第2章　鋼管制造

2.1　無縫鋼管

一般用途無縫鋼管是用10、20、30、35、45等優質碳素結構鋼或16Mn、15MnV等低合金結構鋼或40Cr、30CrMnSi、45Mn2、40MnB等合金鋼熱軋或冷軋制成的。根據生產方式不同，分為兩大類，即熱軋無縫鋼管和冷加工無縫鋼管。冷加工無縫鋼管又可分為冷軋和冷拔（冷擴）兩種生產工藝。熱軋無縫鋼管外徑一般大于32mm，壁厚2.5～75mm，冷軋無縫鋼管外徑可以到6mm，壁厚可到0.25mm，薄壁管外徑可到5mm，壁厚小于0.25mm，冷軋比熱軋尺寸精度高。熱軋無縫鋼管以熱軋狀態或熱處理狀態交貨，冷軋無縫鋼管以熱處理狀態交貨。

2.1.1　熱軋無縫鋼管生產

熱軋無縫鋼管是被廣泛應用的一種無縫鋼管，占無縫鋼管產量的80％。熱軋工藝是相對于冷軋而言的，冷軋是在再結晶溫度以下進行的軋制，而熱軋是在再結晶溫度以上進行的軋制。

優點：可以破壞鋼錠的鑄造組織，細化鋼材的晶粒，并消除顯微組織的缺陷，從而使鋼材組織密實，力學性能得到改善。這種改善主要體現在沿軋制方向上，從而使鋼材在一定程度上不再是各向同性體；澆注時形成的氣泡、裂紋和疏松，也可在高溫和壓力作用下被焊合。

缺點：①經過熱軋之后，鋼材內部的非金屬夾雜物（主要是硫化物和氧化物，還有硅酸鹽）被壓成薄片，出現分層（夾層）現象。分層使鋼材沿厚度方向受拉的性能大大惡化，并且有可能在焊縫收縮時出現層間撕裂。焊縫收縮誘發的局部應變時常達到屈服點應變的數倍，比荷載引起的應變大得多。②不均勻冷卻造成的殘余應力。對鋼構件在外力作用下的性能造成一定影響。如對變形、穩定性、抗疲勞等方面都可能產生不利的作用。③熱軋的鋼材產品，對于厚度和邊寬不好控制。對于鋼材的邊寬、厚度、長度、角度以及邊線都沒法要求太精確。

熱軋無縫鋼管分一般鋼管，低、中壓鍋爐鋼管，高壓鍋爐鋼管，合金鋼管，不銹鋼管，石油裂化管，地質鋼管和其他鋼管等。

熱軋無縫鋼管生產工藝步驟為：管坯準備→毛管生產→荒管生產→成品管生產→鋼管精整→切頭尾→鋼管檢測→包裝。

目前，采用電弧爐或轉爐冶煉→LF爐外精煉→VD真空處理→全保護澆注圓管坯→熱連軋機（NPN RFQ）→管加工生產工藝，是最先進的生產工藝流程。

2.1.1.1　管坯和管坯加熱及管坯軋前準備

熱軋無縫鋼管所用的管坯按成形方法可分為鋼錠、軋坯、連鑄管坯和澆注空心坯。而按鋼管的用途可分為：低中壓鍋爐用管管坯、高壓鍋爐用管管坯、高壓化肥設備用管管坯、結構用管管坯、輸送流體用管管坯、石油化工用管管坯、液壓支柱用管管坯、氣瓶用管管坯、管線管用管管坯和石油鉆采用管管坯等。

管坯軋前的準備工作主要包括：復查管坯的表面質量、幾何尺寸、重量和鋼號；管坯表面缺陷清理；管坯下料，對于有高標準要求的，如高合金鋼、不銹鋼管坯，要在一端鉆定心孔。20世紀90年代以后，隨著穿孔機裝備的技術進步，在穿孔機主機架內安裝了機內三輥定心裝置，保證穿孔咬入時頂頭找準管坯中心，使毛管壁厚均勻，這種先進的穿孔機，也就不再要求管坯一定要鉆定心孔了。

2.1.1.2　毛管生產工藝及設備

毛管生產是熱軋無縫鋼管生產過程中的第一道變形工序，包括管坯加熱、穿孔或沖孔、延伸管工序。根據軋管延伸工序的不同要求，穿孔或沖孔工序也不同。

（1）穿孔工序　管坯穿孔方式有壓力穿孔、斜軋穿孔和推軋穿孔三種方式，斜軋穿孔應用最為廣泛。其核心設備為二輥斜軋穿孔機，由主機架、軋輥主傳動、前臺和后臺組成。圓管坯在二輥斜軋穿孔機或二輥斜軋一次穿孔機和二次穿孔機或三輥斜軋穿孔機穿軋成厚壁空心毛管，用于各種軋管機。

