三管件制造基础知识识Word下载.docx

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我国无缝钢管的生产不仅在产量上具备了世界第一的生产能力，而且在无缝钢管实物质量上也逐步达到或接近国际上发达国家无缝钢管的质量水平，这在一定程度上满足了我国各行业对无缝钢管的需求，缓解了我国无缝钢管产量、质量与用户要求间供需不平衡的状况。

预计：

2008年产量将达到2050万吨、国内消费量达1650万吨，分别比上年增长9.04%和6.72%，出口约400万吨、进口约45万吨、净出口约355万吨，产量大于需求量约45万吨。

但无缝钢管产品结构性短缺依然存在，比如大口径厚壁高压炉管，超临界、超超临界锅炉用合金钢、不锈钢无缝钢管，核电用不锈钢管，耐高压高温、抗腐蚀用油井管等仍需大量进口，预计进口量将超过40万吨。

1989年至2005年我国无缝钢管产量情况见图3-2。

无缝钢管广泛应用于原油开采和加工、管道输送、机械制造、锅炉制造以及大型场馆建设等方面。

随着国民经济的快速发展，我国对无缝钢管的需求量迅速增加，而且对其质量也提出越来越高的要求，尤其是制造高压锅炉和各种压力容器的高压锅炉和压力容器用无缝钢管，直接关系到石化、核电站、电站行业设备的正常运转，是一种对国计民生以及人生安全有直接影响的重要产品。

任何因钢管产品的质量问题都可能酿成重大事故，直接危及设备、人身及周边环境安全。

图3-21989年到2005年我国无缝钢管产量（万吨）

由于部分钢管产品，例如锅炉和压力容器用无缝钢管用途的特殊性，因此国家对其质量一直非常重视，以行政审批方式对其市场准入实施控制，直上世纪八十年代末开始陆续对一些钢管产品实行生产许可证管理制度。

2000年起，又对压力管道用钢管实行了安全注册制度。

2006年4月20日，国家质量监督检验检疫总局发布了“国质检特〔2006〕162号《关于将石油天然气工业用焊接钢管等5类工业产品实行特种设备制造许可证管理的通知》。

该文件规定自2006年5月1日起：

停止受理锅炉压力容器用钢管（含不锈钢管）的工业产品许可证。

转为实行特种设备（压力管道元件）制造许可证。

无缝钢管可分成不同的种类，以材质分类，一般可分为“碳钢、合金钢管”系列和“不锈钢管”系列。

以用途分类也可以分成多种，例如，锅炉和压力容器用无缝钢管可以分为低中压用无缝钢管和高压用无缝钢管。

高压锅炉和压力容器用无缝钢管。

过去高级别的高压用钢管基本采用进口，随着我国钢管生产工艺水平和装备水平的提高，很多高级别钢管的生产已经可以在国内解决，但在质量的稳定性和可靠性方面还不能令人完全放心，并且市场上假冒伪劣钢管产品也时有出现，并且引发过质量事故。

3.1.2无缝钢管的基本知识

（1）无缝钢管用管坯的生产

生产无缝钢管用的管坯通常是热轧圆钢或连铸圆管坯，极少数直接采用钢锭轧制。

无缝钢管圆管坯通常执行的标准有：

YB/T5221―1993《合金结构钢圆管坯》、YB/T5222―2004《优质碳素结构钢圆管坯》、YB/T5137―2007《高压用热轧和锻制无缝钢管圆管坯》、YB/T4149―2006《连铸圆管坯》、YB/T2008―2007《不锈钢无缝钢管圆管坯》、GB/T1220《不锈钢棒》等。

