第3章 压力管道用金属管材制造.doc

第三章 压力管道用金属管材 无缝钢管 无缝钢管是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材，大量用作输送通道，被广泛应用于石油、电力、化工、煤炭、机械、军工和航空航天等行业，也是特种设备制造常用的原材料之一。 近年来我国无缝钢管生产发展很快，已经成为世界无缝钢管生产第一大国，国内无缝管生产企业约300多家。目前国内部分企业已具有高水平的无缝钢管制造技术，并拥有世界先进的钢管制造设备，无缝钢管国产化率已接近90%，绝大部分品种、规格国内企业都可自己生产。其中热轧管产量约占中国无缝钢管总产量的80%，此外还有采用热轧穿孔后冷轧或冷拔工艺生产小规格的无缝钢管。现在中国无缝钢管技术装备种类、规格齐全，拥有各类无缝钢管企业超过300家，其中能生产热轧成品管且工艺技术装备较完整的有20家左右，产能在900万吨左右。这类生产厂绝大多数为国有企业，技术装备先进，单线生产能力高，产品质量好，是无缝钢管生产的主导企业。还有一部分企业通过外购管坯加工无缝钢管或是为冷轧冷拔提供毛管或荒管坯料的中小企业，包括许多冷拔管企业，这类企业的设备比较简单，单线生产能力较低，产品以多规格小批量的产品为主。但目前我国还不是世界上的无缝钢管生产强国，部分高强度、耐高温/低温、高耐腐蚀或特殊用途的高附加值无缝钢管品种还不能满足国内需求，大量依赖进口。 制造工艺 无缝钢管是采用热加工方法制造的不带焊缝的钢管，用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后由热轧、冷轧、冷拔和挤压管等加工工艺形成的最终产品。热轧工艺是无缝钢管的主要制造方法，占无缝管产量的80％。热连轧管机组生产的无缝管的品种和质量水平，除轧机本身的技术水平外，在很大程度上受冶炼和连铸的制约。因此，无缝管先进的工艺流程应该包括冶炼至管加工的全流程。国际知名无缝管企业大都是完整的专业钢管厂或钢铁联合企业，而依靠外购管坯制造无缝管的企业，是很难在激烈的市场竞争中占稳阵地的。采用电弧炉或转炉冶炼一LF炉外精炼一VD真空处理一全保护浇注连铸圆管坯一热连轧机（NPN、PQF）一管加工一体化生产，是当今国际先进的无缝钢管生产工艺流程。采用上述工艺流程可以生产诸如石油专用管、高压锅炉管、中低合金管等。目前，我国天津钢管公司、宝钢商贸（钢管）公司、鞍钢无缝厂、包钢无缝厂均已实现上述工艺流程。热轧生产设备主要有穿孔机、自动轧管机、均整机、定径机和减径机等组成。轧制工艺有自动轧管机组、连轧管机组、周期轧管机组和导盘轧管生产机组等多种类型。常用无缝钢管生产方法及适用范围见图3-1。 图3-1常用无缝钢管生产方法及适用范围 1．穿孔。实心管坯经检查合格并清除表面缺陷后，截成所需长度，在管坯穿孔端端面上定心，然后送往加热炉加热到一定温度，在穿孔机上穿孔。在穿孔过程中，管坯不断旋转和前进，在轧辊和顶头的作用下，管坯内部逐渐形成空腔，穿孔后的管坯称为毛管，毛管再送至自动轧管机上继续轧制，最后经均整机均整壁厚，经定径机定径，达到规格要求。在穿孔过程中，容易发生顶头损伤或失效，从而导致的无缝钢管内表面划痕、壁厚不均等，应对顶头进行实时检查。顶头的失效或损伤形式主要有：顶头鼻部厚度尺寸偏大时，因冷却不良会在顶头内腔挤压出一条圆条状的金属带，在轴向压力、旋转摩擦力以及高温等交变作用下，顶头产生裂纹、大的变形等。 2．自动轧管机组。把厚壁毛管轧成薄壁荒管。一般经2～3道次，轧制到成品壁厚，总延伸率约为1.8～2.2。70年代以来，用单孔槽轧辊、双机架串列轧机、双槽跟踪轧制和球形顶头等技术，都提高了生产效率，实现了轧管机械化。特点是在穿孔机上实现主要变形，规格变化较灵活，生产品种范围较广。由于连续轧管技术的发展，已不再建造140mm以下的机组。 3．导盘轧管生产机组。又称狄塞耳（Diessel）法。穿孔后带长芯棒的毛管在导盘轧管机上轧成薄壁管材。轧机类似二辊斜轧穿孔机，只是固定导板改成主动导盘。由于用长芯棒生产，管材内壁光滑，且无刮伤；但工具费用大，调整复杂。主要用于生产外径150mm以下普通用途的碳素钢管。目前使用较少，也无很大的发展前景。 4．旋压管生产机组。将平板或空心毛坯在旋压机上经一次或多次旋压加工成薄壁管材。管子精度高，机械性能好，尺寸范围广，但生产效率低。主要用于生产有色金属管材，但也越来越多地用于生产钢管。旋压管材除用于生产生活器具、化工容器和机器零件外，多用于军事工业。70年代，采用强力旋压法已能生产管径达6000mm、直径与壁厚之比达10000以上的大直径极薄圆管和异形管件。 5．周期轧管生产机组。以多边形和圆形钢锭或连铸坯作原料，加热后经水压穿孔成杯形毛坯，再经二辊斜轧延伸机轧成毛管，然后在带有变直径孔槽的周期轧管机上，轧辊转一圈轧出一段钢管（图3）。周期轧管机又称皮尔格尔（Pilger）轧管机。周期轧管生产是用钢锭作原料，宜于轧