无缝钢管基本知识.docx
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无缝钢管基本知识
无缝钢管知识
无缝钢管定义
是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。
钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。
钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材，广泛用于制造结构件和机械零件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等。
用钢管制造环形零件，可提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，如滚动轴承套圈、千斤顶套等，目前已广泛用钢管来制造。
钢管还是各种常规武器不可缺少的材料，枪管、炮筒等都要钢管来制造。
钢管按横截面积形状的不同可分为圆管和异型管。
由于在周长相等的条件下，圆面积最大，用圆形管可以输送更多的流体。
此外，圆环截面在承受内部或外部径向压力时，受力较均匀，因此，绝大多数钢管是圆管。
但是，圆管也有一定的局限性，如在受平面弯曲的条件下，圆管就不如方、矩形管抗弯强度大，一些农机具骨架、钢木家具等就常用方、矩形管。
根据不同用途还需有其他截面形状的异型钢管。
无缝钢管分类
无缝钢管按制造方法分为热轧管和冷拔（轧）管。
冷拔（轧）管的最大公称直径为200mm，热轧管最大公称直径为600 mm。
在管道工程中，管径超过57mm时，常选用热轧管，管径小于57mm时常用冷拔（轧）管。
管道工程常用的无缝钢管有以下三种：
2．1 一般无缝钢管
一般无缝钢管简称无缝钢管，用普通碳素钢、优质碳素钢、普通低合金钢和合金结构钢制造，用于制作输送液体管道或制作结构、零件用。
无缝钢管按外径和壁厚度供货，在同一外径下有多种壁厚，承受的压力范围较大。
通常钢管长度，热轧管为3-12.5m，冷拔（轧）管为1.5-9m。
2．2低中压锅炉用无缝钢管
低中压锅炉用无缝钢管是用10号、20号优质碳素钢制造，工作温度。
无缝钢管分类方法
1、按生产方法分类
（1）无缝管--热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管、顶管
（2）焊管
（a）按工艺分--电弧焊管、电阻焊管（高频、低频）、气焊管、炉焊管
（b）按焊缝分--直缝焊管、螺旋焊管
2、按断面形状分类
（1）简单断面钢管--圆形钢管、方形钢管、椭圆形钢管、三角形钢管、六角形钢管、菱形钢管、八角形钢管、半圆形钢圆、其他
（2）复杂断面钢管--不等边六角形钢管、五瓣梅花形钢管、双凸形钢管、双凹形钢管、瓜子形钢管、圆锥形钢管、波纹形钢管、表壳钢管、其他
3、按壁厚分类--薄壁钢管、厚壁钢管
4、按用途分类--管道用钢管、热工设备用钢管、机械工业用钢管、石油、地质钻探用钢管、容器钢管、化学工业用钢管、特殊用途钢管、其他
无缝钢管的执行标准
无缝钢管执行标准
无缝钢管标准
结构用钢管GB/T8162-99石油钻探钢管YB528-65流体钢管GB/T8163-99
船舶用钢管GB5312-85中压锅炉钢管GB/T3087-99石油套钢管API5CT
地质钻探钢管YB235-70汽车半轴钢管GB3088-8化肥专用钢管GB6479-86
液压支柱钢管 GB173-98石油裂化钢管GB9948-88管线钢ASTMA53B/106B/API5LB高压锅炉钢管DIN17175ST45.8-ⅢGB5310-9520G
无缝钢管是用实心管坯经穿孔后轧制的。
生产制造方法
按生产方法不同可分为热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管等。
1.1、热轧无缝管一般在自动轧管机组上生产。
实心管坯经检查并清除表面缺陷，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，在穿孔机上穿孔。
在穿孔同时不断旋转和前进，在轧辊和顶头的作用下，管坯内部逐渐形成空腔，称毛管。
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。
利用连续式轧管机组生产热轧无缝钢管是较先进的方法。
1.2、若欲获得尺寸更小和质量更好的无缝管，必须采用冷轧、冷拔或者两者联合的方法。
冷轧通常在二辊式轧机上进行，钢管在变断面圆孔槽和不动的锥形顶头所组成的环形孔型中轧制。
