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1、1.1钢管的分类 钢管成形理论及工艺1.1 概论v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，称为钢管。 v有着工业“血管”之称 v目前生产的钢管外径由0.14500毫米、壁厚 为0.01250毫米。钢管分类（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；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圆管和异形管，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
2、为普通碳素钢管、碳素结构钢管、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）分：根据不同的比值，将钢管分为特厚管（ D/S10）、厚壁管（D/S1020）、薄壁管（D/S
3、2040）和极薄壁管（ D/S40）。（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钢管的技术要求1 钢管生产的技术依据国家和行业标准规定的内容如下： v （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，如表1-1、1-2所 示。 v （2）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、力学性能、工艺性能、表面质量以及其他特 殊要求。 v （3）验收规则和试验方法，即钢管产品的检验标准。规定了检查 验收
4、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。 v （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。1.2钢管的技术要求2 对钢管尺寸偏差的要求标准化和非标准化两种，分别有四个等级 3 对钢管的长度要求（1）通常长度：钢管一般长度以通常长度交货，通常长度应符合规定 ，热轧管为300012000mm；冷轧管为200010500mm ；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；每个倍尺长度按规定留
5、出切口余量：当 外径159mm时，切口余量为510mm，当外径 159mm 时，切口余量为510mm。1.2钢管的技术要求4外形 v （1）弯曲度 1）全长弯曲度：对钢管全长测得的弯曲度，全长弯曲度分为5级 2）每米弯曲度:对钢管每米长度测得的弯曲度，每米弯曲度分为5级 v （2）椭圆度 钢管的椭圆度分为4级， 5重量v 钢管按实际重量交货，也可按照理论重量交货。 v 实际重量交货可分为单根重量或每批重量两种。1.2钢管的技术要求v钢管每米的理论重量按下面的公式计算：W= 0.003.1416（D-S） 式中：W钢管的理论重量，kg/m；钢的密度，kg/dm3 ；D钢管的公称外径 ，mm；S钢
6、管的公称壁厚，mm。 v （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 v （2）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%。1.2钢管的技术要求6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、力学性能、工艺 性能及其他特殊性能等提出不同的技术条件。 （1）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，应对其力学性能如抗拉强度 、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
7、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。1.2钢管的技术要求（2）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、力学性能 和工艺性能。一般均要检验其力学性能，做压扁 和水压试验，高压锅炉管还要求做有关晶粒度的 检验以及更严格的无损检测。1.2钢管的技术要求（3）机械用无缝钢管：根据用途要求须有较高的尺寸精 度、良好的力学性能和表面状态。如
8、轴承管要求较高的 耐磨性、组织均匀和严格的内、外径公差。除做一般的 力学性能检验项目外，还要做低倍、断口、退火组织（ 球化组织、网状光、带状），非金属夹杂物（氧化物、 硫化物、点状等）、脱碳层及其硬度指标等试验。（4）化肥工业用高压无缝钢管：常在压力为2200 3200Mpa、工作温度为-40400和腐蚀性的环 境下输送化工介质（如合成氨、甲醇、尿素等）。化肥 工业用高压无缝钢管应具有较强的抗腐蚀性能、良好的 表面状态和力学性能。除做力学性能、压扁和水压试验 外，应根据不同的钢种作相应的晶间腐蚀试验、晶粒度 和更严格的无损检测。1.2钢管的技术要求（5）石油、地质钻探用钢管：在高压、交变应力、
