆等）、管线管、锅炉管、机械结构管、液压支柱管、气瓶管、地质管、化工用管（高压化肥管、石油裂化管）、船舶用管等。§1.2管材的生产方法钢管主要生产方法有热轧（包括挤压和顶管）、焊接和冷加工三大类。冷加工是钢管的二次加工。1.2.1热轧无缝钢管热轧无缝钢管生产过程是将实心管坯（或钢锭）穿孔并轧制成具有要求的形状、尺寸和性能的钢管。整个过程有三个主要变形工序：1）穿孔——将实心坯（锭）穿轧成空心毛管；2）轧管——将毛管轧成接近要求尺寸的荒管；3）定减径——将荒管不带芯棒轧制成具有要求的尺寸精度和真圆度的成品管。生产中，按产品品种、规格和生产能力等条件不同而选择不同类型的轧管机。由于不同类型的轧管机轧管时轧件的运动学条件、应力状态条件、道次变形量、总变形量和生产率等有所不同，因此必须为它配备在变形量和生产率方面都匹配的穿孔机和其他前后工序的设备。这样一来，不同的轧管机相应构成了不同的轧管机组。热轧无4缝钢管的生产方法就是以机组中轧管机类型分类的，目前常用的热轧无缝钢管生产方法见表1－1。一个机组的具体名称以该机组品种规格和轧管机类型来表示，如168连轧管机组就是指其产品的最大外径为168mm左右的、轧管机为连轧管机的机组。钢管热挤压机组用挤压机的最大技压力（吨位）或产品规格范围来表示其型号。表1－1常用热轧无缝钢管生产方生产方法原料（管坯）主要变形工序用设备产品范围穿孔轧管外径（D）（mm）壁厚(S)（mm）D/S荒管最大长度（m）自动轧管机组园轧坯二辊式斜轧穿孔机桶形辊或锥形辊自动轧管机（plugmill）12.7～4262～606～4810～16连铸园坯连铸方坯推轧穿孔机（PPM）和延伸机165～4065.5～40连轧管机组园轧坯二辊式斜轧穿孔机桶形辊或锥形辊浮动、半浮动和限动（MPM、PQF）16～1941.75～25.46～3020～33连铸园坯连铸方坯推轧穿孔机（PPM）和延伸机限动（MPM）48～4263～406～40三辊轧管机组园轧坯连铸坯二辊斜轧或三辊斜轧三辊轧管机（ASSEL）21～2502～504～408～13.5皮尔格轧机组园锭二辊斜轧穿孔皮尔格轧机50～7203～1704～4016～28方锭或多棱锭压力穿孔和斜轧延伸连铸管坯顶管机组方坯压力穿孔和斜轧延伸顶管机17～14003～2504～3014～16园坯斜轧穿孔热挤压机组园锭、方锭或多棱锭压力穿孔或钻孔后压力穿孔挤压机25～14252～4～25～251.2.2焊管焊接钢管的生产方法是将管坯（钢板或钢带）用各种成型方法5弯卷成要求的横断面形状，然后用不同的焊接方法将焊缝焊合的过程。成型和焊接是其基本工序，焊管生产方法就是按这两个工序的特点来分类的。连续直缝焊主要使用有ERW和高频焊两种方法；UOE法及JCOE法是生产大口径直缝电焊的主要方法，为非连续的；另外还有螺旋焊，主要是当年钢板宽度受限制时为生产大口机管而采取的方法。1.2.3冷加工钢管钢管冷加工方法有冷轧、冷拔和冷旋压三种，其产品范围见表1－2。冷旋压本质上也是冷轧。冷轧机和冷旋压机的规格用其产品规格和轧机型式表示；冷拔机规格用其允许的额定拔制力来表示。如LG-150表示成品外径最大为150mm的二辊周期式冷轧管机；LD-30表示成品外径最大为30mm的多辊式冷轧管机；LB-100表示拔制力额定值为100顿的冷拔管机。表1－2目前钢管冷加工的产品规格范围冷加工方法产品范围外径D，mm壁厚S，mmD/S最大最小最大最小冷轧500.04.060.00.0460～250冷拔762.00.120.00.012～2000冷旋压4500.01038.10.04可达12000以上§1.3管材的技术要求及发展趋势1.3.1钢管的技术要求1.3.1.1钢管生产的技术依据钢管的产品标准是现场组织钢管生产的技术依据，是钢管产品的考核标准，也是供需双方在现有生产水平下所能达到的一种技术协议。一般国家和行业标准规定的内容如下：1）品种，即钢管产品的规格标准。规定了各种钢管产品应具有的断面形状，单重，几何尺寸及其允许偏差等。62）技术条件，即钢管产品的质量标准（或性能标准）。规定了钢管产品的化学成分、机械性能、工艺性能、表面质量以及其他特殊要求。3）验收规规则和试验方法，即钢管产品的检验标准。规定了检查验收的规则和做试验时的取样部位。同时还规定了试样的形状尺寸、试验条件及试验方法。4）包装、标志和质量证明书，即钢管产品的交货标准。规定了成品管交货验收时的包装要求、标志方法及填写质量证明书等。有些专用钢管需要按照国际或国外先进标准组织生产，如石油专用管（如套管、油管、钻杆和管线管等）按照API标准，锅炉管按照ASME标准等。1.3.1.2对钢管的尺寸偏差的要求根据国标GB/T17395《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》对尺寸偏差的要求，可分为标准化和非标准化两种，四个等级。