冷拔通常在0.5～100T的单链式或双链式冷拔机上进行。
1.3、挤压法即将加热好的管坯放在密闭的挤压圆筒内，穿孔棒与挤压杆一起运动，使挤压件从较小的模孔中挤出。
此法可生产直径较小的钢管。
分类
无缝钢管因其制造工艺不同，又分为热轧（挤压）无缝钢管和冷拔（轧）无缝钢管两种。
冷拔（轧）管又分为圆形管和异形管两种。
无缝钢管，又因其用途不同而分为如下若干品种：
1.GB/T8162-1999（结构用无缝钢管）。
主要用于一般结构和机械结构。
其代表材质（牌号）：
碳素钢、20、45号钢；合金钢Q345、20Cr、40Cr、20CrMo、30-35CrMo、42CrMo等。
2.GB/T8163-1999（输送流体用无缝钢管）。
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。
3.GB3087-1999（低中压锅炉用无缝钢管）是用于制造各种结构低中压锅炉过热蒸汽管、沸水管及机车锅炉用过热蒸汽管、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。
代表材质为10、20号钢。
4.GB5310-1995（高压锅炉用无缝钢管）是用于制造高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的优质碳素钢、合金钢和不锈耐热钢无缝钢管。
代表材质为20G、12Cr1MoVG、15CrMoG等。
5.GB1479-2000（高压化肥设备用无缝钢管）是适用于工作温度为-40~400℃、工作压力为10~30Ma的化工设备和管道的优质碳素结构钢和合金钢无缝钢管。
代表材质为20、16Mn、12CrMo、12Cr2Mo等。
6．GB9948-1988（石油裂化用无缝钢管）。
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。
7.地质钻探用钢管（YB235-70）是供地质部门进行岩心钻探使用的钢管，按用途可分为钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管等。
8.金刚石岩芯钻探用无缝钢管（GB3423-82）是用于金刚石岩芯钻探的钻杆、岩心杆、套管的无缝钢管。
9.石油钻探管（YB528-65）是用于石油钻探两端内加厚或外加厚的无缝钢管。
钢管分车丝和不车丝两种，车丝管用接头联结，不车丝管用对焊的方法与工具接头联结。
10.GB5312-1999（船舶用碳钢和碳锰钢无缝钢管）是制造船舶I级耐压管系、
Ⅱ级耐压管系、锅炉及过热器用的碳素钢无缝钢管。
碳素钢无缝钢管管壁工作温度不超过450℃，合金钢无缝钢管管壁工作温度超过450℃。
代表材质为360、410、460钢级等。
11.汽车半轴套管用无缝钢管（GB3088-82）是制造汽车半轴套管及驱动桥桥壳轴管用的优质碳素结构钢和合金结构钢热轧无缝钢管。
12.柴油机用高压油管（GB3093-86）是制造柴油机喷射系统高压管用的冷拔无缝钢管。
13.液压和气动缸筒用精密内径无缝钢管（GB8713-88）是制造液压和气动缸筒用的具有精密内径尺寸的冷拔或冷轧精密无缝钢管。
14.冷拔或冷轧精密无缝钢管（GB3639-83）是用于机械结构、液压设备的尺寸精度高和表面光洁度好的冷拔或冷轧精密无缝钢管。
选用精密无缝钢管制造机械结构或液压设备等，可以大大节约机械加工工时，提高材料利用率，同时有利于提高产品质量。
15.结构用不锈钢无缝钢管（GB/T14975-1994）是广泛用于化工、石油、轻纺、医疗、食品、机械等工业的耐腐蚀管道和结构件及零件的不锈钢制成的热轧（挤、扩）和冷拔（轧）无缝钢管。
16.流体输送用不锈钢无缝钢管（GB/T14976-1994）是用于输送流体的不锈钢制成的热轧（挤、扩）和冷拔（轧）无缝钢管。
17.异型无缝钢管是除了圆管以外的其他截面形状的无缝钢管的总称。
按钢管截面形状尺寸的不同又可分为等壁厚异型无缝钢管（代号为D）、不等壁厚异型无缝钢管（代号为BD）、变直径异型无缝钢管（代号为BJ）。
异型无缝钢管广泛用于各种结构件、工具和机
械零部件。
和圆管相比，异型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。
18.GB18248-2000（气瓶用无缝钢管）。
主要用于制作各种燃气、液压气瓶。
其代表材质为37Mn、34Mn2V、35CrMo等。
