第2章　钢管制造

2.1　无缝钢管

一般用途无缝钢管是用10、20、30、35、45等优质碳素结构钢或16Mn、15MnV等低合金结构钢或40Cr、30CrMnSi、45Mn2、40MnB等合金钢热轧或冷轧制成的。根据生产方式不同，分为两大类，即热轧无缝钢管和冷加工无缝钢管。冷加工无缝钢管又可分为冷轧和冷拔（冷扩）两种生产工艺。热轧无缝钢管外径一般大于32mm，壁厚2.5～75mm，冷轧无缝钢管外径可以到6mm，壁厚可到0.25mm，薄壁管外径可到5mm，壁厚小于0.25mm，冷轧比热轧尺寸精度高。热轧无缝钢管以热轧状态或热处理状态交货，冷轧无缝钢管以热处理状态交货。

2.1.1　热轧无缝钢管生产

热轧无缝钢管是被广泛应用的一种无缝钢管，占无缝钢管产量的80％。热轧工艺是相对于冷轧而言的，冷轧是在再结晶温度以下进行的轧制，而热轧是在再结晶温度以上进行的轧制。

优点：可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。

缺点：①经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层（夹层）现象。分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多。②不均匀冷却造成的残余应力。对钢构件在外力作用下的性能造成一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。③热轧的钢材产品，对于厚度和边宽不好控制。对于钢材的边宽、厚度、长度、角度以及边线都没法要求太精确。

热轧无缝钢管分一般钢管，低、中压锅炉钢管，高压锅炉钢管，合金钢管，不锈钢管，石油裂化管，地质钢管和其他钢管等。

热轧无缝钢管生产工艺步骤为：管坯准备→毛管生产→荒管生产→成品管生产→钢管精整→切头尾→钢管检测→包装。

目前，采用电弧炉或转炉冶炼→LF炉外精炼→VD真空处理→全保护浇注圆管坯→热连轧机（NPN RFQ）→管加工生产工艺，是最先进的生产工艺流程。

2.1.1.1　管坯和管坯加热及管坯轧前准备

热轧无缝钢管所用的管坯按成形方法可分为钢锭、轧坯、连铸管坯和浇注空心坯。而按钢管的用途可分为：低中压锅炉用管管坯、高压锅炉用管管坯、高压化肥设备用管管坯、结构用管管坯、输送流体用管管坯、石油化工用管管坯、液压支柱用管管坯、气瓶用管管坯、管线管用管管坯和石油钻采用管管坯等。

管坯轧前的准备工作主要包括：复查管坯的表面质量、几何尺寸、重量和钢号；管坯表面缺陷清理；管坯下料，对于有高标准要求的，如高合金钢、不锈钢管坯，要在一端钻定心孔。20世纪90年代以后，随着穿孔机装备的技术进步，在穿孔机主机架内安装了机内三辊定心装置，保证穿孔咬入时顶头找准管坯中心，使毛管壁厚均匀，这种先进的穿孔机，也就不再要求管坯一定要钻定心孔了。

2.1.1.2　毛管生产工艺及设备

毛管生产是热轧无缝钢管生产过程中的第一道变形工序，包括管坯加热、穿孔或冲孔、延伸管工序。根据轧管延伸工序的不同要求，穿孔或冲孔工序也不同。

（1）穿孔工序　管坯穿孔方式有压力穿孔、斜轧穿孔和推轧穿孔三种方式，斜轧穿孔应用最为广泛。其核心设备为二辊斜轧穿孔机，由主机架、轧辊主传动、前台和后台组成。圆管坯在二辊斜轧穿孔机或二辊斜轧一次穿孔机和二次穿孔机或三辊斜轧穿孔机穿轧成厚壁空心毛管，用于各种轧管机。

（2）冲（扩）孔工序　圆管坯液压冲（扩）孔成厚壁空心坯用于挤压管机组，圆波浪形钢锭水压冲孔成厚壁杯形坯，用于大型顶管机组。

（3）冲孔和延伸工序　方管坯水压冲孔成厚壁杯形坯，再加热，延伸成毛管后用于顶管机组；方波浪或圆波浪形钢锭、八角锭水压冲孔成厚壁杯形坯，再加热，延伸并延穿杯底成毛管后用于周期轧管机组。

2.1.1.3　荒管生产工艺及设备

穿孔后的毛管，管壁很厚，表面极不平整，有明显的螺旋纹，需要进一步加工，称为荒管生产，是热轧无缝钢管生产流程的重要变形工序之一，其生产方法包括：自动轧管、周期轧管、三辊轧管、圆盘（狄塞尔）轧管、连续轧管、精密轧管、顶管及挤压管等。各种加工方法各有适用范围，各有优缺点。下面重点介绍自动轧管机组、热连轧机组、精密轧管机组的工作原理以及顶管法和挤压法的工艺流程。

