压力加工工艺学--钢管生产
金属压力加工工艺技术详解
第二节 金属的塑性变形
第二节 金属的塑性变形
• 金属的塑性变形，是压力加工的基础， 各种形状的锻件都是利用金属的塑性变 形来制造的。
• 因此，学习金属塑性变形的有关理论， 对改进锻造方法，提高锻件质量，降低 消耗都是十分必要的。
一、 金属塑性变形的实质
弹性变形
在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子 离开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金 属发生变形。并引起原子位能的增高，但原子有返 回低位能的倾向。当外力停止作用后，应力消失， 变形也随之消失。如图3-1（b）所示。
• 金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生 变化：
⑴ 晶粒沿最大变形的方向伸长； ⑵ 晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力； ⑶ 晶粒产生碎晶。
二、塑性变形对金属组织和性能影响
1.加工硬化
• 金属的力学性能 随内部组织变形 程度的增加，强 度和硬度上升， 而塑性、韧性下 降(如图3-4)，这 种现象被称为加 工硬化（或冷作 硬化）
（二）加工条件
⒈变形温度的影响
温度↑→原子的运动能力↑→容易滑移→塑性↑，变 形抗力↓，可锻性改善。
若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降 低，这种现象称为“过热”。已过热工件可通过锻 造，控制冷却速度，热处理，使晶粒细化。
若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间 的结合，使金属失去塑性，坯料报废，一击便碎， 无法挽回。这一现象称为“过烧”。
金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度。
不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止 锻造的温度称终锻温度。
锻造温度：
• 始锻温度：碳钢比AE线低200C°左右 • 终锻温度：800C°过低难于锻造 ，若强
行锻造，将导致锻件破裂报废。
(完整版)金属工艺学(压力加工)
锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。 曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴 工作时不易断裂。
第三节 金属的可锻性
金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难 易程度的工艺性能。
转体锻件。
第二节 锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图
锻件图是以零件图为基础，结 合锻造工艺特点绘制而成。
1.敷料、余量及公差
敷料:为了简化零件的形状和 结构、便于锻造而增加的 部分金属。
加工余量：在零件的加工表面 上，为切削加工而增加的 尺寸。
锻件公差:是锻件名义尺寸允 许的变动量。金工动画\锻 件图.exe
二、常用的压力加工方法：
a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）板料冲压 f）模锻
金工动画\压力加工\视 频\挤压.avi
金工动画\压力加工\视频\镦粗.avi
三、压力加工的特点 （1）改善金属的组织、提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。 （4）毛坯或零件的精度较高。 钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力 加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零 件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。
可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。金属的可锻性取决于金属 的本质和加工条件。
一、 金属的本质
1.化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性
越好。 2.金属组织的影响
纯金属及单相固溶体比金属化合物的可锻性好;细小的 晶粒粗晶粒 好；面心立方晶格比体心立方晶格好 。
二、加工条件
1.变形温度的影响 热变形可锻性提高.但温度过高将发生过热、过烧、脱
