钢管工艺

θ
n: 装料排数
G: 坯料的单重
思考题：计算1Cr18Ni9Ti,φ110╳1800的坯料在中径为17m炉宽4400mm 的环形炉中加热，问小时产量是多少？
二、管坯定心
（1）管坯定心：是指在管坯前端面钻孔或冲孔。
（2）定心目的：使顶头鼻部正确地对准管坯轴线，防止 穿孔时穿扁；减小毛管壁厚不均；改善 二次咬入条件。
(1)连铸圆坯：是目前国际上应用较多的坯料，也是衡量一 个国家钢管生产技术水平的标志之一。其具有成本低、 能耗少、组织性能稳定等特点，是管坯发展的主流，也 是钢管实现连轧的首要条件。
(2)轧坯：一般为圆坯，生产中也经常使用。 (3)铸(锭)坯：主要有方(锭)坯，用于P.P.M轧制方式(或压
力穿孔)。 (4)锻坯：用于穿孔性能较差的合金钢与高合金钢管的生产。
坯料加热一般遵循三个原则： ⑴ 温度准确，确保可穿性最好的温度； ⑵ 加热均匀，纵向、横向都均匀，内外温差不大 于30～50℃，最好小于15℃； ⑶ 烧损少，并且不产生有害的化学成分变化(C↑ 或C↓)。
加热温度的确定：
（1）加热温度在Fe-C相图中的单相奥氏体区 AC3线以上30～50℃，固相线以下100 ℃。即：在800～1300 ℃选 取，号钢一般1200 ℃左右。
（4）加热温度考虑工艺条件
a)GCr15 1%C(高碳钢)，1.5%Cr(硬、耐磨)，在 允许温度范围内取下限，防止脱碳；
b)硅钢希望脱碳，加热温度可提高；
c)超低碳不锈钢（00Cr18Ni9Ti），用于核潜艇，碳 含量越低越耐腐蚀，希望脱碳，加热温度应高些。
d)穿孔时要温升（50～80 ℃ ），塑性差的温升大， 塑性好的温升小。
④ 导盘比导板的寿命高4倍；
⑤ 高穿孔速度使顶头受热负荷的时间短，因而提高了顶头的使用寿命；
⑥ 可穿长的薄壁管；
⑦ 导盘的造价低，约为导板的1/8。
(3)双支撑的菌式穿孔机
双支撑菌式穿孔机示意图
特点：
1）轧辊轴线除与轧制线倾斜一个送进角α外， 还有一个辗轧角φ。
2）导向工具可用导板或导盘。 3）轧辊呈锥形，其直径沿穿孔变形区逐渐增大。
（2）狄舍尔穿孔机
特点：
① 主动导盘的圆周线速度(2.1～2.3m/s)大于毛管的出口速度(1.1～1.2m/s)， 使其生产效率提高了(从0.7提高到0.8以上)；
② 在送进角 (原始位置α=13°，可在8～13°内调节) α<15°的范围内， 金属的可穿性可提高20%以上；
③ 轧辊上下布置并采用双传动机构，较好的解决了大送进角穿孔机的主传动 布置问题，使万向接轴始终在小倾角条件下工作，既运动平稳又不易磨损；
热轧无缝管：实心管坯→穿孔→延伸 →定(减)径→冷却→精整。
焊管：板带坯料→成型(管筒状) →焊 接成管→精整。
1.3 钢管的技术要求与发展趋势
⑴ 对多种腐蚀介质的高抗蚀性、对高温强度 和低温韧性的要求越来越高，使得管材产品的 化学成分不断变化，冶炼、加工工艺不断改进；
⑵ 管材产品尺寸(壁厚精度)、形状精度的要 求促使在线检测、自动控制技术不断进步；
π
总