自动轧管机组在20世纪70年代前，一直是无缝钢管轧制的主导机组，被广泛采用。目前仍占无缝钢管生产总量的30％以上。其主要特点是，可生产的产品品种、规格范围大，对市场适应性强，技术成熟，易掌握，加工费用低，成材率高等，其主要缺点是产品质量差。其工作原理为：利用纵轧的方法，在椭圆形孔型中对毛管进行轧制，其工作原理如图1-2-1。

其变形过程是在孔型和顶头构成的环形空间内完成的，其轧管过程如下。

穿孔后的毛管沿着斜箅条滚落下来，自动轧管机的上、下工作辊及下回送辊落下。为去除氧化皮和起一定润滑作用，需要向毛管内抛撒工业食盐。然后在推钢机的帮助下将毛管送入轧辊，上轧辊和下回送辊抬起，钢管被夹住快速送回轧管机前台。通常，在自动轧管机上要轧制2～3道次，为了使壁厚均匀，减少外圆的椭圆度，在轧制第二道之前需要翻钢管90°，然后撒盐和更换顶头，一般第二道顶头直径比第一道顶头直径大1～2mm，最后降下上轧辊和下回送辊。做完上述工作后，用推钢机再次将加工过的毛管送入自动轧管机中轧制，然后自动返回到轧管机前台，翻上斜箅条送往均整机。

目前最先进的热连轧管机组工作原理为：将已穿孔的毛管套在一根芯棒上，依次通过5～9个连续布置的、相邻两机间的轧辊轴线互相垂直、机架间距较近的二辊式（或三辊式）轧机，对毛管进行纵向轧制。由于连轧管机可以实现大变形量，一般总变形量可达80％，延伸系数为2.5～5，所以它具有高生产率。现代化的连轧管机组中配置张力减径机，通常连轧管机只需生产一两种规格的钢管，然后通过张力减径机扩大产品范围。根据芯棒运动方式不同，可将连轧管机分为全浮动、限动和半限动芯棒连轧管机三种类型。全浮动芯棒连轧管机在整个轧制过程中，芯棒自由通过各架轧机，然后由脱棒机将芯棒从钢管中抽出。由于在轧制过程中不控制芯棒的速度，因此在整个轧制过程中芯棒运动速度多次变化，将导致金属流动条件改变，直接影响变形过程，造成钢管纵向壁厚和直径的波动，从而影响成品管的尺寸精度。另外芯棒长度大，一则为制造增加成本和难度；再者在轧制直径较大的钢管时，长的芯棒质量大，钢管带着过重的芯棒在辊道上运行，将会导致钢管损坏，也给芯棒的维护、保管带来很大的困难。因此，目前全浮动芯棒连轧管机均用于生产钢管直径小于177.8mm的中小型钢管。限动芯棒连轧管机是在整个轧制过程中对芯棒加以限制，使芯棒以低于轧制速度的恒定速度运行。在轧制过程结束后，钢管由芯棒上脱出，而芯棒则由限动机构带动快速返回。这种方法可以避免不规则金属流动，可以获得非常好的钢管壁厚公差，可生产大、中规格的钢管。半限动芯棒连轧管机在轧制过程中对芯棒速度进行控制，但轧制过程结束之前将芯棒放开，像全浮动芯棒连轧管机一样将芯棒带出轧机，然后由脱棒机将芯棒从钢管中抽出。近年来半限动芯棒连轧管机受到重视。

AR（ACCU-ROLL）轧管机组（精密轧管机）则是改良型狄塞尔轧管机，其主要特点是：水平布置的双支承的锥形轧辊，立式传动的大导盘，限动芯棒控制斜轧。其优点是产品质量好、可生产大直径薄壁管、可轧制高合金钢材质钢管、轧管长度长、成材率高等。

顶管法生产无缝钢管是一种比较古老的方法，它主要适用于生产中、小直径的碳素及合金钢管，直径为57～219mm，壁厚2.5～15mm，长度8～15m，其优点是钢管精度高，尤其是内、外表面质量高，在精整工段甚至可以不必设置修磨设备。

挤压法可生产其他轧制方法无法实现的复杂断面的管材，是对放在挤压筒中金属的一端施加压力，使之通过模孔成形的一种压力加工方法。根据挤压时金属流动方向与挤压杆运动方向的不同，分为正挤压和反挤压。生产流程为：坯料加工→脱脂→环形炉加热→感应炉加热→除鳞→涂粉→穿孔/扩孔→空心坯再加热→除鳞→内外涂粉→挤压→酸洗（碱洗）/喷丸。

2.1.1.4　成品管生产工艺及设备

成品管生产是无缝钢管热轧生产流程的最后一道变形工序，分为热定（减）径和热扩径两大工艺。通过此工序将直径较大且已经达到成品钢管壁厚尺寸和精度要求的荒管，经定、减、扩径达到成品管的直径。热定、减径或热扩径后，钢管一般约为800℃的高温状态，要冷却到常温。如果冷却工序不当，钢管将产生弯曲变形。为了保证质量，必须在专门的冷床上均匀冷却钢管。

