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钢管生产工艺讲座
各位同学：
本次钢管生产工艺讲座主要包括以下四部分： 一、钢管生产工艺概论
二、宝钢?140无缝管生产线介绍 三、宝钢?610ERW焊管生产线介绍 四、宝钢?1422UOE焊管生产线介绍 首先介绍一下钢管生产工艺概论
钢管按生产方式可分为无缝钢管和焊接钢管两类，分别采用热穿孔和钢板/带钢焊接工艺生产。 无缝管生产工艺：
无缝钢管生产是以圆钢或连铸坯为原料,经加热、穿孔、连轧和张减后, 采用相应的精整设备生产的成品管.
穿孔是管坯被两个同向旋转的轧辊咬入后，利用轧辊轴线与轧制线倾斜交错形成的角度，形成一个轴向力；同时利用管坯旋转产生的中心疏松，即“曼乃斯曼”效应，完成管坯穿孔过程。穿孔斜轧过程中产生的3种附加变形:周向剪切变形、纵向剪切变形、表面扭转变形 。
连轧是毛管内穿入长芯棒后，经过多机架顺序布置且相邻机架辊缝互错（二辊式辊缝互错90°，三辊式互错60°）的连轧机轧成钢管。连轧管时，孔型顶部的金属由于受到轧辊外压力和芯棒内压力作用而产生轴向延伸，并向圆周横向宽展 ，达到减径减壁的效果。
定减径是热轧无缝钢管生产过程中的精轧变形阶段，使所轧钢管尺寸到达标准要求的值及精度，外径是靠设定的孔型尺寸决定。根据变形量的大小是否采用张力，张力是通过前后机架的速度差产生的。
焊管生产工艺：
焊接钢管的生产工艺过程是将管坯（板带钢）用各种成型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而获得钢管的过程。因此成型和焊接是它的两个基本工序，而不同的成型和焊接方法构成不同的焊管生产方法 。
焊管主要工艺有SSAW（螺旋缝埋弧焊）、LSAW（直缝埋弧焊）和ERW（电阻焊）三种。LSAW管按其不同的成形方式又分为UOE、RBE、JCOE等。宝钢生产的是ERW焊管和UOE焊管。
ERW,即：Electric Resistant Welding 中文为：电阻焊
ERW生产工艺，是将带钢送入预成型和精成型机后形成园筒状管坯, 通过感应线圈或接触焊靴后，管坯中感应产生的高频感应电流或接触焊靴导入的高频电流通过带钢边缘，由带钢边缘自身电阻产生了电阻热加热熔融带钢边缘，加热熔融的带钢边缘经挤压辊挤压,由排出物形成焊缝.
图2为带钢经过挤压辊时，液态金属和氧化物被挤出焊缝的情况。
ERW焊接没有添加任何焊接材料，实际是一种煅焊。质量优良的焊接，熔合面不会残留任何熔融金属或氧化物。
正常的高频焊接区域形貌见图3。
UOE是Uing-Oing-Expanding，即弯边（C成型）－U成型－O成型－扩径 UOE生产工艺是单张板材通过弯边、 U成型和O成型后，形成有缝的荒管形状，通过预焊、内焊和外焊，焊接成钢管，焊接工艺多采用埋弧自动焊，焊接后
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的钢管进行扩径，以消除应力。
埋弧焊的焊接过程及原理
埋弧焊定义：电弧在焊剂层下燃烧以进行焊接的熔化极电弧焊方法(Submerged arc welding)
优点：生产效率高 、 焊缝质量好 、劳动条件好
缺点：难以全位置焊 、对焊前装配要求高、不适宜焊接薄板／短缝 、 适焊材料有限
各自生产工艺的特点，决定了相应工艺适宜的产品生产范围。无缝管适