F p
F 0
π
D2
D2 4p π (D
2S
)2
4 4 p
0
0
式中： LP:管坯长度；
D2
D2

p

p
4D S 4S 2 4(D S )S
00
0
0
0
0
FP:管坯横断面； n：热轧管的倍齿数（根）； D0,S0:成品管外径、壁厚；
L0:成品管长；
4(L L) (D S ) S
异型钢管示例
天津钢管Φ250限动芯棒连轧管机组
宝钢Φ140连轧管机组
1．2 钢管生产的基本方法
钢管生产的一般模式为：坯料→成型 →精整→一次成品→再加工→二次成品。
一般以产品的要求确定生产工艺、选 择生产设备，同时对工艺、设备不断改造 更新以适应产品 不断提高的要求。
按照成型的不同可以分成无缝管生产 和有缝管生产，而冷加工属于管材的二次 生产。
b)高合金钢等s=20~30mm， 以改善二次咬入条件；
c)对可穿性极低的钢材，可钻 通。
2．3 无缝钢管的穿孔工艺
坯料穿孔的目的：是将实心的管坯穿制成符合要求的 空心毛管。根据穿孔中金属流动变形特点，可将穿孔 方法分类如下。
三辊斜轧
管
圆轧坯 斜轧穿孔穿孔机
⑵ 火焰切割：适合大断面、合金钢等管坯，操作方便，费 用低，但金属损耗大(烧损、氧化)，断面质量差。
⑶ 折断：适合Dp＞φ140mm或σb＞60Kg/mm2管坯。先在要 折断处切口，然后放入折断压力机中折断，支点间距一般 为(4～5) Dp。
⑷ 锯断：适合小断面管坯，合金钢及高合金钢等；是切断 质量最好的方法。
（1）环形炉的结构
(2)环型加热炉的优、缺点
优点：
1）适合加热圆形管坯，适应多种不同直径和长度的复 杂坯料；
2）管坯加热时间短、受热均匀、加热质量好； 3）炉底转动，坯料与炉底无相对滑动，氧化铁皮不易
脱落，且炉子装出料炉门在一侧，密封好，冷空气吸 入少、氧化铁皮少； 4）管坯放置位置灵活（可放料也可空出），便于更换 管坯规格，操作灵活。 5）机械化和自动化程度高。
L 0
0
0
0
P
k D2
P
△L:切头尾长（合金钢250～碳 钢450mm)
或
π(nL L) (D S ) S
L
0
0
0
0
P
kF
P
思考题：成品管φ146×15×5000mm，10＃钢，用φ150坯轧制，
问坯长选多少？
三、坯料的截断方式一般有四种：
⑴ 剪断：适用于中小断面的管坯，生产效率高，费用低， 但管坯易被压扁(现场，一般压扁度不超过8～10%，切斜度 不超过6mm)，对于易产生裂纹的管坯(如GCr15等)，应预热 200℃～300℃。
四、剪切力计算
P K F K K F
max
1
1
2
b
K1:磨钝系数（鞍钢1.3） K2=τ/σb=0.6(碳钢)~0.8(合金)
思考题：在1000吨剪切机上冷剪20＃管坯，最大直径 是多少？
（20＃：σb=490.5MPa）
2．2 管坯的加热及定心
一、管坯加热
加热目的：提高塑性，降低变形抗力，为穿孔和轧管准 备良好的加工组织，改善金属的性能。
（2）加热温度考虑坯料的化学成分 a)加入Mn、Ni、Co能无限固溶于γ-Fe,奥氏体区扩大，固相线上 移，加热温度可提高； b)加入W、Mo、V、Nb等高熔点元素，加热温度可提高； c)加入Mg、Al、Cu等低熔点的元素，加热温度可降低。
（3）加热温度考虑坯料尺寸大小 大坯料在同样条件下温度应取上限，以提高加热速度。
曼乃斯曼穿孔机的环形孔型图 1－轧辊；2－导板；3－顶头；4－顶杆；5－
管坯；6－毛管
德国曼乃斯曼（Mannesmann）兄弟发 明的，瑞士工程师斯蒂弗尔（R.C Stiefeil）加以完善。
曼乃斯曼穿孔机的特点：
① 对心性好，毛管壁厚较均匀，延伸系数 μ=1.25～4.5；
② 穿孔时的变形及应力状态条件较差，毛管 内外表面易产生缺陷；
（2）做结构件：在同样重量下，钢管相 对于其他钢材具有更大的截面模数，也 就是说它具有更大的抗弯、抗扭能力， 属于经济断面钢材、高效钢材。
二、钢管的分类
1 按生产方式分类
（1）热加工管（无缝钢管）：热轧穿孔、 挤压、P.P.M（压力穿孔）、冲压法；
（2）焊管（有缝钢管）：包括直缝钢管 与螺旋焊管；
（3）冷加工管：冷轧、冷拔和冷旋压
2 按产品尺寸分类
（1）特厚管：D/S≤10； （2）厚壁管： D/S＝10～20 （3）薄壁管： D/S＝20～40 （4）极薄壁管： D/S≥40
3 其它分类
（1）用途：管道用管、结构管、石油管、 热工用管等； （2）材质： 普通碳素钢管、碳素结构钢 管、合金钢管、轴承钢管、不锈钢管等； （3）横断面形状： 圆管、异型钢管； （4）纵断面形状： 等断面、变断面
③ 轧制中旋转横锻效应大附加变形严重，能 耗大；
④ 受电机驱动条件限制，送进角较小(α＜ 13°，故轧制速度不快）。
送进角：轧辊轴线与轧制线在包含轧制线的垂直平面上投影之 间的夹角。
曼乃斯曼穿孔机的布置
图4－15 100穿孔机设备布置简图 1．受料槽；2.气动进料机；3.齿轮联轴节；4.主电机；5.减速齿轮座； 6.万向连接轴；7.扣瓦装置；8.穿孔机工作机座；9.翻料沟；10.顶杆小 车；11.至挡架；12.定心装置；13.升降辊；14.顶头；15穿孔机轧辊
坯料 加热 热定心 穿孔 空减 连轧 切头、尾 再加热 高压水除鳞 张力减径 冷却 切头、尾 矫直 无损探伤 表面 检查 入库
三辊轧管机组
坯料
加热 热定心 冷定心 加热
穿孔
三辊轧管 再加热
高压水除鳞
定（减）径 冷却 切断（或分锯）
矫直
热处理 表面检查 包装、入库
2．1 管坯的制备
一、根据穿孔方式、轧管方法及制管材质的不同， 一般采用以下四种坯料：
⑶ 对管材产品成本降低的要求使得其生产过 程向短流程、近终成型方向发展。
⑷ 对管材产品要求总的趋势是优质、廉价、 高效、低耗。
2 热轧无缝钢管生产
自动轧管机组生产工艺： （冷定心） 加热
管坯→加热→热定心→穿孔→轧管→均整 定径 再加热→减径→冷却→矫直→切管→
热处理→检查→入库
连轧管机组
坯
菌式穿孔机
穿
盘式穿孔机
孔 方轧坯