热定、减径机依其结构形式分为二辊式和三辊式，均由多机架组成，定径（带微张力）机组通常由3～14个机架组成。当需要大减径量时，即为减径机和张力减径机，多达24～28架。定、减径机一般采用二辊式，微张力定径机和张力减径机多采用三辊式。

为保证热定、减径后的钢管几何尺寸的精度和力学性能，钢管定、减径前的温度视钢种和机架数而定，一般为［（950～980）±10］℃，出定、减径机的温度一般为830～900℃。达不到这一温度的轧管机，一般都建有再热加热炉。

为了提高轧管机组的生产效率和产量，在轧管机后配备了张力减径机。这样，轧管机只需轧出1种或2种最多3种规格外径的荒管，通过张力减径机就可以生产出不同直径和壁厚的成品钢管，使轧管机的轧制的钢管单一化，从而减少管坯和芯棒的数量。如宝钢无缝管厂的140mm连轧机组用两个直径、不同壁厚的72个规格的荒管，张力减径后就生产出成品管468个规格。

冷床是热轧无缝钢管完成最后一道变形工序后，使热状态钢管从轧制温度冷却到常温的重要设备。其主要功能是保证钢管冷却过程中均匀降温，使钢管不产生弯曲，以确保钢管直线度。冷床分为链条式和步进式两大类，目前一般都选用先进的步进式冷床。

2.1.1.5　钢管精整工艺及设备

钢管精整工序包括：矫直、热处理、切（锯）钢管头尾、锯（切）分段、取样、检查、修磨、切（锯）废品管段、喷印标记、包装以及有特殊要求的热处理、无损检测、液压试验及涂层等。

钢管矫直在矫直机上完成，主要是消除轧制、运送、冷却和热处理工序中钢管产生的纵向弯曲、扭曲及减少钢管的椭圆度。利用多次弹-塑性纵向弯曲或拉伸来矫正钢管的纵向弯曲；用弹-塑性扭转来矫正扭曲的钢管，有时，采用扭转及拉伸联合对钢管进行矫正。椭圆度只能在斜辊式和转子式矫直机上被矫正。根据用途和结构，现有的矫直机分为：压力矫直机、链式矫直机、平行辊式矫直机、转子矫直机、扭转-拉伸式矫直机和多辊式矫直机。

钢管热处理是钢管生产的重要工序之一，通过不同的热处理工艺，可以使钢管满足特定使用条件下对钢管性能的要求。对钢管组织性能及硬度的不同要求，钢管热处理工艺可分为5大类，即退火（完全退火、等温退火、球化退火）、正火、正火+回火、调质和固溶处理。为实现钢管热处理，一般无缝管厂均建有独立的或热处理与精整工序连在一起的生产线。热处理设备包括：连续式辊底炉和步进式加热炉。调质处理的淬火装置对保证质量极其重要，现在常用的淬火装置有三种形式：放射式淬火装置、心轴式喷流装置和机械化淬火槽。前两种形式一般只能淬壁厚在13mm以下的管子，若需要淬10mm以上的厚壁管时，采用内表面淬火才能淬透。

钢管在线锯切工序是将钢管在轧制中产生的头尾以及存在缺陷的管段切掉，或将定减径后的倍尺长管分段锯切为单倍尺管，或将经检查和探伤确定的废品管段去掉，一般采用切管机和排管锯。对于产量不高、钢管根数不特别多的轧管机组选用切管机；产量高或钢管根数特别多的轧管机组选用排管锯。

一般热轧无缝钢管精整线的最后工序是对每根钢管测长、称重、喷印标记和打捆包装。过去这些工作都是由人工完成，目前已经实现机械化，甚至自动化操作。

2.1.2　钢管冷加工生产

钢管冷加工主要用来生产小直径、精密、薄壁和高强度管材。冷加工的钢管在各国的钢管产量中均占相当大的比例，在我国国民经济中也占有相当大的比例。目前在国外，钢管冷加工主要的方法是冷拔和冷轧。冷扩管是我国独创，因为在我国相当长的一段时间内，缺少大中型轧管机组，大中口径无缝钢管紧缺。为解决内需，采用了冷扩径的办法生产大直径无缝钢管。

总的来说，钢管冷拔、冷轧和热轧相比具有以下特点。

①可生产薄壁、极薄壁和大直径薄壁管、小直径管和毛细管，以及各种异形和变断面管和管件。

②可生产高尺寸精度且表面光洁程度高的钢管。

③配以相应的热处理制度，冷加工钢管能获得很高的综合力学性能。

④一些热加工温度范围窄、高温韧性低而室温塑性好的材料用热轧难以成形，而采用空心铸坯可用冷加工生产钢管。

冷轧（拨）无缝钢管除分一般钢管、低中压锅炉钢管、高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、其他钢管外，还包括碳素薄壁钢管、合金薄壁钢管、不锈薄壁钢管、异形钢管。

2.1.2.1　钢管冷加工用的管坯准备

冷拔、冷轧钢管用的管坯也是由热轧钢管轧管机组来生产的，自动轧管机组、连轧管机组、周期轧管机组、精密轧管机组和挤压机组等都可以生产冷拔、冷轧钢管的管坯。对于直径小于等于100mm的坯料管，是经过减径机和张力减径机减径或定径后的成品管。大中直径的管坯使用定径后的热轧成品管。