01-水工金属压力钢管制作工艺规程
1 技术准备工作钢管制作前，技术人员应充分熟悉设计图纸、技术规范和相关标准，为钢管材料采购、下料、组装、焊接、消应、防腐、产品交付等提供技术支持。
钢管制作所需技术文件一般包括：原材料采购标准、采购清单、制作工艺文件、焊接工艺卡、检验检测计划、发货清单等。
(1) 钢管展开图钢管展开图是工厂制作工艺图的一部分，在此基础上可以绘制下料图、加工图、拼装图、焊接图等。
根据不同的钢管结构，可采取相应的方法绘制展开图。
1） 直管展开图绘制。
直管是钢管的主要结构形式。
如图2-3-1，假设钢管进、出口直径为φ (中性层直径)，钢管即为标准圆柱，其展开图是宽度为b 的矩形，矩形长度等于钢管周长，即πφ。
2） 锥管展开图的绘制如图2-3-2所示，锥管小口直径为1d ，大口直径为2d ，锥管垂直高度为h ，母线长为L ，则此锥管的锥顶角α值计算见公式（2-3-1）： Ld d 2s i n 2121-=-α …（2-3-1） 锥管展开圆心角θ值计算见公式（2-3-2）：︒⨯-=360212Ld d θ …（2-3-2）扇形区域abcd 即为单节锥管展开图。
3）渐变段展开图绘制渐变管是矩形断面过渡到圆形断面的连接管段，采用圆角过渡，即在方形断面的四个角上，以小圆弧连接并使圆弧半径逐渐变大，以至四个圆弧最后连成一个圆。
通常渐变管圆弧的中心位置和半径按直线规律变化。
如图2-3-3,渐变管从进水口矩形截面（B×H）通过圆弧过渡到直径为D的出水口圆形截面。
渐变管中间任一横截面为带圆角的矩形，其圆角半径值为线性变化的一组数据。
如图2-3-4所示，钢管渐变段展开包括直边区和斜锥管区，其中直边区很容易通过计算得出，斜锥管需通过投影计算圆弧上各对应点素线长度的方法展开。
由于渐变段钢管是分节制作，展开图可以根据线性变化规律，计算出分节位置截面尺寸，在相应视图上均匀量取圆弧上各点1～11以及对应的素线投影位置1＇～11＇，进而求出圆弧上各点锥管的实际长度。
第三篇金属压力加工
近代物理学证明，实际晶体内部存在大最缺陷。其中，以 位错（图3-2a对金属塑性变形的影响最为明显。由于位 错的存在，部分原子处于不稳定状态。在比理论值低得 多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易从一个相 对平衡的位置上移动到另一个位置上（图3-2b），形成 位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性 变形（图3-2c）。
4、多晶体的塑性变形：金属都是由大量微小晶粒组成的 多晶体。其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个 晶粒产生变形（称为晶内变形）的综合效果。 由于构成晶体的晶粒位向不同，还有晶界的阻碍，在其滑 移，变形时，分先后次序逐批进行。同时晶间的滑动和转 动（称为晶间变形）。如图，每个晶粒内部都存在许多滑 移面，因此整块金属的变形量可以比较大。低温时，多晶 体的晶间变形不可过大，否则将引起金属的破坏。
（2）拉拔 金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。
（3） 挤压 金属坯料在挤压模内被挤出模也而变形的加工方法。
（4） 锻造 金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。
（5）板料冲压 金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形 的加工方法。
• 一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料，大都是通过 轧制、挤压、拉拔等方法制成的。机械制造业中的许多毛坯或零 件，特别是承受重载荷的机件，如机床的主轴、重要齿轮、连杆、 炮管和枪管等，通常采用锻件作毛坯。板料冲压广泛用于汽车、 电器、仪表零件及日用品工业等方面。
2、变形速度的影响 变形速度即单位时间的变形程度。 （1）随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服 冷变形强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大 （图3-9中a点以左），可锻性变差。
压力钢管制作施工方案
压力钢管制作施工方案一、引言压力钢管在工业领域中扮演着重要的角色，用于输送液体、气体等介质。
正确的制作和施工方案对于保障工程的安全性和稳定性至关重要。
本文将介绍压力钢管制作和施工的关键步骤和注意事项，以确保项目顺利进行。
二、材料准备在开始制作压力钢管前，需要准备以下材料： - 钢管：选择质量优良、规格适当的压力钢管。
- 焊接材料：确保选用符合标准的焊接材料。