表1外径允许偏差标准化外径允许偏差偏差等级外径允许偏差D1±1.5%，最小±0.75mmD2±1.0%，最小±0.50mmD3±0.75%，最小±0.30mmD4±0.50%，最小±0.10mm非标准化外径允许偏差偏差等级外径允许偏差，%ND1+1.25-1.50ND2±1.25ND3+1.25-1.0ND4±0.87表2壁厚允许偏差标准化壁厚允许偏差偏差等级壁厚允许偏差S/D0.1S/D0.05S/D≤0.10.025S/D≤0.05S/D≤0.025S1±15%，最小±0.6mmS2A±12.5%，最小±0.4mmB+正偏差取决于重量要求-12.5%S3A±10%，最小±0.2mmB±10%±12.5%，最小±0.4mm±15%C+正偏差取决于重量要求-10%S4A±7.5%，最小±0.15mmB±7.5%±10%±12.5%±15%S5±5%，最小±0.10mm非标准化壁厚允许偏差偏差等级壁厚允许偏差，%NS1+15-12.5NS2+15-10NS3+12.5-10NS4+12.5-7.5注：S是钢管公称壁厚，D是钢管公称外径。1.3.1.3对钢管的长度要求根据国标GB/T17395《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》对钢管的长度要求，可分通常长度、定尺长度和倍尺长度。1）通常长度：钢管一般长度以通常长度交货。通常长度应符合以下规定：热轧管：3000~12000mm冷轧管：2000~10500mm热轧短尺管的长度不小于2m，冷轧短尺管的长度不小于１m。2）定尺长度和倍尺长度：定尺长度和倍尺长度应在通常长度范围内，全长允许偏差分为三级．每个倍尺长度按以下规定留出切口余量：外径≤159mm：5~10mm;外径159mm：5~10mm．表3全长允许偏差全长允许偏差等级全长允许偏差，mmL10～20L20～10L30～581.3.1.4外形根据国标GB/T17395《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》对钢管外形尺寸的要求，包括弯曲度、椭圆度。1）弯曲度钢管的弯曲度分为全长弯曲度和每米弯曲度两种。a.对钢管全长测得的弯曲度称为全长弯曲度，全长弯曲度分为5级。表4全长弯曲度弯曲度等级全长弯曲度，%不大于E10.20E20.15E30.10E40.08E50.06b.每米弯曲度对钢管每米长度测得的弯曲度称为每米弯曲度，每米弯曲度分为5级表5每米弯曲度弯曲度等级每米弯曲度，mm/m不大于F13.0F22.0F31.5F41.0F50.52)椭圆度钢管的椭圆度分为4级表6钢管的椭圆度椭圆度等级椭圆度不大于外径允许偏差，%NR180NR270NR360NR4501.3.1.5重量根据国标GB/T17395《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》对钢管重量的要求，钢管按实际重量交货，也可按照理论重量交货。实际重量交货可分为单根重量或每批重量两种。钢管每米的理论重量按下面的公式计算：W=0.003.1416ρ（D-S）式中：W--钢管的理论重量，kg/m；ρ—钢的密度，kg/dm3；D—钢管的公称外径，mm；S--钢管的公称壁厚，mm。1)按照理论重量交货的钢管，单根钢管理论重量与实际重量的允许偏差分为5级。9表6重量允许偏差重量允许偏差等级单根钢管重量允许偏差，%W1±10W2±7.5W3+10-5W4+10-3.5W5+6.5-3.52)按理论重量交货的钢管，每批不小于10吨钢管的理论重量与实际重量允许偏差为±7.5%或±5%。1.3.1..6不同用途的钢管应各有什么样的技术条件通常，按照钢管的用途及其工作条件的不同，应对钢管尺寸的允许偏差、表面质量、化学成分、机械性能、工艺性能及其他特殊性能等提出不同的技术条件。一般无缝钢管用作输送水、气、油等各种流体管道和制造各种结构零件时，应对其机械性能如抗拉强度、屈服强度和伸长率作抽样试验。输送管一般在承压的条件下工作，还要求做水压试验和扩口、压扁、卷边等工艺性能试验。对于大型长输原油、成品油、天然气管线用钢管更是增加了碳当量、焊接性能、低温冲击韧性、苛刻腐蚀条件下应力腐蚀、腐蚀疲劳及腐蚀环境下强度等要求。普通锅炉管用于制造各种结构锅炉的过热蒸汽管和沸水管。高压锅炉管用于高压或超高压锅炉的过热蒸汽管、热交换器和用于高压设备的管道。上述热工设备用钢管都在不同的高温高压的条件工作，应保证良好的表面状态、机械性能和工艺性能。一般均要检验其机械性能，做压扁和水压试验，高压锅炉管还要求做有关晶粒度的检验以及更严格的