钢管生产概论.docx
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钢管生产概论
首钢长治钢铁有限公司职工培训教材
无缝钢管生产读本
职工培训教材编写组
《无缝钢管生产读本》编写委员会
主编：
李虎山
副主编：
张小刚周明山
编委：
张红梅周庆红
责任编辑：
李宇科冯燕玲李书孝吕金瑜
撰稿人：
（按姓氏笔画为序）
马万里王振江牛岩林田宝忠
田志强李旭波张兵韬张雷
芦爱斌尚中书宫树红黄红岗
责任校对：
李书孝庄素珍成连军靳东冬
前言
首钢长治钢铁有限公司无缝钢管厂始建于1959年，发展至今已有50多年历史，经过多次改造，现已形成一定规模，并在周边地区产生一定的影响力。
随着我国钢管行业近年来的快速发展，同其它新企业相比，我们的工艺及设备都比较落后，对钢管生产的新工艺也比较陌生，特别是对一些新的钢管机组及其相关生产原理，企业职工的知识结构已不能满足企业发展的需求。
为提高职工的知识水平和操作技能，实现标准化操作，由职工培训中心牵头，无缝钢管厂等单位协作，编写了这本《无缝钢管生产读本》。
《无缝钢管生产读本》是长钢职工培训系列教材的重要组成部分，在编写过程中，我们从无缝钢管厂的实际出发，在内容上力求简明，通俗易懂，理论与实际相联系，注重实际操作。
除对本厂钢管生产工艺简单介绍外，还对近年来一些新建钢管企业的机组进行了简单介绍外，还对近年来一些新建钢管企业的机组进行了简单介绍，以提高职工的钢管生产知识。
本书在编写过程中得到了公司和无缝钢管厂领导的大力支持，他们在生产任务十分繁重的情况下，组织专业技术人员编写、修改、校对、审阅，保证了教材的如期出版。
在此，向他们表示衷心的感谢！
由于编者经验和水平有限，教材中难免存在疏漏与不妥之处，请公司同行和广大读者批评指正，在此一并感谢！
编者
二零一零年十二月
目录
第1章钢管生产概论………………………………………………………………………………......1
1.1钢管的用途和分类……………………………………………………………………………1
1.2钢管的技术要求………………………………………………………………………………2
1.3钢管的生产方法………………………………………………………………………………6
第2章钢管厂生产工艺流程………………………………………………………………..…………8
2.1钢管厂概况…………………………………………………………………………………....8
2.2钢管厂生产工艺流程…………………………………………………………………………9
第3章钢管厂设备介绍………………………………………………………………………………10
3.1主要生产设备………………………………………………………………………………..10
3.2主要辅助设备………………………………………………………………………………..24
第4章自动轧管机组生产热轧无缝钢管……………………………………………………………26
4.1概述……………………………………………………………………………...........…....26
4.2管坯准备……………………………………………………………………………….........26
4.3管坯加热………………………………………………………………………...…...……....27
4.4管坯穿孔……………………………………………………………………….....………....29
4.5自动轧管……………………………………………………………………….....………....32
4.6钢管定（减）轻………………………………………………………………………………..34
第5章冷拔无缝钢管生产……………………………………………………………………………38
5.1概述……………………………………………………………………………............…....38
5.2钢管的酸洗和润滑……………………………………………………………………..……38
5.3冷拔钢管的方法………………………………………………………………………..……43
5.4钢管的热处理………………………………………………………………………………..44
第6章钢管精整及存在的产品缺陷…………………………………………………………………48
6.1钢管的矫直……………………………………………………………………………..…....48
6.2钢管的切头、切尾……………………………………………………………………………50
6.3钢管的人工检验………………………………………………………………………..……50
6.4钢管的无损探伤……………………………………………………………………..………51
6.5钢管的包装…………………………………………………………..……………………....52
6.6钢管产品缺陷分析………………………………………………..…………………………52
第7章钢管厂操作工技能知识………………………………………………………………………58
7.1加热炉控温工技能知识……………………………………………………………..………58
7.2穿孔机操作工技能知识…………………………………………………………..…………63
7.3轧管机操作工技能知识…………………………………………………………..…………64
7.4定（减）径操作技能知识……………………………………………………………………64
7.5酸洗、磷化、润滑操作工技能知识…………………………………………………………64