- 辅助材料：包括管道支架、管件、阀门等。
三、制作工艺1. 切割根据工程需要的尺寸要求，将钢管进行切割。
确保切割平整、尺寸准确。
2. 焊接将切割好的钢管进行对接，采用焊接技术进行连接。
在焊接过程中，注意控制焊接温度和时间，确保焊缝牢固。
3. 检测完成焊接后，对焊缝进行检测，确保焊接质量符合要求。
可以采用X射线或超声波等方法进行检测。
4. 防腐处理对焊接完成的钢管进行防腐处理，以提高其耐腐蚀性能，延长使用寿命。
四、安装施工1. 定位根据设计要求，确定管道的走向和位置，合理设置支架。
2. 安装将制作好的压力钢管安装到预定位置，进行固定。
3. 连接根据实际情况，连接管道与阀门、管件等附件，确保连接紧密。
4. 预压在系统投入使用前，进行预压测试，检查管道系统是否有泄漏等问题。
五、验收和保养在系统投入使用后，做好系统的验收工作，确保安全可靠。
同时，定期进行系统的保养维护工作，延长系统的使用寿命。
结语压力钢管制作施工是一项重要的工程，需要严格按照标准流程进行操作，确保系统的安全稳定运行。
只有在严谨的制作和施工过程中，才能保证工程的质量和可靠性。
希望本文的内容对您有所帮助，谢谢阅读。
金属压力加工(钢管生产)复习概要
金属压力加工（钢管生产）复习概要1、钢管的分类：/10为特厚管，/=10~20为厚管，/=20~40为薄管，/40为特薄壁管。
2、钢管没米质量：3、热轧无缝钢管整个过程：穿孔，轧管，热精整。
4、热轧无缝钢管钢管机组以轧管机类型来分类和命名，机组的名称以该机组生产钢管的最大规格和轧机的类型来表示。
5、焊管机组的名称用机组生产的产品范围，以及成型和焊接的方法表示。
冷轧管机和旋压机的规格大小用其轧制的产品规格和轧管机形式来表示。
6、钢管冷加工方法有：冷轧，冷拔，旋压，冷张力剪径。
7、MM为全浮动芯棒连轧机，MPM为限动芯棒连轧机，PQF三辊半浮动芯棒连轧管机，FQF为三辊半浮动芯棒连轧管机。
8、钢管生产所需的管坯长度：9、钢坯切断方法有：剪断、折断、锯断、火焰切割10、剪切力的估算公式：11、圆管坯定心的目的：是顶头对中，防止穿偏，减小毛管前段的壁厚不均，并改善斜轧穿孔的二次咬人条件，使穿孔过程顺利进行。
12、管坯加热的目的：提高管坯塑性、降低变形抗力、有利于塑性变形和降低加工能耗；使碳化物溶解和非金属相扩散，改善钢的组织性能。
13、管坯加热炉形式有：环形炉、步进炉、斜底炉、感应炉。
14、临界压缩率是指斜轧时管坯出现中心撕裂的直径压缩率。
15、穿孔机分为斜轧穿孔机和压力穿孔机。
16、轧辊为主传动外变形工具，分为：入口椎（拽入管坯实现穿孔）、出口椎（实现毛管减壁、平整毛管表面你、均匀毛管壁厚和完成毛管归园）、轧制带（过度作用）。
17、导板和导盘为管坯和毛管导向并稳定轧制线、封闭孔型、限制毛管横向变形和控制毛管外径的作用。
分为：入口斜面（导入管坯）、出口斜面（导出毛管并限制毛管外径）、过渡带（过度作用）。
18、顶头穿孔机内变形工具。
分为：顶尖（用于穿孔时对准管坯定心孔）、穿孔锥（承担管坯穿孔和毛管减壁的任务）、平整段（均壁合平整毛管内外表面的作用）、反锥（防止毛管脱落顶头时产生内划伤）。
19、由轧辊、导板、顶头、轧件构成的穿孔变形区可分为：穿孔准备区、穿孔区、平整区、归园区。
金属压力加工
加工硬化的金属内部组织变化特点： 1、各晶粒沿变形最大的方向伸长； 2、位错密度增加，晶格严重扭曲，产生内 应力； 3、滑移面和晶粒间产生碎晶。
2、回复和再结晶 1 ）回复 : 当加热温度不高时，晶格扭曲被消除， 内应力明显降低，但力学性能变化不大，部分 地消除了加工硬化。
T回复=（0.25～0.3）T
• 2．圆钢拔长前直径为φ100mm，拔长后为φ50mm，试计算锻造比 y。 • y=F0/F=(100/50)2=4
第二节
锻造方法 - 自由锻
• 自由锻 利用冲击力或压力，使放在上下砧之间的金 属坯料产生塑性变形，从而得到所需锻件的压力加工 方法。 • 自由锻分手工锻造和机器锻造两种，目前都采用机器 锻造。 • 自由锻通常采用热变形，常以逐段变形的方式来达到 成形的目的， • 自由锻只能锻造形状简单的锻件，生产率低，劳动强 度大，锻件精度差、表面粗糙、加工余量大。 • 自由锻只适用于单件、小批量生产。 • 自由锻是大型锻件唯一可能的锻造方法。
小的变形速度，在压力机上进行锻造。
(3)应力状态 • 三个方向中压应力的数目越多，则金属的塑性 越好。拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。 • 压应力使各种缺陷受到抑制，不易扩展，故可 提高金属的塑性。 • 在拉应力作用下，极易扩展，甚至破坏，使金 属失去塑性。 • 同号应力状态下的变形抗力大于异号应力状态 下的变形抗力。
•