其中使用较多的是：

YB/T5222―2004《优质碳素结构钢圆管坯》、YB/T5137―2007《高压用热轧和锻制无缝钢管圆管坯》和GB/T1220《不锈钢棒》。

管坯标准中通常会明确管坯的冶炼方法或制造方法。

无缝钢管圆管坯的生产方式分传统的钢铁生产“长流程生产工艺”和钢铁生产先进的“短流程生产工艺”2大类。

“长流程”生产工艺也就是传统的钢铁生产方式，“长流程”工艺过程为：

采矿、选矿、铁矿粉烧结、炼焦、高炉炼铁、转炉或电炉炼钢、钢包精炼（LF炉，冶炼不锈钢的氩氧精炼AOD炉）、真空脱气精炼（真空脱气VD炉或真空循环脱气RH炉），模铸或连铸，轧制成圆管坯。

“短流程”生产工艺是最新的先进生产方式，“短流程”工艺过程为：

高炉炼铁（或融溶直接还原生产的“海绵铁”）、铁水预处理、超高功率大容量直流电炉炼钢、钢包精炼（LF炉）、真空脱气精炼（真空脱气VD炉或真空循环脱气RH炉，冶炼不锈钢的真空氩氧精炼VOD炉），连铸成连铸圆管坯、或用连铸坯多机架连轧制成圆管坯。

管坯生产工工艺示意图见图3-3、图3-4。

低中压锅炉用无缝钢管、输送流体用无缝钢管等低端钢管产品的管坯通常采用的是YB/T5222―2004《优质碳素结构钢圆管坯》。

标准中管坯质量验收的主要内容是：

管坯的表面质量、尺寸公差、化学成分、低倍组织等，作为需方要求，还可以增加晶粒度、非金属夹杂物等检验项目。

高压锅炉用无缝钢管、石油裂化用无缝钢管等高端钢管产品的管坯通常采用的是YB/T5137―2007《高压用热轧和锻制无缝钢管圆管坯》。

管坯的表面质量、尺寸公差、化学成分、低倍组织、非金属夹杂物等检验项目，此外对于奥氏体不锈钢圆管坯还要检验α相组织。

不锈钢无缝钢管的管坯通常采用的是GB/T1220《不锈钢棒》标准。

管坯的表面质量、尺寸公差、化学成分、低倍组织、非金属夹杂物、晶粒度、α相组织等。

图3-3管坯生产工艺流程示意图

图3-4管坯短流程生产工艺示意图

（2）无缝钢管的生产

无缝钢管是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水、蒸汽及某些固体物料的管道等。

无缝钢管按材质的不同，分为普通碳素结构管、低合金结构管、优质碳素结构管、合金结构管、不锈钢管、高合金钢管等。

无缝钢管按生产方式可分为热轧（热挤压、热扩）等热加工钢管以及冷拔、冷轧等冷加工钢管。

热轧的无缝管外径一般大于22mm，壁厚在2.5mm～70mm，冷拔、冷轧无缝钢管外径可以小到1mm以下，壁厚可薄至0.25mm，比如医院打针注射用的针管，俗称“毛细钢管”也是无缝钢管产品。

无缝钢管的生产通常采用的是：

将实心管坯（主要是热轧圆钢或连铸管坯，少数直接采用钢锭）加热后，用大小不一的钢管穿孔设备将圆钢管坯加热后穿制成中空的无缝钢管的毛坯管（通常叫荒管或毛管），这一生产过程叫“穿孔”。

管坯“穿孔”后，可采用连续热轧方式生产热轧无缝钢管；

也可采用冷拔或冷轧方式生产无缝钢管。

热轧和冷拔或冷轧是无缝钢管的最主要生产方式，占钢管产量生产的99％。

冷轧管比热轧管表面质量好、尺寸精度高。

其它还有冲压、挤压、锻后机加工等生产方式主要应用于生产超大规格的钢管或难于变形的特殊牌号的无缝钢管产品。

热轧钢管生产采用的钢管热连轧管机组是我国80年代后逐步引进的，其技术先进、产能很大，一套机组年产无缝钢管可达10～100万吨，但其投资也非常庞大，在生产过程中更换产品规格需要更换工摸具的数量和时间都比其他机组多和长，所以热轧无缝钢管生产方式是适应少规格、大批量生产的最佳机组。