另外，还有GB/T17396-1998（液压支柱用热轧无缝钢管）、GB3093-1986（柴油机用高压无缝钢管）、GB/T3639-1983（冷拔或冷轧精密无缝钢管）、GB/T3094-1986（冷拔无缝钢管异形钢管）、GB/T8713-1988（液压和气动筒用精密内径无缝钢管）、GB13296-1991（锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管）、GB/T14975-1994（结构用不锈钢无缝钢管）、GB/T14976-1994（流体输送用不锈钢无缝钢管）GB/T5035-1993（汽车半轴套管用无缝钢管）、APISPEC5CT-1999（套管和油管规范）等。
2、制造工艺：
1.热轧（挤压无缝钢管）：
圆管坯→加热→穿孔→三辊斜轧、连轧或挤压→脱管→定径（或减径）→冷却→矫直→水压试验（或探伤）→标记→入库
轧制无缝管的原料是圆管坯，圆管胚要经过切割机的切割加工成长度约为1米的坯料，并经传送带送到熔炉内加热。
钢坯被送入熔炉内加热，温度大约为1200摄氏度。
燃料为氢气或乙炔。
炉内温度控制是关键性的问题.圆管坯出炉后要经过压力穿孔机进行穿空。
一般较常见的穿孔机是锥形辊穿孔机，这种穿孔机生产效率高，产品质量好，穿孔扩径量大，可穿多种钢种。
穿孔后，圆管坯就先后被三辊斜轧、连轧或挤压。
挤压后要脱管定径。
定径机通过锥形钻头高速旋转入钢胚打孔，形成钢管。
钢管内径由定径机钻头的外径长度来确定。
钢管经定径后，进入冷却塔中，通过喷水冷却，钢管经冷却后，就要被矫直。
钢管经矫直后由传送带送至金属探伤机（或水压实验）进行内部探伤。
若钢管内部有裂纹，气泡等问题，将被探测出。
钢管质检后还要通过严格的手工挑选。
钢管质检后，用油漆喷上编号、规格、生产批号等。
并由吊车吊入仓库中。
2.冷拔（轧）无缝钢管：
圆管坯→加热→穿孔→打头→退火→酸洗→涂油（镀铜）→多道次冷拔（冷轧）→坯管→热处理→矫直→水压试验（探伤）→标记→入库。
冷拔（轧）无缝钢管的轧制方法较热轧（挤压无缝钢管）复杂。
它们的生产工艺流程前三步基本相同。
不同之处从第四个步骤开始，圆管坯经打空后，要打头，退火。
退火后要用专门的酸性液体进行酸洗。
酸洗后，涂油。
然后紧接着是经过多道次冷拔（冷轧）再坯管，专门的热处理。
热处理后，就要被矫直。
钢管经矫直后由传送带送至金属探伤机（或水压实验）进行内部探伤。
若钢管内部有裂纹，气泡等问题，将被探测出。
钢管质检后还要通过严格的手工挑选。
钢管质检后，用油漆喷上编号、规格、生产批号等。
并由吊车吊入仓库中。
目前，全世界生产钢管的共计有110多个国家的1850多个公司下的5100多个生产厂，其中生产石油管的有44个国家的170多个公司下的260多个厂。
2000年，无缝管全国表观消费量为418.0万吨，其中国内供应量的382.1万吨，占国内总需求的91.4%。
进口为35.9万吨，占国内总需求的8.59%。
同年石油管消费量大约为91万吨。
进口约25.2万吨。
进口管占国内总消费量的大约70%，其中进口管占国内总消费量的27.69%，石油管进口量约占无缝钢管总进口量的大约70%。
从日本进口的石油管占总进口量一半以上。
中国最大的石油套管生产基地——天津钢管公司2000年的钢管产品出来为52.20万吨，其中石油套管产量为36.41万吨。
套管占全国石油产量的一半以上。
在产量和销售量上都占中国套管市场的第一位。
从国际和国内两个市场来看，无缝钢管（包括石油专用管）的现有生产能力均已大于需求。
所以，今后的重点应放在充分发挥现有机组的能力，开发出高强度等级、高抗击毁、高抗腐蚀的石油管、高压锅炉管和气瓶管等产品。
也是国家针对当前我国钢铁市场进行优化产品结构的内容。
这也是增加在国内外产品竞争力、扩大市场份额的关键所在。
就是说，提高国内钢管企业的市场竞争力是加和WTO以后国内企业长期的任务和成功发展的关键。
无缝钢管压力
压力管道的组成件一般都是标准件，因此压力管道组成件的设计主要是其标准件的选用，管道压力等级的确定也就是其标准件等级的确定。
管道的压力等级包括两部分:
以公称压力表示的标准管件的公称压力等级；
以壁厚等级表示的的标准管件的壁厚等级。
管道的压力等级：
通常把管道中由标准管件的公称压力等级和壁厚等级共同确定的能反映管道承压特性的参数叫做管道的压力等级。
而习惯上为简化描述，常把管道中管件的公称压力等级叫做管道的压力等级。
压力等级的确定是压力管道设计的基础，也是设计的核心。
它是压力管道布置、压力管道应力校核的设计前提条件，也是影响压力管道基建投资和管道可靠性的重要因素。
尺寸,外形,重量及允许偏差
根据中华人民共和国国家标准GB-17395-1988
1外径允许偏差