• 过热 加热温度过高，导致晶粒急剧长大 的现象。该缺陷可以通过重新的热处理 加以消除。 • 过烧 加热温度过高（过热之后），导致 晶界严重氧化，甚至局部熔化的现象。 产生该缺陷后，性能极脆，并不能挽救， 只能报废。 • 停止锻造的温度称为终锻温度，指金属 热变形允许的最低温度。终锻温度过低， 金属的加工硬化严重，变形抗力急剧增 加，使加工难于进行。
压力钢管制造工艺技术
压力钢管制造工艺技术压力钢管制造工艺技术是一项涉及到钢材加工和制造的关键技术，它在工业领域中扮演着重要的角色。
压力钢管广泛应用于石油、化工、电力、航空航天等领域，具有承压能力强、耐腐蚀性好、使用寿命长等特点。
下面将介绍压力钢管制造工艺技术的一些关键方面。
压力钢管的制造需要选取合适的钢材。
钢材的选择对于压力钢管的品质至关重要。
一般来说，常用的钢材有碳素钢、合金钢和不锈钢等。
碳素钢具有良好的可焊性和强度，合金钢具有更好的耐腐蚀性和强度，而不锈钢则具有耐高温和耐腐蚀性能。
根据不同的使用环境和要求，选择合适的钢材非常重要。
压力钢管的制造需要经过多道工序。
首先是原料的切割和预处理，包括钢板的切割和去除表面的氧化层等。
然后是钢板的弯曲和焊接，以形成管状。
焊接是制造压力钢管的关键步骤，焊接质量直接影响到钢管的性能和安全性。
因此，在焊接过程中需要严格控制焊接温度、焊接速度和焊接材料等参数，以确保焊缝的质量。
接下来是压力钢管的成型和热处理。
成型是指将焊接好的管子进行冷弯或热弯，使其达到预定的形状和尺寸。
热处理是指将成型的钢管进行加热或冷却处理，以改变其组织结构和性能。
热处理可以提高钢管的强度、硬度和耐腐蚀性，同时减少残余应力和缺陷。
最后是压力钢管的表面处理和检测。
表面处理是指对钢管进行除锈和防腐处理，以延长钢管的使用寿命。
常用的表面处理方法有喷漆、镀锌和涂层等。
检测是指对制造好的钢管进行质量检验，以确保其符合相关标准和要求。
常用的检测方法有超声波检测、射线检测和液压试验等。
压力钢管制造工艺技术是一项综合性的技术，它涉及到钢材的选择、加工和制造等多个方面。
通过合理的制造工艺和严格的质量控制，可以生产出高质量、安全可靠的压力钢管。
压力钢管在工业领域中具有重要的应用价值，它不仅能够满足各种工程需求，还能够推动工业的发展和进步。
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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
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：热轧管的倍尺数（根）； D0,S0:成品管外径、壁厚；
L0:成品管长；
4(L L) (D S ) S
L 0
0
0
0
P
k D2
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。
（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。
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。
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)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。
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
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℃。
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：
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。
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；
（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；
管坯技术标准按国家或企业的技术标准执行，包括化学 成分、断面形状、几何尺寸、内部组织、机械性能等因素。
二 、 坯料定尺长度的确定
Lp Dp
Lp 总 k L0 L
△L/2
L0
△L/2
D0 S0
L L L 0
P k 总
K:烧损系数0.97~0.995（合金钢取上限，碳钢取下限）
π
总
F p
压力加工性与分类： 一、钢管的概念与用途 钢管的概念：凡是两端开口并具有中空封 闭型断面，且长度与断面周长成较大比例 的钢材，统称为钢管。而比值较小的钢材 称为管段或管件。
钢管的用途：
（1）输送流体：具有封闭的中空几何形 状，可以作为液、气体及固体的输送管 道；