7.6冷挤头机操作工技能知识……………………………………………….…………………66
7.7冷拔操作工技能知识……………………………………………………………….………67
7.8退火操作工技能知识……………………………………………………………….………68
7.9精整操作工技能知识………………………………………………………………..………68
7.10探伤操作工技能知识……………………………………………………...………………70
第8章无缝钢管机组简介……………………………………………………………………………92
8.1穿孔机组…………………………………………………………………………….....…....92
8.2轧管机组……………………………………………………………………………..….......94
第1章钢管生产概论
1.1钢管的用途和分类
凡是两端并具有中空断面，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。
钢管是一种经济断面钢材，是钢铁工业中的一项重要产品，通常占全部钢材总量的8%～16%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，所以也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，钢管本身就是一种节约金属的经济断面钢材，它是高效钢材的一个重要组成部分，尤其在石油钻采、冶炼和输送等行业需求较大，其次地质钻探、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、家具和自行车制造等方面也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，钢管在国防工业、科学技术和经济建设中的地位愈加重要。
钢管的种类繁多，用途不同，其技术要求各异，生产方法亦有所不同。
目前生产的钢管外径范围0.1～4500mm、壁厚范围0.01～250mm。
为了区分其特点，通常按如下的方法对钢管进行分类。
1.1.1按生产方式分类
钢管按生产方式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。
1.1.2按钢管的断面形状分类
钢管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。
异形管广泛用于各种结构件、工具和机械零部件。
与圆管相比，异形管一般都有较大的惯性矩和截面模数，有较大的抗弯、抗扭能力，可以大大减轻结构重量，节约钢材。
钢管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，
1.1.3按钢管的材质分类
钢管按材质分为普通碳素钢管、优质碳素结构钢管、合金结构管、合金钢管、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。
1.1.4按管端形状分类
钢管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，对于重要的车丝管，采用特殊螺纹连接），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）。
1.1.5按外径D和壁厚S之比（D/S）分类
按外径D和壁厚S之比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）。
1.1.6按用途分类
按用途可分为油井管（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）和船舶用管等。
1.2钢管的技术要求
1.2.1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画形状、单重、几何尺寸及其允许偏差等；
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、机械性能、工艺性能、表面质量以及其他特殊要求；
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（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。
1.2.2对钢管尺寸偏差的要求
根据国标GB/T17395—2008《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，其具体参数要求如下表：
外径允许偏差表1—1
标准化外经允许偏差
非标准化外经允许偏差
偏差等级
外经允许偏差
偏差等级
外径允许偏差%
D1
±1.5%,最小±0.75mm
ND1
-1.5～+1.25
D2
±1.0%,最小±0.5mm
ND2
±1.25
D3
±0.75%,最小±0.3mm
ND3
-1.0～+1.25
D4
±0.5%,最小±0.1mm
ND4
±0.8
壁厚允许偏差表1—2
标准化壁厚允许偏差
偏差等级
壁厚允许偏差
S/D
S/D＞0.1
0.05＜S/D≤0.1
0.025＜S/D≤0.05
S/D≤0.025
S1
±15%S或最小±0.6mm，取其中较大值
S2
A
±12.5%S或最小±0.4mm，取其中较大值
B
-12.5%
S3
A
±10%S或最小±0.2mm，取其中较大值
B
±10%S或±0.4mm，取其中较大值
±12.5%S或±0.4mm，取其中较大值
