UOE和JCOE管线管的性能和成本分析

直缝埋弧焊管的主要成型方法为UOE成型法（Ｕ成型、Ｏ成型、Ｅ扩径）、JCOE成型法（钢板压成Ｊ型、再依次压成Ｃ型和Ｏ型、后进行扩径），作为比较成熟的生产工艺，在国际上已经广泛应用，目前在我国也均有引进。由于其生产工艺上的差异，必然导致其产成品性能的差异，下面重点从产品的技术指标方面对UOE和JCOE的优缺点进行分析比较。

1、生产工艺

（１）UOE的生产工艺流程转炉→精炼→连铸→厚板→钢板上料→焊引弧板→铣边→预弯边→Ｕ成型→Ｏ成型→高压水冲洗→干燥→预焊→内焊→外焊→ 去除引弧板→焊缝及管端超声探伤→Ｘ光检查→钢管扩径→管端焊缝磨平→管端平头→水压试验→焊缝及管端超声探伤→焊缝及管端Ｘ光检查→倒棱→管端分层及磁粉探伤→剩磁退磁→工厂检查→称重、测长→喷标记→上保护环→堆放、发货。

（２）JCOE的生产工艺流程材料复检→真空吊→板探→翻板→刨边→上板→卷曲前半幅钢板（Ｊ成型）→松出→输入后半幅钢板→卷曲后半幅钢板（Ｃ成型）→松出→后弯→预焊→焊引（熄）弧板→内焊→清根→外焊→去引（熄）弧板→超声波检验→机械扩径→水压试验→机械修端→超声波检验→管端环向ＵＴ分层检验→Ｘ射线检验→成品检验→磁粉检验→称重与测长→外防腐→内防腐→标记→发货。

2、UOE和JCOE的生产工艺不同导致的产品差异

从上述两种生产工艺来看，二者在成型前后的工艺基本相同，最大差别在于成型方式上。UOE成型主要由两步完成：Ｕ成型和Ｏ成

型。而JCOE成型部分程序分为６个环节，生产效率大大降低。而由于成型方式的不同，导致了UOE和JCOE在直径、壁厚、外形尺寸、生产效率、屈强比等方面的差异（如下表）。

2.1 UOE和JCOE产品规格和生产效率的比较

（１）管径和壁厚

JCOE可生产的管径和壁厚范围要大于UOE，这是由两种产线的模具及生产工艺决定的。对于UOE，一套Ｏ机模具只能生产一种直径的钢管，且是二道工序完成成型，对成型机组压力要求高，因此UOE可生产的管径和壁厚范围稍小。对于JCOE，钢管成型采取的是折弯机

步进方式成型每次弯曲需要的压力要大大减小，因而对机组的动力要求大大减小。因此在同等机组压力的情况下，JCOE可生产的壁厚范围要更大，且一套模具可以生产多种管径的钢管，可生产钢管的管径范围要更大。宝钢的Ｏ成型机压力达到72000t ，是世界上压力最大的Ｏ成型机组之一，生产的壁厚能达到40mm。从目前国内外的管线钢技术发展来看，高钢级，薄壁厚是管道发展的必然趋势，西气东输二线所用的φ1219钢管是当前最大口径的钢管，UOE的生产能力有

足够大

的余量，因而目前宝钢UOE的管径和壁厚生产范围完全可以满足管线工程的需要。

（２）生产效率和产能

UOE的生产效率和产能要明显高于JCOE，UOE大约为JCOE的３倍。一条UOE产线每天可生产钢管约６公里，JCOE产线每天只能生产钢管２公里左右。UOE采用Ｕ成型和Ｏ成型两步即可完成，而JCOE 采用步进式弯机，通常要经过２０多道弯折才能成型，因此生产效率远远低于UOE。UOE比较适合生产单一规格，大批量的产品，而JCOE 比较适合生产多规格，小批量的产品。因此对于一些对工期要求较为严格的工程来说，UOE的高生产效率相比JCOE有着较大优势。

2.2 UOE和JCOE产品性能的差异

UOE与JCOE焊管在钢板原材料方面的要求基本一致，因而影响钢管性能的关键在于钢管成型方式和焊缝焊接部分。工艺上的差异使二者在成品管的残余应力、外形尺寸精度、屈强比等方面产生了区别。