2.1.2.2　冷拔、冷扩钢管生产工艺及设备

钢管冷拔、冷扩主要特点如下。

①生产效率高，灵活性大，由于工具简单，调整方便，可以生产规格范围很大的各种形状的钢管，其中如毛细管、厚壁小直径管和各种异形管，用其他方法难以或不可能生产的钢管。

②产品质量好，工具费用低，设备比较简单。

③冷拔方法的缺点是生产循环次数多，因为每一道次的变形量不超过40％，辅助工序多，金属消耗比冷轧方法大。

④冷拔方法主要用于生产各种碳素钢、一些低合金钢和合金钢钢管。近些年开始用冷减径的方法，有可能生产3～4mm的小直径管。

冷拔钢管生产工艺的种类很多，主要有无芯棒拔制（即空拔）、短芯棒拔制、长芯棒拔制、游动芯棒拔制、多模拔制、辊模拔制、温拔和超声波拔制等。目前广泛使用的是空拔和短芯棒拔制。冷拔钢管生产典型工艺见图1-2-2。

冷拔（扩）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），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。合格后，用油漆标记并入库。

拔管机是冷拔钢管的核心关键设备，主要冷拔管机的形式、技术性能和特点见表1-2-1。

2.1.2.3　冷轧钢管生产工艺及设备

冷轧无缝钢管制造工艺流程基本与冷拔（冷扩）工艺流程类似，只是采用冷轧管机代替了拔管机，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，钢管冷轧的主要特点如下。

①几乎没有金属消耗。

②变形量大，使用锥形芯棒（周期式冷轧）时可以得到很大的管壁压下量（75％～85％）和减径量（65％），从而缩短生产周期。

③由于压下量大，管径壁厚不均和公差可显著减小。

④变形应力状态好，产品尺寸精度高，内、外表面质量好，表面不会出现冷拔时的纵向裂纹。

⑤用少数几种壁厚的管料就可以生产很多规格的成品管。

⑥钢管冷轧的缺点是：受工具和工艺要求的限制，品种不能多样化，工具制造困难，设备也比较复杂。

⑦冷轧广泛用来生产高合金钢、合金钢和碳素钢管。

冷轧钢管的生产的一般工艺流程如下。

圆管坯→检验→剪断→加热→穿孔→轧管→冷却→检验→酸洗、润滑→冷轧机轧制→无氧热处理→精密矫直→切头、倒棱→无损检测→检验→防锈处理、包装→司磅、入库。

轧管机是冷轧钢管的核心设备，主要有二辊式冷轧管机、多辊式冷轧管机、冷连轧管机和多排式冷轧管机。

2.1.3　无缝钢管检测

无缝钢管的检测是保证出厂钢管质量的重要手段，可分为以下几类。

（1）化学成分分析　常采用化学分析法和仪器分析法（红外C-S分析、直读光谱、N-O仪等）。

（2）钢管几何尺寸及外形检查　钢管壁厚检查、钢管外径检查、椭圆度检查、钢管长度检查、钢管弯曲度检查、钢管端面坡口角度和钝边检查。

（3）钢管表面检查　包括人工肉眼检查、磁粉探伤和表面着色探伤。

（4）钢管无损检测　主要有超声波探伤、涡流探伤、漏磁探伤、射线探伤。

2.2　焊接钢管

2.2.1　焊管生产概述

焊接钢管也称焊管，是用钢板或带钢经过卷曲成形后焊接制成的钢管。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。按生产方法分类，可分为电弧焊管、电阻焊管（高频、低频）、气焊管、炉焊管。因其焊接形式的不同分为直缝焊管和螺旋焊管两种。因其端部形状又分为圆形焊管和异形（方、扁等）焊管。

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，焊缝质量不断提升，焊接钢管的品种规格日益增多，并在越来越多的领域代替了无缝钢管。

焊管常用材质为：Q235-A、Q235-C、Q235-B、16Mn、20、Q345、L245、L290、X42、X46、X60、X80、0Cr13、1Cr17、00Cr19Ni11、1Cr18Ni9、0Cr18Ni11Nb等。

本节重点介绍几种具有代表性的直缝电焊钢管和螺旋电焊钢管的生产工艺与检测方法。

2.2.2　直缝高频焊接钢管的生产工艺

直缝高频焊接（elect ricresistance welding，ERW）钢管是通过高频焊接机组将一定规格的长条形钢带卷成圆管状并将直缝焊接而成的钢管。钢管的形状可以是圆形的，也可以是方形或异形的，它取决于焊后的定径轧制。焊接钢管的材料主要是：低碳钢及σs≤300N/mm2（300MPa）、σs≤500N/mm2的低合金钢或其他钢材。直缝钢管高频焊接的生产工艺流程如图1-2-3所示。