通常热轧生产工艺生产的无缝钢管的规格在：

φ42mm～φ720mm之间。

采用特殊热加工工艺还可以生产超大规格热轧无缝钢管，武汉重工铸锻有限责任公司采用管坯冲压、毛管水平水压机顶压生产工艺生产的热轧无缝钢管外径可达：

φ1066mm，最大壁厚150mm；

内蒙古北方重工业集团有限公司钢锭锻造、深孔镗钻床机加工成形的无缝钢管外径可达：

φ1200mm，最大壁厚135mm的超大规格热轧无缝钢管。

我国生产的大直径厚壁无缝钢管见图3-5。

多样化的钢管穿孔及热轧轧制设备示意图见图3-6。

图3-5大直径厚壁无缝钢管

图3-6多样化的钢管穿孔及热轧轧制设备

冷拔（轧）：

当钢管尺寸精度和表面质量（光洁度）要求很高，小批量甚至只生产1根钢管、或者钢管外径尺寸小于φ42mm以下时，用钢管热轧生产方法就无法达到，用冷拔、冷轧是通常和标准的生产方法。

当然冷拔（轧）无缝钢管生产方式也可以生产大外径无缝钢管，通常冷拔（轧）生产工艺生产的无缝钢管的规格在：

φ≤1mm～φ711mm之间。

冷拔无缝钢管是在我国钢管生产设备极度缺少和紧张的特殊历史条件下，发展起来的，目前我国热轧钢管和冷拔钢管已平分秋色。

冷拔生产钢管需从毛管（荒管）反复冷拔多次才能生产出成品钢管，每冷拔一次都要经过酸洗和退火，此外在环保上还存在少量的酸洗污染问题。

热轧钢管以热轧状态或热处理状态交货；

冷轧钢管以热处理状态交货。

冷拔或冷轧无缝钢管生产工艺流程示意图见图3-7。

3.1.3特种设备制造中采用的无缝钢管主要品种

（1）低中压锅炉、低压用流体输送管道用无缝钢管

低中压锅炉用钢管是主要用于制造各种低中压锅炉用的锅炉、机车用锅炉、大烟管、小烟管和拱砖管用的优质碳素结构钢热轧和冷拔（轧）无缝钢管产品。

各种低中压工业、民用锅炉也采用此材料。

低中压锅炉用钢管质量好坏直接影响到锅炉安全稳定运行。

低中压锅炉用钢管的钢种分为10、20两种优质碳素钢钢号，其中20钢的用量最大。

低中压锅炉用钢管的化学成分、抗拉强度及工艺性能、钢材内部的缺陷都会影响钢管的性能和使用寿命。

图3-7冷拔或冷轧无缝钢管生产工艺流程

低压用流体输送管道通常采用10、20等优质碳素钢牌号或Q295、Q345等低合金结构钢以及不锈钢如0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2等高合金钢牌号热轧或冷拔（轧）制成。

（2）高压锅炉压力容器用无缝钢管：

高压锅炉用无缝钢管从钢种方面可分为碳钢（如20G）、合金钢（如12CrMoG、15CrMoG、12Cr1MoVG钢号等）、不锈耐热钢（如1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2）等3大类，其中以碳钢钢号20G和合金钢钢号12Cr1MoVG、不锈钢1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2等几种牌号的高压锅炉用无缝钢管用量最大。

高压锅炉用无缝钢管的表面质量、抗拉强度及其内部组织（包括晶粒度、脱碳层、金相组织、晶间腐蚀等）都会影响钢管的使用寿命。

高压锅炉压力容器无缝钢管在应用于特种设备制造、使用时其工况通常处于高温和高压状态，管子在高温烟气和水蒸汽的作用下还会发生氧化和腐蚀，因此要求钢管有高的持久强度、高的抗氧化性能、并具有良好的组织稳定性。