±15%S或±0.4mm，取其中较大值
C
+正偏差取决于重量要求-10%
S4
A
±7.5%,最小±0.15mm
B
±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
-12.5～+15
NS2
-10～+15
NS3
-10～+12.5
NS4
-7.5～+12.5
注：
S是钢管公称壁厚；D是钢管外径。
1.2.3对钢管的长度要求
根据国标GB/T17395—2003《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》对钢管的长度要求，可分为通常长度、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。
通常长度为3000～12500mm。
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，全长允许偏差分为四级（如下表），每个倍尺长度按以下规定留出切口余量；
⑴外径≤159mm，5mm～10mm
⑵外径＞159mm，10mm～15m
全长允许偏差表1—3
偏差等级
全长允许偏差mm
L1
+20
0
L2
+15
0
L3
+10
0
L4
+5
0
1.2.4对钢管外形的要求
根据国标GB/T17395—2008《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、不圆度。
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。
⑴对钢管全长测得的弯曲度称为全长弯曲度，全长弯曲度分为五级，如下表：
全长弯曲度表1—4
弯曲度等级
全长弯曲度，不大于
E1
0.2%L
E2
0.15%L
E3
0.1%L
E4
0.08%L
E5
0.06%L
注：
L为单根钢管的长度
⑵对钢管每米长度测量的弯曲度称为每米弯曲度，每米弯曲度分为五级，如下表：
每米弯曲度表1—5
弯曲度等级
每米弯曲度，不大于
F1
3.0
F2
2.0
F3
1.5
F4
1.0
F5
0.5
2、不圆度
钢管的不圆度分为四级，如下表：
钢管的不圆度表1—6
不圆度等级
不圆度，不大于外径公差的
NR1
80%
NR2
70%
NR3
60%
NR4
50%
不圆度的计算公式为：
2（Dmax－Dmin）/（Dmax＋Dmin）×100%，式中：
Dmax为实测钢管同一横截面外径的最大值，Dmin为实测钢管同一横截面外径的最小值。
1.2.5对钢管重量的要求
1、钢管按实际重量交货，也可以按理论重量交货。
实际重量交货可分为单根重量或每批重量。
2、钢管的理论重量按公式①计算：
W=ρπ（D－S）S/1000------------------①
式中：
W——钢管的理论重量，单位为千克每米（㎏/m）
π——3.1416
ρ——钢的密度，单位为千克每立方分米（㎏/dm3）
D——钢管的公称外径，单位为毫米（mm）
S——钢管的公称壁厚，单位为毫米（mm）。
按理论重量交货的钢管，根据需方要求，可规定钢管实际重量与理论重量的允许偏差。
偏差分五级（如下表），每批不小于10t钢管的理论重量与实际重量的允许偏差为±7.5%或±5%。
重量允许偏差表1—7
偏差等级
单根钢管重量允许偏差
W1
±10%
W2
±7.5%
W3
+10%
-5%
W4
+10%
-3.5%
W5
+6.5%
-3.5%
1.3钢管的生产方法
钢管的生产方法有热轧（包括挤压）、焊接和冷加工三大类，冷加工时钢管的二次加工。
1.3.1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——将毛管在轧管机上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。
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它前后工序的设备。
这样一来，不同的轧管机相应构成了不同的轧管机组。
热轧无缝钢管的生产方法就是以机组中轧管机类型分类的，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Ф168mm连续轧管机组就是指其产品的最大外径为168mm左右的、轧管机为连续轧管机的机组。
钢管热挤压机组用挤压机的最大挤压机（吨位）或产品规格范围来表示其型号。
1.3.2焊管
焊接钢管也称焊管，其生产方法是将管坯（钢板或钢带）用各种成形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。
成形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。
焊接钢管生产工艺简单，生产效率高，品种规格多，设备投资少，但一般强度低于无缝钢管。
20世纪30年代以来，随着优质带钢连轧生产的迅速发展以及焊接和检验技术的进步，焊缝质量不断提高，焊接钢管的品种规格日益增多，并在越来越多的领域替代了无缝钢管。
焊接钢管按焊缝的形式分为直缝焊管和螺旋焊管。
直缝焊管生产工艺简单，生产效率高，成本低，发展较快。
螺旋焊管的强度一般比直缝焊管高，能用较窄的坯料生产管径较大的焊管，还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。
但是与相同长度的直缝管相比，焊缝长度要增加30%～100%，而且生产效率较低。
因此，较小口径的焊管大都采用直缝焊，大口径焊管则大多采用螺旋焊。