钢管的高频焊接是利用交流电的趋肤效应和邻近效应，钢材（带钢）经滚压成形后，形成一个截面断开的圆形管坯，在管坯内靠近感应线圈中心附近旋转一个或一组阻抗器（磁棒），阻抗器与管坯开口处形成一个电磁感应回路，在趋肤效应和邻近效应的作用下，管坯开口处边缘产生强大而集中的热效应，使焊缝边缘迅速加热到焊接所需温度，经压辊挤压后，熔融状态的金属实现晶间接合，冷却后形成一条牢固的对接焊缝。

直缝钢管的高频焊接过程是在高频焊管机组中完成的。高频焊管机组通常由滚压成形、高频焊接、挤压、冷却、定径、飞锯切断等部件组成，机组的前端配有储料活套，机组的后端配有钢管翻转机架；电气部分主要由高频发生器、直流励磁发电机和仪表自动控制装置等组成。

高频焊直缝钢管生产工艺中，高频焊接往往是决定钢管质量的关键工序，高频焊接的几个关键控制要素如下。

（1）焊缝间隙的控制　将带钢送入焊管机组，经多道轧辊滚压，带钢逐渐卷起，形成有开口间隙的圆形管坯，调整挤压辊的压下量，使焊缝间隙控制在1～3mm，并使焊口两端齐平。如间隙过大，则造成邻近效应减少，涡流热量不足，焊缝晶间接合不良而产生未熔合或开裂。如间隙过小则造成邻近效应增大，焊接热量过大，造成焊缝烧损；或者焊缝经挤压、滚压后形成深坑，影响焊缝表面质量。

（2）焊接温度控制　焊接温度主要受高频涡流热功率的影响，高频涡流热功率主要受电流频率的影响，涡流热功率与电流激励频率的平方成正比。而电流激励频率又受激励电压、电流和电容、电感的影响。只要改变回路中的电容、电感或电压、电流即可改变激励频率的大小，从而达到控制焊接温度的目的。对于低碳钢，焊接温度控制在1250～1460℃，可满足管壁厚3～5mm焊透要求。另外，焊接温度亦可通过调节焊接速度来实现。

当输入热量不足时，被加热的焊缝边缘达不到焊接温度，金属组织仍然保持固态，形成未熔合或未焊透；当输入热量过多时，被加热的焊缝边缘超过焊接温度，产生过烧或熔滴，使焊缝形成熔洞。

（3）挤压力的控制　管坯的两个边缘加热到焊接温度后，在挤压辊的挤压下，金属晶粒互相渗透、结晶，形成共同晶粒，最终形成牢固的焊缝。若挤压力过小，形成共同晶粒的数量就小，焊缝金属强度下降，受力后会产生开裂；如果挤压力过大，将会使熔融状态的金属被挤出焊缝，不但降低了焊缝强度，而且会产生大量的内、外毛刺，甚至造成焊接搭缝等缺陷。

（4）高频感应圈位置的调控　高频感应圈应尽量接近挤压辊位置。若感应圈距挤压辊较远时，有效加热时间较长，热影响区较宽，焊缝强度下降；反之，焊缝边缘加热不足，挤压后成形不良。

（5）阻抗器　阻抗器是一个或一组焊管专用磁棒，阻抗器的截面积通常应不小于钢管内径截面积的70％，其作用是使感应圈、管坯焊缝边缘与磁棒形成一个电磁感应回路，产生邻近效应，涡流热量集中在管坯焊缝边缘附近，使管坯边缘加热到焊接温度。阻抗器用一根钢丝拖动在管坯内，其中心位置应相对固定在接近挤压辊中心位置。开机时，由于管坯快速运动，阻抗器受管坯内壁的摩擦而损耗较大，需要经常更换。

（6）焊缝经焊疤清除　清除方法是在机架上固定刀具，靠焊管的快速运动将焊疤刮平。焊管内部的毛刺一般不清除。

高频焊管的技术要求与质量检验。根据GB 3092《低压流体输送用焊接钢管》标准的规定，焊管的公称直径为6～150mm，公称壁厚为2.0～6.0mm，焊管的长度通常为4～10m，可按定尺或倍尺长度出厂。钢管表面质量应光滑，不允许有折叠、裂缝、分层、搭焊等缺陷存在。钢管表面允许有不超过壁厚负偏差的划道、刮伤、焊缝错位、烧伤和结疤等轻微缺陷存在。允许焊缝处壁厚增厚和内缝焊筋存在。

2.2.3　UOE钢管生产工艺

UOE法是当今国际上最先进的直缝钢管成形方法之一，是目前国际上广泛采用的成熟的大直径直缝埋弧焊管成形工艺，生产的钢管广泛用于大型管道工程、输水输气工程、城市管网建设，钢结构建筑，桥梁打桩，市政工程中。

UOE法首先将预弯边的钢板在U成形压力机的成形模内压成U形，然后在O成形压力机的成形模内再压成O形焊接成管后，再整体扩径。典型工艺流程见图1-2-4。

UOE直缝埋弧焊钢管成形各工序分别采用专用的成形压力机，依次完成钢板边部预弯、U成形及O成形三道工序，将钢板变形成为圆形管筒。其优点是：生产自动化程度高，生产率高，产品质量优良、稳定。