高压锅炉压力容器用无缝钢管产品标准规定的检验项目较多，举例如下：

化学成分；

拉伸试验；

冲击试验；

（适用时）

无损探伤（包括水压试验或涡流探伤或漏磁探伤、超声波探伤）；

压扁试验；

扩口试验；

晶粒度检验；

非金属夹杂物检验；

显微组织检验；

低倍检验；

脱碳层检验；

晶间腐蚀；

表面质量：

钢管内外表面不允许有裂纹、折叠、轧折、结疤和离层；

尺寸公差：

钢管的外径、壁厚、长度、弯曲度、椭圆度、壁厚不均和端头外形。

（3）管线管：

品种有陆上管线管和海底管线管。

（4）石油裂化用无缝钢管：

主要用于石油化工用的炉管、热交换器管及其压力管道用无缝钢管。

石油裂化用无缝钢管产品常用牌号有：

优质碳素结构钢（10、20）、合金钢（12CrMo、15CrMo）、不锈、耐热钢（12Cr2Mo、15Cr5Mo、1Cr5Mo1Cr19Ni9、1Cr19Ni11Ni）。

钢管以热处理状态下交货。

（5）不锈钢无缝钢管：

不锈钢是耐酸钢和耐热钢的简称。

不锈钢具备耐热、高强度、可塑、低温、无磁（奥氏体不锈钢和部分沉淀硬化不锈钢具有此性能）等性能。

不锈钢属高合金钢钢（含合金元素总量超过10％的），决定不锈钢耐蚀性能的主要元素是铬（Cr），所有的不锈钢都含Cr。

在大气腐蚀和在氧化性介质中，Cr可以形成一种稳定的、透明的、极薄的钝化膜，致密的CrO3保护层（通过它可以看到钢表面的自然光泽，使不锈钢具有独特的表面）来阻止腐蚀产生。