（１）残余应力

UOE和JCOE的焊缝均采用直缝埋弧焊焊接方式，经过内焊和外焊两道工序完成，焊接工艺上完全一致。但是二者焊接后的残余应力有较大差别。UOE成型是连续变形，在Ｏ成型时，对钢管整个圆周进行了压缩（一般压缩量为直径的0.4％~0.5 ％），使得沿钢管壁厚及圆周方向上的残余应力均匀化，焊接之后，再经过经过扩径工序加工，钢管内的环向拉应力很小，对延长管材的服役寿命十分有利。

而且管子待焊的对边距离均匀，可以直接进行焊接操作，焊后管体残余应力较小。JCOE成型需要多次弯折，通常需要压十几次以上才能成为Ｏ形，成为Ｏ形后，仍然存在着各次“折弯”处的转折点；并

且在管子待焊的对边开口度较大，一般为150mm~200m，m需要通过外力，将接口处挤压在一起然后才能进行焊接，因而焊后有较大的残余应力，即使有后期的扩径操作也难以完全消除。

（２）外形尺寸精度

宝钢UOE的Ｏ机最大压力可达72000t ，可产生0.43 ％的压

缩量，数值模拟结果显示外形尺寸可以达到很高的精度。UOE钢管的

内径精度可以通过后期的扩径来实现。通常来说，使用机械扩径可以达到更好的效果，使管道内径均匀一致，从而提高尺寸精度。通常扩径率一般为直径的0.5 ％~1.5 ％。而JCOE采用步进法多次弯曲，管道截面形状更接近于多边形，圆度较差，虽然可以通过增加弯折次数的方式使管子截面更加接近圆，然而这必然会导致生产效率的大幅降低。因此UOE产成品的外形尺寸精度要明显好于JCOE。

（３）屈强比

屈强比是衡量钢管安全性的一个重要因素，通常来说，钢管的屈强比越低，管道的安全性能越高。在钢管成型过程中产生包辛格现象，导致钢管的屈强比增大，使成品管的抗侧向弯曲能力降低，影响管道的安全性能。对于UOE，在Ｕ成型和Ｏ成型过程中，Ｕ成型的弯曲应变和Ｏ成型的周向压缩导致钢管成型后以压缩应变为主。在拉伸试样压平和拉伸试验过程中，其应力方向恰好与Ｏ成型阶段后的应力反向，产生包辛格效应使管体的屈服强度降低；然而在扩径时产生了加工硬化，弥补了包辛格效应带来的强度损失，最终导致管体的屈强比略高于钢板。当采用JCOE成型时，钢板没有压缩而是发生了延展，扩径时再次拉伸，因此管体的屈服强度呈上升趋势，造成屈强

比上升。在管子的外形尺寸精度、管体残余应力、生产效率、屈强比方面，UOE 有较大优势；而从生产钢管的管径范围、壁厚范围来看，JCOE有一定优势。

3 UOE 和JCOE的生产成本分析

（１）UOE和JCOE产线投入成本UOE产线投入费用高，一次性投入成本一般在30亿元左右，模具与生产产品规格为一一对应，模具数量多，每套模具价格在500万元左右。JCOE产线投入成本相对较低，一次性投入成本约５亿元，一套模具可对应生产多个规格的产品，需要数量少，每套模具的价格在100万元左右。

（２）UOE和JCOE的成材率、加工费用和产成品价格比较钢管价格＝板材的价格×加工系数＋加工费由该式可看出，由于UOE和JCOE选用的板材完全一致，价格差异主要由加工系数和加工费决定。加工系数取决于加工的成材率，目前UOE和JCOE的成材率基本相同，平均都能达到为98％左右，加工系数一般取1.02~1.05 。加工费用UOE要高于JCOE，目前UOE管线管每吨的加工费用在1200－1600元，比JCOE管线管的加工费每吨要高200－300元。

4 结论

通过UOE管线管和JCOE管线管从生产工艺和生产成本的对比分析，可得到以下结论：

（１）UOE的生产效率高，产能大，而更换模具周期较长，比较适合生产大批量、单一规格的产品；JCOE生产效率较低，而一套模

具可对应多种规格，比较适合生产小批量、多规格的产品。

（２）UOE可生产的产品直径范围和厚度范围都要小于JCOE，但目前完全能满足工程的要求。

（３）从性能上看，UOE管线管相比JCOE有残余应力小，外形尺寸精度高，屈强比小的优点。

（４）生产成本方面，UOE产线的一次性投资高，为30 亿元左右，而JCOE产线为５亿元左右；二者的成材率基本相同，UOE管线管的加工成本相对JCOE每吨要高200－300 元。