（1）钢板边部预弯

钢板边部预弯的目的是完成两板边的预变形。使板边的弯曲半径达到或接近所生产钢管规格的半径，从而保证钢管焊缝区域的几何形状和尺寸精度，避免在O成形后管坯呈“梨形”。钢板边部预弯通常在辊式弯边机或预弯边压力机上完成。辊式弯边机一般用于较薄钢板边部的弯曲成形，对高强度厚板的预弯效果不理想，容易造成钢板边部纵向延伸。预弯边压力机是专用的板边预弯成形的压力机，适用于厚板的预弯曲成形。根据钢板长度、弯边模具长度、压力机成形力以及生产能力的不同，预弯边压力机的弯边操作是分若干步完成的，钢板每前进一个模具长度，下模具压上一次，直至整个板边长度都完成预弯边操作，一般分3～5步完成。

（2）U成形

边部预弯后的钢板进人第二个成形工序——U成形。钢板在U成形压力机上完成定位后，U成形压力机垂直压模向下运动，在下支承辊或模具的作用下，将钢板弯曲变形成U形管筒。U成形压力机根据其下部机构不同分为凯泽型（KAISER）、维尔森型（VERSON）和曼内斯曼型（MANNESMANN）。凯泽型U成形压力机为连杆自由弯曲式，其特点为成形时支点间距较大，垂直压模压下到一定行程时，侧压辊连同连杆机构一同向内继续将钢板弯曲成U形管筒；维尔森型U成形压力机为摇臂模式，与凯泽型类似，靠垂直压模施加压力，压下到一定行程时，下支承辊模翻转，将钢板弯曲成U形管筒；曼内斯曼型U成形压力机是带有垂直主压力缸和侧压力缸的压力机，垂直主压力缸与侧压力缸均可单独驱动，成形过程中侧压力缸不受主压力缸的制约。其特点是采用带曲率半径的垂直冲模，冲模的曲率半径取决于钢种和成品钢管的直径，因此可获得较好的弯曲性能，是当今世界较先进并被广泛应用的机型。曼内斯曼型U成形压力机变形过程按以下两个阶段完成：垂直冲模压下，钢板在垂直冲模及下支承辊的作用下变形为两腿微张的U形；两侧水平压辊向内压进，钢板继续变形并形成一定的过弯，使弹性恢复后成形为规则的U形管筒。

（3）O成形

钢板变形为U形管筒后，进入第三个主变形工序——O成形。在此工序中，O成形压力机上模压下，完成将U形管筒变形为O形管筒的变形过程。O成形压力机上装有两个对开的半圆柱面的压模，将U形的两条腿弯曲后，再进一步变形为O形，施加一定程度的压缩变形，控制成形后几何形状的同时，控制弹性恢复。

UOE直缝埋弧焊管焊接工序也是决定焊管质量的关键工序，特别是高强度钢材制造UOE钢管时，管子焊缝性能往往直接影响管子是否合格。UOE管直缝焊接一般采用双面埋弧自动焊，通过钢材成分分析，匹配合适的焊材，实现焊缝与母材性能相当。

2.2.4　JCOE直缝埋弧焊钢管生产工艺

JCOE是直缝焊接钢管的一种成形方式，也是生产线上的设备之一。主要以双面埋弧焊生产工艺为主，产品经折弯、合缝、内焊、外焊、矫直、平头等多道工序，完成直缝焊接钢管的生产。工艺流程见图1-2-5。

常用材质有：Q235-A、Q235-B、16Mn、20、Q345、L245、L290、X42、X46、X70、X80、0Cr13、1Cr17、00Cr19Ni11、1Cr18Ni9、0Cr18Ni11Nb等。