合生产小口径厚壁管和合金管；SSAW适合生产中大口径薄壁管；LSAW适合生产中大口径厚壁管；ERW适合生产中小口径薄壁管。目前国内焊管产品中，SSAW管使用范围较宽，而ERW管比例偏低。预期这种状况将得到市场调整，向钢管国际化市场水平靠拢。
宝钢股份公司宝钢分公司钢管厂包括了无缝生产工艺和焊管生产工艺，主要由?140无缝生产线、?610ERW焊管生产线、?1422UOE焊管生产线三条主线，下面就这三条主线的生产工艺及设备情况，向各位同学做以介绍。 第二部分：?140无缝生产线介绍 1、概述
宝钢无缝钢管φ140机组于1985年11月投产。主体技术装备从德国曼内斯曼-德马克公司引进，以曼内斯曼钢管公司RK2连轧管机组为样板设计，采用了狄舍尔导盘穿孔、6机架空心坯减径、8机架浮动芯棒连轧、28架三辊微张力减径等先进工艺，具有八十年代初国际先进水平。设计年产量50万吨。产品规格为外径21.3～139.7mm，壁厚2.0-25mm。产品品种有油管、套管、钻杆、高压锅炉管、中低压锅炉管、商品管、输送管和冷拔管料。
在1993年达产的基础上，产量步步攀升，2002年产量达到80万吨，最高年产量达到84.5万吨，创国际同类连轧管机组最高水平。
通过多年来的生产以及攻关、改造与更新，对工艺装备的持续改进和更新，连轧管机组达到同类机组国际先进水平，油井管加工和高压锅炉管精整的工艺装备达到国际领先水平。。 通过科研和新产品开发，钢管壁厚精度得到很大改善；开发了φ169孔型、φ189孔型和φ200孔型，钢管外径扩大到194mm，壁厚扩大到30mm；开发了T91高铬高压锅炉管、S135高强度高韧性石油钻杆、L80-9Cr/13Cr高铬油套管、抗H2S腐蚀系列油套管、抗H2S+CO2腐蚀系列油套管、高抗压溃套管、非开挖钻杆等一大批新产品。产品品种增加了地质钻杆、液压支架管、射孔枪管、石油裂化管、船用管、汽车半轴管、车轴管、火车转向架管、气瓶用管和非开挖钻杆等。
以下为无缝主要产品种类：
2、无缝生产工艺流程介绍
让我们先来看一下无缝钢管生产工艺流程：
管坯准备－－环形加热炉加热－－狄舍尔穿孔机穿孔－－6机加空心坯减径－－8机架浮动芯棒连轧－－经过再加热－－28架张力减径机减径－－冷床
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冷却－－进入中间仓库。
然后按不同用途进入三条流水线生产：
一条是商品管生产线；一条是锅炉管生产线；一条是油井管生产线。 由于无缝管坯在穿孔过程中的应力状态比较复杂，容易产生裂纹、翘皮、内折、外折等缺陷，因此对坯料的质量要求较高。
管坯在初轧厂进行表面喷丸、磁粉探伤、砂轮修磨等处理，经检验合格后才能进一步加工。根据不同钢管的定尺要求，送上料台进行切割和称重，由计算机标出切割长度以后，管坯自动地被火焰切割机切成所需要的长度，并在辊道磅上称重，然后用链式拖运机送往环形加热炉，由装料机装炉，进行管坯加热。 管坯加热在环形加热炉内进行。加热炉炉底中径为35米，最大装炉量为380根管坯，炉子旋转一周，管坯被加热到1280℃，由出料机将管坯从炉中钳出，摔到斜砧上氧化铁皮破碎，在辊道上螺旋前进去除氧化铁皮，然后送往定心机，定心的目的是为了便于穿孔，并保证穿孔壁厚均匀。
定心后的管坯送往狄舍尔穿孔机进行穿孔。狄舍尔穿孔机由一对斜配的轧辊和一对导盘组成，轧辊轴线与轧制线呈5°－15°，辊身长度670MM，轧辊直径1000－1150MM，最大轧制力300吨。