9、腐蚀 性的恶劣环境下工作，故应有高的强度级别，并能抗磨 、抗扭和耐腐蚀等性能。按照钢级的不同应做抗拉强度 、屈服强度、伸长率、冲击韧性及硬度等试验。对于石 油油井用的套管、油管和钻杆，更是详细划分了钢级、 类别，以及适用于不同环境、地质情况由用户自己选择 的较高要求的附加技术条件，满足不同的特殊需求。（6）化工、石油裂化、航空和其他机械行业用的各种不 锈耐热耐酸管：除做力学性能与水压试验外，还要专门 作晶间腐蚀试验，压扁、扩口及无损检测等试验。1.3 钢管的主要生产方法钢管主要生产方法有热轧（包括挤压）、焊接和 冷加工三大类。冷加工是钢管的二次加工。热轧无缝钢管生产过程是将实心管坯（或钢锭）穿
10、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。1.3 钢管的主要生产方法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。 钢管冷加工方法有冷轧、冷拔和冷旋压三种。冷 旋压本质上也是冷轧。冷轧机和冷旋压机的规格
11、 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。1.3 钢管的主要生产方法无缝钢管钢管生产中的热轧和冷轧一般以其所能生 产的规格品种以及延伸机的类型表示机组的名称： 包钢400mm自动轧管机组表示其产品的最大外径在400mm左右，采 用自动轧管机轧管的机组 宝钢140mm连轧管机组表示为其产品的最大外径为140mm，采用连 轧管机进行轧管的机组。 冷拔则以其允许的拔制力命名机组： LB-1000表示拔制力的额定值为1000KN的冷拔管机 焊管生产一般以其所能生产的最大产品直径表示机 组名称： 首钢114mm焊管机组表示其产品所谓最大外径为114mm左右的焊管 机组，有时在
12、机组名称之前也加上成形方式（如直缝、螺旋、UOE等） 和焊接方式（电焊、炉焊等）1.4 钢管的生产发展趋势生产过程向短流程、近终成形方向发展； 对管材产品要求 总的趋势是优质、价廉、高效、 低耗2热轧无缝钢管生产-概述生产工艺流程包括坯料轧前准备、管坯加热、穿孔、 轧制、定减径和钢管冷却、精整等几个基本工序 主要变形工序有三个：穿孔、轧管和定减径，其各自 的工艺目的和要求为： （1）穿孔将实心的管坯变为空心的毛管，既将轧件断面定为圆环状；其 设备被称为穿孔机。对穿孔工艺的要求是：首先要保证穿出 的毛管壁厚均匀，椭圆度小，几何尺寸精度高；其次是毛管 的内外表面要较光滑，不得有结疤、折叠、裂纹等缺
13、陷；第 三是要有相应的穿孔速度和轧制周期，以适应整个机组的生 产节奏，使毛管的终轧温度能满足轧管机的要求。2热轧无缝钢管生产-概述（2）轧管将厚壁的毛管变为薄壁（接近成品壁厚）的荒管，即根据 后续的工序减径量和经验公式确定本工序荒管的壁厚值 ；该设备被称为轧管机。对轧管工艺的要求是：第一是 将厚壁毛管变成薄壁荒管（减壁延伸）时首先要保证荒 管具有较高的壁厚均匀度；其次荒管具有良好的内外表 面质量。 （3）定减径（包括张力减径）大圆变小圆，简称定径；相应的设备为定（减）径机。对 定减径工艺的要求是：首先在一定的总减径率和较小的 单机架减径率条件下来达到定径目的，第二可实现使用 一种规格管坯生产多
14、种规格成品管的任务，第三还可进 一步改善钢管的外表面质量。2.1管坯准备管坯类型 无缝钢管用钢按制造方法、化学成分、用途、力 学性能、质量和成型方法等进行分类。 （1）按照使用方法，钢可分为制造机械零件和结构用钢 、石油地质钻探用钢、制造各类工具用的碳素钢和合金 工具钢、特殊性能钢（不锈钢、耐热钢、耐酸钢、低温 用钢等）。 （2）按照冶炼方法，钢可分为电炉炼钢、平炉钢、吹氧 转炉钢等。 （3）按照化学成分，钢可分为碳钢和合金钢两大类。 （4）按照浇注方法，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静 钢。2.1管坯准备（5）管坯类型按照成形方法分为： 1）钢锭 2）连铸方坯 3）连铸圆坯：是目前国际上无缝钢
15、管生产中应用较多的 坯料，是钢管发展的主流，是钢管实现连铸连轧的首要 条件。 4）锻坯：用于穿孔性能较差的合金钢与高合金钢管的生 产2.2管坯加热将坯料加热到一定的温度范围对于保证其穿孔性能 是至关 紧要。保证加热温度在规定范围内，同时沿管坯纵向和横向加 热均匀，否则穿孔时易造成钢管壁厚不均、穿破或引起轧卡。 注意加热温度、时间和速度的控制。环形炉在热轧无缝钢管生产线中的作用是将管坯锯锯切之 后的合格定尺管坯由常温（20）加热到12805，以供 穿孔机组进行穿孔工序。环形炉是目前世界上用于加热圆管坯 的最理想的工业炉炉型。 特点是炉底呈环形，在炉底驱动装置的作用下承载管坯由入料 端旋转至出料端
16、，再由出料机从出料炉门将加热好的管坯取出 。在管坯随炉底运动过程中通过炉墙、炉顶等处的烧嘴加热达 到合格的出料温度，并满足温度均匀性要求。2.2管坯加热优点： （1）环形炉最适合加热圆管坯，并能适应各种不同直径和长度的复杂 坯料组成，易于按管坯规格的变化调整加热制度。 （2）管坯在炉底上间隔放置，坯料能三面受热，加热时间短，温度均 匀，加热质量好。 （3）管坯在加热过程中随炉底一起转动，与炉底之间没有相对运动和 摩擦，氧化铁皮不易脱落。炉子除装出料门外无其它开口，严密性 好，冷空气吸入少，因而氧化烧损较少。 （4）炉内管坯可以出空，也可以留出不装料的空炉底段，便于更换管 坯规格，操作调度灵活。 （5）装料、出料和炉内运转都能自动运行，操作的机械化和自动化程 度高。 缺点：炉子是圆形的，占用车间面积较大，平面布置上比较困难；管 坯在炉底上呈辐射状间隔布料，炉底面积的利用较差，单位炉底面 积的产量较低。2.3.1穿孔-概述1 穿孔工序概述 无缝钢管的生产一般以实心坯为原料，从管坯到中空管的