JCOE钢管在大型管道工程、输水输气工程、城市管网建设、钢结构建筑、桥梁打桩、市政建设和城市建设中扮演着重要角色。

JCOE埋弧焊直缝钢管生产工艺要点如下。

（1）板探　用来制造大口径埋弧焊直缝钢管的钢板进入生产线后，首先进行全板超声波检验。

（2）铣边　通过铣边机对钢板两边缘进行双面铣削，使之达到要求的板宽、板边平行度和坡口形状。

（3）预弯边　利用预弯机进行板边预弯，使板边具有符合要求的曲率。

（4）成形　在成形机上首先将预弯后的钢板的一半经过多次步进冲压，压成J形，再将钢板的另一半同样弯曲，压成C形，最后形成开口的O形。

（5）预焊　使成形后的直缝焊钢管合缝并采用气体保护焊（MAG）进行连续焊接。

（6）内焊　采用纵列多丝埋弧焊（最多可为四丝）在直缝钢管内侧进行焊接。

（7）外焊　采用纵列多丝埋弧焊在直缝埋弧焊钢管外侧进行焊接。

（8）超声波检验Ⅰ　对直缝焊钢管内、外焊缝及焊缝两侧母材进行100％检查。

（9）X射线检查Ⅰ　对内、外焊缝进行100％的X射线工业电视检查，采用图像处理系统以保证探伤的灵敏度。

（10）扩径　对埋弧焊直缝钢管全长进行扩径以提高钢管的尺寸精度，并改善钢管内应力的分布状态。

（11）水压试验　在水压试验机上对扩径后的钢管进行逐根检验以保证钢管达到标准要求的试验压力，该机具有自动记录和储存功能。

（12）倒棱　将检验合格后的钢管进行管端加工，达到要求的管端坡口尺寸。

（13）超声波检验Ⅱ　再次逐根进行超声波检验以检查直缝焊钢管在扩径、水压后可能产生的缺陷。

（14）X射线检查Ⅱ　对扩径和水压试验后的钢管进行X射线工业电视检查和管端焊缝拍片。

（15）管端磁粉检验　进行此项检查以发现管端缺陷。

（16）防腐和涂层　合格后的钢管根据用户要求进行防腐和涂层。

JCOE直缝钢管的内外表面应光滑，不允许有折叠、裂缝、分层、搭焊、断弧、烧穿及其他深度超过壁厚下偏差的局部缺陷存在。

2.2.5　螺旋焊管生产工艺

螺旋焊管是以带钢卷板为原材料，经常温挤压成形，以自动双丝（或多丝）双面埋弧焊工艺焊接而成的螺旋缝焊接钢管。有两种工艺形式，一是连续生产，另一种是间断生产。前者利用活套装置储存带钢或者使用飞焊车保证在接带对头焊接时能够连续生产，保证机组递送、成形焊接连续进行；后者由于没有活套装置和飞焊车，当一卷带钢生产完后，整个机组全线停产，待将两卷带钢头、尾焊接好后再恢复生产，这种工艺现在已很少采用。图1-2-6为螺旋埋弧焊管生产工艺流程图。

2.2.5.1　工序过程

工序过程描述如下。

（1）开卷板探　将钢板开卷后进入生产线，首先进行全板超声波检验。

（2）矫平铣边　通过压砧机使原来卷曲的钢板平整，再通过铣边机对钢板两边缘进行双面铣削，使之达到要求的板宽、板边平行度和坡口形状。

（3）剪切成形　在生产线上将钢板沿外沿螺旋卷曲成管状。

（4）对焊切割　采用先进的双面埋弧焊技术进行预焊接→内焊接→外焊接。将焊接成形的钢管使用等离子弧切割成规范长度。

（5）目视检查　由专业技术人员对一些基本参数进行检查。

（6）超声波探伤　对内、外焊缝及焊缝两侧母材进行100％的检查。

（7）X射线探伤　对内、外焊缝进行100％的X射线工业电视检查，采用图像处理系统以保证探伤的灵敏度。

（8）打压试验　在水压试验机上对钢管进行逐根检验以保证钢管达到标准要求的试验压力。

（9）倒棱平头　将检验合格的钢管进行管端加工，达到要求的管端坡口尺寸。

（10）最后检查　再次进行超声波和X射线探伤以及进行管端磁粉检验，检查是否存在焊接问题及管端缺陷。

（11）涂油打标　合格后的钢管进行涂油以防腐蚀，并根据用户要求进行打标。

除了以上检测项目外，根据API标准及其他相关标准和一些用户的特殊要求，还需要对钢板、钢管进行有损检验和其他检验，其中包括进厂原材料理化性能的抽检、100％的钢板外观检查。

2.2.5.2　技术特点

技术特点如下。

①钢管成形过程中，钢板变形均匀，残余应力小，表面不产生划伤。加工的钢管在尺寸规格范围上有更大的灵活性，尤其在生产高钢级厚壁钢管，特别是大口径厚壁管方面具有其他工艺无法比拟的优势，可满足用户在钢管规格方面更多的要求。

②采用先预焊后内外焊（精焊）的工艺，可在最佳位置实现焊接，不易出现错边、焊偏和未焊透等缺陷，容易控制焊接质量。

③进行整体机械扩径，可有效地提高钢管的尺寸精度，并改善钢管内应力的分布状态，从而避免由于应力腐蚀造成的破坏，同时有利于现场的焊接施工。

④对钢管进行9项100％的质量检查，使钢管生产的全过程均在有效的检测、监控之下，有效地保证了埋弧焊钢管产品质量。

⑤整条生产线的全部设备具备与计算机数据采集系统联网的功能，实现数据即时传输，由中央控制室对生产过程中的技术参数和质量指标进行采集。

2.2.5.3　钢管质量检测

螺旋钢管在出厂之前应做力学性能试验和压扁试验以及扩口试验，并要达到标准规定的要求。质量检测方法如下。

（1）外观检验　焊接接头的外观检验是一种手续简便而又应用广泛的检验方法，是成品检验的一个重要内容，主要是发现焊缝表面的缺陷和尺寸上的偏差。一般通过肉眼观察，借助标准样板、量规和放大镜等工具进行检验。若焊缝表面出现缺陷，焊缝内部便有存在缺陷的可能。