GB1220―1975《不锈钢棒》是我国第一个关于不锈钢的国家标准，标准中以不锈钢加热到900～1100C再空冷后的不锈钢基础组织，将不锈钢分为5大类：

第一类为铁素体不锈钢（典型钢号：

1Cr17）；

第二类为马氏体不锈钢（典型钢号：

2Cr13）；

第三类为奥氏体不锈钢（典型钢号：

0Cr18Ni9）；

第四类为铁素体＋奥氏体（双相钢，典型钢号：

0Cr26Ni5Mo2）；

第五类为沉淀硬化型不锈钢（典型钢号：

0Cr17Ni7Al）。

不锈钢无缝钢管是一种广泛应用于化工、石油化学、核电站、电站及食品行业的一些需要耐腐蚀设备的管件方面的重要冶金产品。

石油化学、化工是不锈钢无缝钢管的两大用户，其用量占不锈钢无缝钢管消耗总量的2/3。

核电站也是不锈钢管的重要用户之一，一座100万KW的核电站需各种不锈钢钢管1200t左右。

不锈钢无缝钢管通常采用冷拔、冷轧、热轧、挤压的生产方式生产，广泛应用于石油、化工设备管道和各种用途的不锈钢结构零件。

当石化装置处于500C～600C时工况时，管道一般选用各种奥氏体不锈钢无缝钢管。

而用于原油勘探、开发的则要求抗二氧化碳，硫化氢腐蚀特性的不锈钢管和合金钢管。

特种设备制造许可目前涉及的不锈钢无缝钢管产品标准为：

GB13296―1991《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》；

GB/T14976―2002《流体输送用不锈钢无缝钢管》；

GB5310―1995《高压锅炉用无缝钢管（其中有不锈钢牌号）；

GB9948―2006《石油裂化用无缝钢管》（其中有不锈钢牌号）。

不锈钢无缝钢管成品钢管的理化检验项目与其它低压、高压锅炉压力容器用钢管相当，通常还要加做腐蚀试验的“晶间腐蚀”倾向检验。

检验方法标准通常采用GB/T4334.5―2000《不锈钢硫酸硫酸铜腐蚀试验方法》。

（6）油管和套管

油管和套管是运用于石油勘探、采集、输送等用途的专用无缝钢管，通常油管用于输送，套管则应用于从地表下入钻井眼作衬壁。

由于钻探用管要深入到几千米地层深度工作，工作条件极为复杂，钻杆承受拉、压、弯曲、扭转和不均衡冲击载荷等应力作用，还要受到泥浆、岩石磨损，因此，要求管材必须具有足够的强度、硬度、耐磨性和冲击韧性。

常用的钢级（牌号）有：

J55、K55、N80、L80、C90、C95、T95、P110、Q125等。

油管和套管在生产过程中不同于其它压力管道元件无缝钢管的生产过程是：

要对无缝钢管两端进行镦粗并机加工螺纹。

油管和套管不同于其它无缝钢管的检验要求的是必须经过水压试验。

油管和套管都以热处理状态交货。

（7）气瓶管、蓄能器管

气瓶管、蓄能器管的开发成功，突破了传统气瓶、蓄能器顶挤生产工艺，使气瓶、蓄能器的生产效率大大的提高，且产品的表面质量及壁厚精度得到改善。

随着城市燃气出租车的兴起、CNG站用、拖车用储气瓶管和蓄能器管（大口径，中等壁厚）使用增加，对气瓶管的需求量还会不断上升。

常见无缝钢管标准及其适用范围见表3-4。

3.1.4无缝钢管生产的工艺流程

无缝钢管按生产方法不同可分为热轧管、冷轧（拔）管、挤压管等。

其生产工艺流程如下：

表3-4常见无缝钢管标准及其适用范围

标准名称

标准

适用范围

《输送流体用无缝钢管》

GB/T8163

主要用于工程及大型设备上输送流体管道。

代表材质牌号为20、Q345等。

《低中压锅炉用无缝钢管》

GB3087

主要用于工业锅炉及生活锅炉输送低中压流体的管道。

代表材质为10、20号钢。

《高压锅炉用无缝钢管》

GB5310

主要用于高压及其以上压力的蒸汽锅炉、管道。

代表材质为20G、12Cr1MoVG、15CrMoG等。

《高压化肥设备用无缝钢管》

GB6479

主要用于化肥设备上输送高温高压流体管道。

代表材质为20、16Mn、12CrMo、12Cr2Mo等。

《石油裂化用无缝钢管》

GB9948

主要用于石油冶炼厂的锅炉、热交换器及其输送流体管道。

其代表材质为20、12CrMo、1Cr5Mo、1Cr19Ni11Nb等。

《气瓶用无缝钢管》

GB18248

主要用于制作各种燃气、液压气瓶。

其代表材质为37Mn、34Mn2V、35CrMo等。

《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》

GB13296

主要用于锅炉过热器、热交换器、冷凝器、催化管等用的耐高温、高压、耐腐蚀的钢管。

其代表材质为0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti等。

《流体输送用不锈钢无缝钢管

GB/T14976

主要用于输送腐蚀性介质的管道。

代表材质为0Cr13、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti等。

《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》

GB/T9711

石油天气输送用钢管

《低温管道用无缝钢管》

GB/T18984

适用于-45℃级～-100℃级低温压力容器管道及低温热交换器管道用无缝钢管

《石油天然气工业油气井套管或油管用钢管》

SY/T6194

石油天然气工业油气井套管或油管

《管线管规范》

APISPEC5L

美国石油学会编制并发布，在世界各地通用。

《套管和油管规范》

APISPEC5CT

美国石油学会（AmericanPetroleumInstitute，简称"

API"