二个狄舍尔导盘水平布置，直径1697－1847MM，导盘线速度高于轧件前进速度，使轧件应力状态改善，轧制速度每秒1.1－1.2米。
轧制时，由推钢机将管坯送入轧机穿孔，等轧辊咬入管坯、主电机电流上升后，推钢机快速复位，等待下一来料。
穿孔后的毛管送往6机架空心坯减径机，将毛管外径轧小，空心坯减径机的轧机互呈90°交替布置，根据不同产品规格要求，由计算机控制各架的变形量和轧制速度，并保证秒流量相等。减径后的毛管送往连轧机进行连轧。 连轧前先往毛管内通入芯棒，然后毛管连同芯棒一齐进入钢管连轧机轧制，轧辊孔型控制钢管外径，芯棒控制钢管内径，同时使轧件得到减径壁和延伸，这种方式叫做浮动芯棒连轧。
8机架浮动芯棒轧机各架交替成90°布置，可以实行无扭转轧制，质量好，精度高。
轧管完毕后，放入脱棒链脱出芯棒，切除管尾。
经连轧后的钢管称为荒管，荒管切尾以后由螺旋床、辊道送入再加热炉加热到980°后出炉。
为了保证荒管的表面质量，在它进入张力减径之前，要用高压水除鳞。 张力减径就是将荒管的壁厚轧制到成品规格，同时使长度继续延伸。 这是28机架张力减径机组，可以根据成品管径不同，采用不同数量的机架数。轧机进料速度每秒1－3米，整个机组变形率和张力控制由计算机设定，出料速度每秒2.5－16MM。
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钢管的冷却在步进式冷床上进行。
光管经过220米长的斜辊道，由抛料装置送入冷床上强制冷却，再由接料臂放入台架，然后由冷锯切头尾、切定尺，最后送往中间仓库。
半成品管子送到精整流水线的台架，用钢锯切去头尾后，送往辊式矫直机矫直，再进入涡流探伤机，剔出不合格产品，合格产品经分段钢锯切成定尺，还要进行检查、管端、刷毛刺、打印标记、测长、称重、打捆，最后运入成品库。
高压锅炉管还需进行退火、超声波探伤和水压试验，切环状试样。 半成品的油井管先在圆盘冷锯上切除管端，需要管端加厚的管子经感应圈加热，在液压加厚机上进行管端加厚，再经修磨、磁粉探伤，为满足石油钻杆的强度要求，这部分钢管要进行调质处理，进行一系列的试验和检验。
油管、套管的两端还要车丝，并经水压试验、测长、称重、打上标记后，在管端拧上保护环，外面涂上防腐层后打捆入成品库。
3、无缝主要设备介绍 1） 管坯切割
采用2台火焰切割机切割管坯。切割用燃料为焦炉煤气。每台切割机有4个切割咀，可同时切割四支管坯。管坯切割后长度为0.88～4.5m。这套切割机设有附加铁粉装置，对合金含量较高的管坯在切割时喷以铁粉助燃，这样使铁粉的氧化物生成大量易流动的液态渣，还可使铬氧化物熔化，并借助切割氧气将液态渣等从切割缝中吹掉，以保证切割过程正常进行。 2） 管坯加热
采用环形炉加热管坯，环形炉的中径为35m，其炉底宽为4.5m，炉膛宽为5m，炉底放料槽数为391条，可同时加热管坯381支。全炉分为6个加热区，当加热管坯长4.5m（单支坯重850kg）、出炉根数为3.95支/min时，炉子最大加热能力为160t/h。燃料为混合煤气加重油。 3） 管坯定心
采用液压热定心机定心，其目的是改善穿孔时的咬入条件和减少毛管前端的壁厚偏差（尤其是厚壁管）。 4） 管坯穿孔
采用导盘式鼓形辊穿孔机穿孔，轧辊直径为?1000～1150mm、辊长670mm、转速为121～211r/min，轧辊倾角为5～15°；轧制节奏最快为15s/支。穿孔后毛管温度为1180～1260℃。穿孔后毛管最大长度11m,在穿孔时，为了有利于咬入和高速轧制，采用了变速轧制制度，即管坯咬入时，轧制速度较低，咬入后，电机升速进行稳定轧制，轧制终了时，为防止尾端轧卡而又减速轧制，这也就是梯形轧制制度，在轧制中最大降速可达29%。 5） 空心坯（毛管）减径