（2）无损检测　对于可燃介质流体输送用钢管的螺旋焊缝应进行100％射线或超声波检验，对用于水、污水、空气、采暖蒸汽等普通流体输送用的钢管的螺旋焊缝应进行X射线或超声波检验抽查（20％）。钢管的补焊焊缝、钢带对头焊缝及环向焊缝应进行X射线或超声波检验。

（3）水压试验　每根钢管应做静水压力试验而无渗漏现象，试验压力按公式p=2ST/D（式中，p——试验压力，MPa，S——管材标准最小屈服强度，MPa；T——管壁厚度，mm；D——管外径，mm。）计算。静水试验的试验应力按相应管材标准屈服强度最小值（如Q 235为235MPa）的60％选取。D<508mm时，试验压力保持时间不少于5s；D≥508mm时，试验压力保持时间不少于10s。

根据螺旋钢管质量检验结果，通常将螺旋钢管分为三类：合格品、返修品和废品。合格品指外观质量和内在质量符合有关标准或交货验收技术条件的螺旋钢管；返修品指外观质量和内在质量不完全符合标准和验收条件，但允许返修，返修后能达到标准和验收条件的螺旋钢管；废品指外观质量和内在质量不合格，不允许返修或返修后仍达不到标准和验收条件的螺旋钢管。

2.3　铸造管生产工艺简介

铸造管以离心铸管工艺为主流，与砂型铸造相比，优点如下。

①铸件的致密性较高，气孔、夹渣等缺陷少，其力学性能高于常见的砂型铸造。

②生产中空铸件时型芯用量很少，甚至不用，生产过程中的废弃物较少，有利于环境保护。

③铸造中几乎没有浇铸系统和冒口系统的金属消耗，工艺出品率高。

④借助离心力的作用提高了浇铸过程中金属液体的充型性，故可生产薄壁铸件。

⑤对于具有旋转中心的铸件，如管、筒、套、辊、轮等铸件的生产较为方便。

根据铸型轴线在空间的位置，离心铸管可分为卧式和立式离心铸造两种：铸型的旋转轴线处于水平或与水平成一定夹角（<15°）时，称为卧式离心铸造，在铸管及轴套的生产中应用极广；而铸型的旋转轴线处于垂直时，称为立式离心铸造，多用于双合金轧辊及轮圈的生产。根据生产方法，可分为水冷法和热模法两大类，水冷法离心铸管机分为水冷金属型离心铸管机和雨淋金属型离心铸管机，雨淋金属型离心铸管机多用于DN>800mm的铸铁管生产，生产效率低，目前已很少使用，热模法离心铸管机又分为树脂砂内衬法热模离心铸管机和涂料内衬法热模铸管机，涂料内衬法所生产的铸管具有较高的质量，因此有取代树脂砂法的趋势。对于DN>1000mm的铸管生产多采用单工位热模离心铸管机，对于DN<600mm的铸管生产多采用多根管模循环生产（管模最多循环根数多为21根）的多工位热模离心铸管机。

离心球磨铸管经过多年的发展，工艺日臻完善，世界各大公司的生产工艺和上述三种离心铸管工艺大同小异，仅因具体生产条件不同而稍有差异，典型生产工艺流程框图见图1-2-7。

主要工艺要点如下。

（1）铁水制备　生产所用铁水的制备有两种方式：一是直接利用高炉铁水；二是用冲天炉或其他方法来熔化铸铁。

（2）球化处理　在国内球磨铸铁管生产中，铁水球化主要有冲入法和喂丝法。球化处理完毕后，迅速将铁水内的浮渣扒净，然后转入离心机进行浇铸。

（3）离心浇铸　球化后的铁水进入离心浇铸机的扇形包内，进行再次扒渣；离心机上行，随之铸型开始旋转，扇形包中的铁水以一定的速度导入浇铸机中，依次经落槽、流槽再流入铸型内；依次完成承口浇铸、直管浇铸；铁水在离心力的作用下，快速成形并凝固；拔管机将成形的管子从铸型中拔出；同时进行下一根铸管的浇铸准备。

（4）退火处理　水冷法生产的球磨铸铁管需经退火处理，消除管体内的渗碳体，达到基本铁素体化，以提高铸管的力学性能。

（5）精整　精整工序包括喷锌、三磨（清理承口、插口修磨、内壁修磨）、切环、倒角、试压等工序，基本为流水线作业。

（6）水泥涂衬　水泥涂衬是在铸管内表面衬上一层较薄的水泥砂浆，以增强铸管内表面的耐蚀性能，并提高铸管内表面的粗糙度。

（7）喷漆包装　在铸管外表面涂上沥青漆（煤气管内、外面均涂沥青漆），以增强铸管表面的耐蚀性能，提高铸管的外表面质量，喷涂沥青漆有预热、喷涂、烘干三个过程。烘干后的铸管喷标识，经检验人员终检合格后，即可入库。