）编制并发布，在世界各地通用

（1）热轧管的工艺流程；

圆管坯（圆钢或连铸圆管坯）→酸洗、修磨→剪断（φ≤110mm以下的碳素钢圆管坯）、顶断（碳素钢大圆管坯）、锯切（合金钢圆管坯）→管坯加热（采用环形加热炉或斜底式加热炉）→穿孔（有2辊或3辊穿孔机）→连续轧管（多个机架连轧）→定径（多个机架连轧）→冷却→钢管矫直→切头→无损检测→标记→入库。

热轧工艺是无缝钢管的主要制造方法之一，无缝钢管热轧工艺适用于大批量无缝钢管生产，大规格、大批量的无缝钢管如外径φ89mm以上的无缝钢管通常采用热轧工艺进行生产。

我国天津钢管集团股份有限公司是目前世界上无缝钢管产量第一的钢管单体生产企业，该公司主要采用热轧钢管方式进行生产。

年产各种热轧无缝钢管200万吨以上。

（2）冷拔（碳素钢和低合金结构钢）无缝钢管工艺流程

圆管坯（圆钢或连铸圆管坯）→酸洗、修磨→剪断（φ≤110mm以下的碳素钢圆管坯）、顶断（碳素钢大圆管坯）、锯切（合金钢圆管坯）→管坯加热（采用环形加热炉或斜底式加热炉）→穿孔（有2辊或3辊穿孔机）→打头→退火→酸洗→皂化（或涂冷拔专用润滑剂，极少）→冷拔（冷轧）→热处理→矫直→水压试验（探伤）→标记→入库。

其中，为了将圆管坯穿孔成的荒管、毛管生产为成品钢管，冷拔（或冷轧）的“退火→酸洗→皂化（或涂冷拔专用润滑剂，极少）→冷拔（冷轧）”要反复进行多个道次，通常要进行3～7个轧拔道次才能生产出要求规格的成品钢管。

为了加快生产进度，有的钢管生产企业也有采用冷轧、冷拔两者联合的方法，以减少轧拔道次。

冷拔生产无缝钢管时通过将荒管在不同规格的内模、外模之间拔制以生产出需求规格的无缝钢管。

无缝钢管链条式冷拔机通常是按拉拔机的拔制力划分的，链条式拉拔机的拔制力在0.5吨～200吨之间，链条有单链和双链2种。

目前大规格冷拔钢管生产采用液压式拉拔机生产，液压式拉拔机的拔制力在：

200吨～1000吨之间。

冷轧通常在二辊式轧机或三辊轧机（质量更好）上进行，冷轧是荒管在辊子变断面圆孔槽和不动的锥形顶头所组成的环形孔型中往复轧制生产。

冷轧的无缝钢管生产速度较冷拔方式慢，但冷轧无缝钢管的表面质量、尺寸公差要比冷拔钢管的好，通常一些精密无缝钢管采用冷轧方式生产，如液压件用无缝钢管、生产轴承用无缝钢管。

锅炉压力容器用的高架U形换热器管就是采用冷轧方式生产的。

（3）不锈钢无缝钢管冷拔（轧）工艺流程

管坯→检验→剥皮→检验→加热→穿孔→酸洗→修磨→润滑（牛油、石灰）→烘干或风干→打头、焊头（大规格的荒管，通常φ≥76mm的采用，以提高钢管的成材率）→冷拔（冷轧）→去油→固溶处理→酸洗→酸洗钝化→检验→冷轧→去油→切头→水压试验或无损检测→标识→成品包装。

不锈钢无缝钢管冷拔（轧）工艺流程与碳钢管冷拔（轧）工艺流程主要不同在于：

其冷拔润滑剂采用牛油、石灰。

工序增加了牛油、石灰烘干、去油清洗、成品钢管的固溶处理（加热到1100℃左右，急剧冷却，通常采用喷淋水冷却）。

（4）挤压管的工艺

热挤压无缝