表1标准化外径允许偏差
偏差等级
标准化外径允许偏差
D1
±1.5%，最小±0.75mm
D2
±1.0%。
最小±0.50mm
D3
±0.75%．最小±0.30mm
D4
±0.50%。
最小±0.10mm
表5非标准化外径允许偏差
偏差等级
非标准化外径允许偏差，%
ND1
+1.25
-1.50
ND2
±1.25
ND3
+1.25
-1.O
ND4
±0.8
2．特殊用途的钢管和冷轧（拔）钢管外径允许偏差可采用绝对偏差。
2.1壁厚允许偏差
壁厚允许偏差分为标准化和非标准化两种．应优先选择标准化壁厚允许偏差（见表6）。
表6壁厚允许偏差
偏差等级
壁厚允许偏差
S/D
0.1O．050.025S/D≤0.025
S1
±15%,最小±0.6mm
S2
A
±12.5%，最小±0.4mm
B
+正偏差取决于重量要求-12.5
S3
A
±10%,最小±0.2mm
B
±10%
±12.5%
±15%
最小±0.4mm
C
+正偏差取决于重量要求-10%
S4
A
±7.5%, 最小±0.15mm
B
士7.5%
士10%
±12.5%
±15%
最小士0.2mm
S5
±5%，最小士0.10mm
注：
S是钢管公称壁厚，D是钢管公称外径。
2．3．3．2推荐选用的非标准化壁厚允许偏差（见表7）。
偏差等级
非标准化壁厚允许偏差，%
NSl
+15
-12.5
NS2
+15
-10
NS3
+12.5
-10
NS4
-12.5
-7.5
2．3．3．3特殊用途的钢管和冷轧（拔）钢管壁厚允许偏差可采用绝对偏差。
3长度
3．1 通常长度：
钢管一般以通常长度交货。
通常长度应符合以下规定：
热轧（扩）管：
3000~12000mm
冷轧（拔）管：
2000~10500mm
热轧（扩）短尺管的长度不小于2m．冷轧（拔）短尺管的长度不小于1m，
3．2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（见表8）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：
10～15mm。
表8 全长允许偏差
全长允许偏差等级
全长允许偏差．mrn
Ll
0～20
L2
0～10
L3
O～j
3．3特殊用途的钢管．如不锈耐酸钢极薄壁钢管、小直径钢管等的长度要求可另行规定。
4外形
4．1弯曲度
钢管的弯曲度分为全长弯曲度和每米弯曲度两种。
4．1．1全长弯曲度
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（见表9）。
表9 全长弯曲度
弯曲度等级
全长弯曲度，%
不大于
E1
0.20
E2
0.1j
E3
0.10
E4
0.08．．
E5
0.06——
4．1．2每米弯曲度
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（见表1（J）。
表10 每米弯曲度
弯曲度等级
每米弯曲度 mm/m
不大于
F1
3.0
F2
2.0
F3
1.5
F4
1.0
F5
0.5
4．2椭圆度
钢管的椭圆度分为四级（见表11）。
表11 钢管椭圆度
椭圆度等级
椭圆度不大于外径允许偏差%
NRl
80
NR2
70
NR3
60
NR4
50
5重量
钢管按实际重量交货．也可按理论重量交货。
实际重量交货可分为单根重量或每批重量两种。
钢管每米的理论重量按式
（1）计算：
式中：
W——钢管理论重量。
kg/m；
π=3.1416：
ρ——钢的密度．kg/dm3；
D——钢管公称外径，mm
S——钢管公称壁厚．mm。
5．1 按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五级（见表12）。
表12 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
±10
W2
±7.5
W3
+10
-5
W4
+10
-5
W5
+6.5
-3.5
5．2按理论重量交货的钢管，每批不小于10t钢管的理论重量与实际重量允许偏差为±7．5%或土5%。
16Mn（Q345B）低合金无缝钢管的力学性能和化学成分
钢种
力学性能
化学成份
屈服强度
抗拉强度
伸长率
C
Si
Mn
S
P
MPa
kg/mm²
MPa
kg/mm²
min
不大于
不大于
不大于
Q215A
Q215B
215
22
335-410
34-42
31
0.09-0.15
0.03
0.25-0.55
0.050
0.045
0.045
Q235A
Q235B