为获得进连轧管机所需的毛管外径，并为消除穿孔机所造成的毛管头尾外径差和螺旋形状，采用了六机架三辊式空心坯减径机。 6） 毛管连轧
采用八机架全浮动芯棒连轧管机进行毛管的连轧。连轧辊的直径最大为600mm，最小为490mm,允许轧制力为2940KN。毛管进入连轧前的温度为1000～1050℃，连轧采用的芯棒尺寸为外径?66.0～141.0mm，长度为29700mm，用芯棒
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插入链向毛管插入芯棒，用脱棒机将荒管内的芯棒脱出。 7） 荒管再加热
采用步进式再加热炉加热连轧后的荒管，炉长13m，炉宽35m，炉内加热荒管根数为46支，荒管入炉温度430~845℃，出炉温度可到980℃，加热允许温差范围为?10℃，加热燃料为混合煤气，炉子加热能力最大为160t/h。 8） 高压水除鳞
再加热炉出来的荒管必须经高压水除鳞，除鳞高压水的压力为14～16MPa。 9）荒管的张力减径
采用28机架三辊式张力减径机将荒管减径，减径前荒管外径为?119、?152.5、?162mm三种，壁厚为3.25～25mm，长度8～33mm。减径后光管外径为?21.3～139.7mm（管接头料为?153.7mm），壁厚2.0～25mm，长度8.5～160m。 10） 光管冷却
采用多段步进式冷床冷却光管，正常冷却依靠自然通风，但当光管米重大于7kg/m时，则开动冷床下风机强制通风冷却。起始温度（光管）约850℃ 11） 光管切头尾和分段
采用1800mm冷锯，成排锯切光管，锯切头尾的长度为0.1～3.5m，分段锯切光管长度8～28m，锯切精度?5mm。锯片切削速度最大130m/s。 2.1 无缝钢管的无损检测
鉴于无损检测在控制产品中的重要作用，钢管厂用无损检测技术来检测所有的钢管产品，特别是“双高”产品外表面或内表面存在的缺陷，例如裂缝、轧折、孔洞、划痕等和可能发生的混钢（不同材质钢管混淆在一起）以及钢管尺寸，从而确保产品使用的充分安全性和可靠性。
因此，在钢管分公司的各分厂共设计有八条分别以无损检测领域（超声、涡流、漏磁、磁粉、磁性分钢等）检测设备和技术组成的生产流水线和检验线，再加上设置在其它主要生产线的超声、磁粉等设备，共有二十台大型自动或半自动在线无损检测设备。
第二部分610ERW焊管生产线 1、概述
ERW直缝焊管厂于2005年10月建成投产。主体设备焊接成型线由德国SMS MEER等世界上最先进的直缝焊管设备制造商提供，精整、管加工、热处理线采用单机国内外采购，全线自行设计总成的方式，是当今世界上第一条集先进成型技术、大功率焊接、功能齐全的无损探伤技术、焊缝双重热处理和全管整体热处理设备、全过程的计算机料流跟踪系统于一体的中口径直缝焊管生产厂，是世界上装备最先进的焊管生产线之一。
设计年产量30万吨。产品规格为外径219.1～609.6毫米（8 5/8〞～24〞），壁厚4.0～20.0毫米，最大长度18.0米。产品品种有管线管、套管、结构用圆管、结构用方管和矩形管。
以下为焊管主要产品种类：包括ERW产品和UOE产品。 2、ERW焊管工艺流程
让我们先来看一下ERW钢管生产工艺流程：
宝钢钢管生产工艺讲义稿