1.3.3冷加工钢管
钢管冷加工方法有冷轧、冷拔和冷旋压三种，产品范围如表1-8所示。
冷旋压本质上也是冷轧，冷加工可生产比热轧产品规格更小的各种精密、薄壁、高强度及其他特殊性能的无缝钢管，如喷气发动机用Φ2.032mm×O.38m高强度、耐热管和Ф4.763～31.75mm×O.559～1.626mm的不锈钢管。
这些规格的钢管是热轧法无法生产的，因此冷加工更能适应工业及科学技术飞速发展的某些特殊需萎。
冷轧机和冷旋压机的规格用其产品规格和轧机形式表示；冷拔机规格用其允许的额定拔制力来表示。
如LG-l50表示的是成品外径最大为15Omm的二辊周期式冷轧管机；LD-30表示的是成品外径最大为30m的多辊式冷轧管机；LB-100表示的是拔制力额定值为l00t的冷拔管机。
钢管冷加工的产品范围表1—8
冷加工方法
产品范围
外径D/mm
壁厚S/mm
D/S
最大
最小
最大
最小
冷轧
500.0
4.0
60.0
0.04
60～250
冷拔
762.0
0.1
20.0
0.01
2～2000
冷旋压
4500.0
10
38.1
0.04
可达12000以上
思考题：
1、钢管的定义？
2、钢管按生产方式可分为那些种类？
3、热轧无缝钢管生产中主要的变形工序是什么？
第2章钢管厂生产工艺流程
2.1钢管厂概况
长钢无缝钢管厂始建于1959年，占地面积4万余平方米，年设计能力八千吨，采用φ75mm管坯生产φ10-70×1.5～9mm无缝钢管。
后经历次改造，现已形成年产6万吨生产规模，以φ100mm、φ115mm圆管坯为坯料，生产φ10-114×1.5～12mm无缝钢管。
主要产品：
低中压锅炉管、结构用无缝钢管、输送流体用无缝钢管。
在线主要设备有：
Q42-500t冷剪机一台；三段端进侧出斜底燃煤气加热炉１座；φ90mm自动穿孔、轧管机组１套；φ114mm定（减）径机一台；冷挤头机一台；40t、30t、20t（双链）、15t冷拔机各１台；辊道连续式退火炉１座；10m3酸洗池5个、10m3磷化池1个、10m3清水池2个、10m3皂化池3个；5t行车8台；2t、5t、10t吊葫芦各1台；5t地轨行车1台；NC—114涡流探伤仪器一套；超声波检验仪器一套；检验、包装台架各1座；φ40～100mm、φ25～75mm、φ10～40mm、卧式七辊矫直机各1台；φ50～120mm立式矫直机1台；QG1112高效切管机一台。
2.2钢管厂生产工艺流程
2.2.1热轧管生产工艺流程:
坯料验收→卸车堆放→坯料运输→切料→坯料堆放→坯料入炉→坯料加热→坯料出炉→穿孔→轧制→定（减）径→冷却→收集→过磅→检验→矫直→切管取样→切头→人工检查→无损探伤→喷字→打捆包装→入库
2.2.2冷拔管生产工艺流程
坯料验收→卸车堆放→坯料运输→切料→坯料堆放→坯料入炉→坯料加热→坯料出炉→穿孔→轧制→冷却→收集→过磅→
思考题：
1、长钢钢管厂产品的主要品种有哪些？
2、长钢钢管厂热轧管生产工艺流程？
第3章钢管厂设备介绍
首钢长钢无缝钢管厂，是生产低中压锅炉管、流体管和结构管的单位。
主要有热轧成品管和冷拔成品管。
主要生产设备有冷剪机组、加热炉（上料机、炉体、出钢机）、穿孔机组、轧管机组、定减径机组、冷挤头机组、冷拔机（40吨、30吨、20吨双链）、退火炉、矫直机组、切管机组、探伤仪机组、捆扎机组成。
主要辅助设备有数控车床、普通车床组成。
3.1主要生产设备
3.1.1冷剪机机组：
1、用途:
把管坯运到冷剪机，根据不同规格钢管的长度、外径、壁厚的要求对管坯进行剪断，然后切好的料运到加热炉边，以便进到下一道工序。
2、结构特点：
冷剪机组由进料辊道、冷剪机、出料辊道组成。
进料辊道：
由电机、皮带轮、皮带、辊子、机架和轴承座等组成。
冷剪机：
由传动机构、曲轴机构、凸轮机构、压头机构、气动离合机构、定尺机构等组成。
出料辊道：
由电机、链条、链轮、辊子、单传动辊子、机架和轴承座等组成。
长的坯料经过进料辊道运到冷剪机中，用压头机构压紧坯料，电机的动力经气动离合机
构传到曲轴机构，曲轴机构带动上刀做上下直线运动（下刀固定）完成切料，切完的短料进入出料辊道，送到下道工序。
3、设备主要技术性能：
⑴进料辊道
表3-1
项目
规格及形式
皮带型号
C型
线速度
2.6m/s
电机
型号
Y132S-4
功率
5.5kw
⑵冷剪机
表3-2
项目
规格及形式
剪机形式
下刃固定曲轴连杆式
最大剪切力
5000KN
剪切最大规格
φ115mm（20#钢）
行程次数
18次/分
行程高度
100
电机
型号
Y200L1-4
功率
30kw
⑶出料辊道
表3-3
项目
规格及形式
链条节距
25.4mm
线速度
2.1m/s
电机
型号
Y132S-4
功率
5.5kw
3.1.2上料机
1、用途：
将切好的坯料送到加热炉里。
2、结构特点：
本设备由电机、减速器、主动链轮组、被动链轮组、链条、上料钩及钢结构组成。
冷剪机切好的料，运到加热炉旁，自然滚到上料钩上，由电机带动减速器经链条（链条上有上料钩）把低处坯料运到高处（上料平台）。
3、设备主要技术性能：
表3-4
项目
规格及形式
链条
主链条节距
38.1mm
链条节距
31.75mm
电机
型号
Y132S-4
功率
5.5kw
减速器
型号
JZQ350
速比
31.5
线速度
0.5m/s
3.1.3加热炉
1、用途：
用于管坯的加热。
2、结构特点：
炉型为三段式端进侧出斜底式加热炉，三段分别为：
预热段、加热
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