Q235C
Q235D
235
24
375-460
38-47
26
0.14-0.22
0.12-0.20
≤0.18
≤0.17
0.30
0.30-0.65
0.30-0.70
0.35-0.80
0.35-0.80
0.50
0.45
0.40
0.035
0.045
0.045
0.040
0.035
16Mn（Q345B）
345
35
510-600
51.60
22
0.12-0.20
0.20-0.55
1.2-1.6
0.045
0.045
高压化肥设备用高压无缝钢管（GB6479—1986）
表6-80 化肥设备用高压无缝钢管的尺寸规格
外径／mm×壁厚／mm
理论质量／（kg／m）
外径／mm×壁厚／mm
理论质量／（kg／m）
14×4
O.986
19×5
1.73
15×4
1.09
24×4.5
2.16
15×4.5
1.17
24×6
2.66
25×5
2.47
102×2l
41.95
25×6
2.8l
108×14
32.45
25×7
3.1l
127×14
39.0l
35×6
4.29
127×17
46.12
35×9
5.77
43×7
6.21
127×2l
54.89
43×lO
8.14
133×17
48.63
49×8
8.09
154×23
74.30
49×10
9.62
159×18
62.59
57×9
10.65
159×19
65.60
68×9
13.09
159×20
68.55
68×lO
14.30
159×28
90.45
68×13
17.63
168×28
96.67
70×lO
14.80
180×19
75.43
83×9
16.42
180×22
85.72
83×10
18.00
180×30
110.97
83×ll
19.53
219×35
158.81
83×15
25.15
273x18
113.19
102×11
24.68
273×20
124.78
102×14
30.38
273×34
200.39
102x17
35.64
273×40
229.83
注：
钢管的通常长度为4—12m。
（2）允许偏差见表6-81。
表6-82化肥设备用高压无缝钢管的牌号和化学成分
牌 号
化学成分（质量分数）（％）
C
Si
Mn
S
P
Cr
Mo
lO
0.07～0.14
0.17～O.37
O.35～O.65
O.040
O.035
20G
0.17～0.24
O.17～0.37
O.35～O.65
0.035
0.035
16Mn
0.12～O.20
0.20～O.60
1.20～1.60
0.040
0.040
15MnV
O.12～O.18
O.20～O.60
1.20～1.60
0.040
0.040
V.O.04～0.12
10MoWVNb
O.07～O.13
0.50～O.80
0.50～0.80
0.030
0.040
V.O.30～O.50
O.60～O.90
12CrMo
O.08～0.15
O.17～0.37
O.40～O.70
0.040
0.035
O.40～0.70
O.40～0.55
15CrM0
0.12～O.18
0.17～O.37
O.40～0.70
0.040
O.035
0.80～1.10
O.40～0.55
1Cr5Mo
≤0.15
≤O.50
≤0.60
0.030
O.035
4.00～6.00
O.40～O.60
12Cr2M0
O.08～O.15
O.40～O.70
≤0.50
0.035
O.035
2.00～2.50
O.90～1.20
注：
10MoWVNb钢的w含量为0.50％一0.90％，Nb含量为0.06％一0.12％。
表内所有钢的残余Cu含量均≤0.25％，允许N含量均≤0.008％。
20G为低温用钢，根据用户要求，碳含量可为O.17％～0.22％。
上述含量皆指质量分数。
（4）力学性能见表6-83。
表6-83化肥设备用高压无缝钢管的力学性能
牌 号
力学性能
抗拉强度ób／MPa
屈服点ós／MPa
伸长率δ5（％）
冲击韧度／ak／（J／cm2）
≥
10
335～490
205
24
20G
410～550
245
24
49
16Mn
490～670
320
21
59
15MnV
510～690
350
19
59
10MoWVNb
470～670
295
19
78
12CrMo
410～560
205
2l
69
15CrMo
440～640
235
2l
59
1
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