（2）沖（擴）孔工序　圓管坯液壓沖（擴）孔成厚壁空心坯用于擠壓管機組，圓波浪形鋼錠水壓沖孔成厚壁杯形坯，用于大型頂管機組。

（3）沖孔和延伸工序　方管坯水壓沖孔成厚壁杯形坯，再加熱，延伸成毛管后用于頂管機組；方波浪或圓波浪形鋼錠、八角錠水壓沖孔成厚壁杯形坯，再加熱，延伸并延穿杯底成毛管后用于周期軋管機組。

2.1.1.3　荒管生產工藝及設備

穿孔后的毛管，管壁很厚，表面極不平整，有明顯的螺旋紋，需要進一步加工，稱為荒管生產，是熱軋無縫鋼管生產流程的重要變形工序之一，其生產方法包括：自動軋管、周期軋管、三輥軋管、圓盤（狄塞爾）軋管、連續軋管、精密軋管、頂管及擠壓管等。各種加工方法各有適用范圍，各有優缺點。下面重點介紹自動軋管機組、熱連軋機組、精密軋管機組的工作原理以及頂管法和擠壓法的工藝流程。

自動軋管機組在20世紀70年代前，一直是無縫鋼管軋制的主導機組，被廣泛采用。目前仍占無縫鋼管生產總量的30％以上。其主要特點是，可生產的產品品種、規格范圍大，對市場適應性強，技術成熟，易掌握，加工費用低，成材率高等，其主要缺點是產品質量差。其工作原理為：利用縱軋的方法，在橢圓形孔型中對毛管進行軋制，其工作原理如圖1-2-1。

其變形過程是在孔型和頂頭構成的環形空間內完成的，其軋管過程如下。

穿孔后的毛管沿著斜箅條滾落下來，自動軋管機的上、下工作輥及下回送輥落下。為去除氧化皮和起一定潤滑作用，需要向毛管內拋撒工業食鹽。然后在推鋼機的幫助下將毛管送入軋輥，上軋輥和下回送輥抬起，鋼管被夾住快速送回軋管機前臺。通常，在自動軋管機上要軋制2～3道次，為了使壁厚均勻，減少外圓的橢圓度，在軋制第二道之前需要翻鋼管90°，然后撒鹽和更換頂頭，一般第二道頂頭直徑比第一道頂頭直徑大1～2mm，最后降下上軋輥和下回送輥。做完上述工作后，用推鋼機再次將加工過的毛管送入自動軋管機中軋制，然后自動返回到軋管機前臺，翻上斜箅條送往均整機。

目前最先進的熱連軋管機組工作原理為：將已穿孔的毛管套在一根芯棒上，依次通過5～9個連續布置的、相鄰兩機間的軋輥軸線互相垂直、機架間距較近的二輥式（或三輥式）軋機，對毛管進行縱向軋制。由于連軋管機可以實現大變形量，一般總變形量可達80％，延伸系數為2.5～5，所以它具有高生產率。現代化的連軋管機組中配置張力減徑機，通常連軋管機只需生產一兩種規格的鋼管，然后通過張力減徑機擴大產品范圍。根據芯棒運動方式不同，可將連軋管機分為全浮動、限動和半限動芯棒連軋管機三種類型。全浮動芯棒連軋管機在整個軋制過程中，芯棒自由通過各架軋機，然后由脫棒機將芯棒從鋼管中抽出。由于在軋制過程中不控制芯棒的速度，因此在整個軋制過程中芯棒運動速度多次變化，將導致金屬流動條件改變，直接影響變形過程，造成鋼管縱向壁厚和直徑的波動，從而影響成品管的尺寸精度。另外芯棒長度大，一則為制造增加成本和難度；再者在軋制直徑較大的鋼管時，長的芯棒質量大，鋼管帶著過重的芯棒在輥道上運行，將會導致鋼管損壞，也給芯棒的維護、保管帶來很大的困難。因此，目前全浮動芯棒連軋管機均用于生產鋼管直徑小于177.8mm的中小型鋼管。限動芯棒連軋管機是在整個軋制過程中對芯棒加以限制，使芯棒以低于軋制速度的恒定速度運行。在軋制過程結束后，鋼管由芯棒上脫出，而芯棒則由限動機構帶動快速返回。這種方法可以避免不規則金屬流動，可以獲得非常好的鋼管壁厚公差，可生產大、中規格的鋼管。半限動芯棒連軋管機在軋制過程中對芯棒速度進行控制，但軋制過程結束之前將芯棒放開，像全浮動芯棒連軋管機一樣將芯棒帶出軋機，然后由脫棒機將芯棒從鋼管中抽出。近年來半限動芯棒連軋管機受到重視。

AR（ACCU-ROLL）軋管機組（精密軋管機）則是改良型狄塞爾軋管機，其主要特點是：水平布置的雙支承的錐形軋輥，立式傳動的大導盤，限動芯棒控制斜軋。其優點是產品質量好、可生產大直徑薄壁管、可軋制高合金鋼材質鋼管、軋管長度長、成材率高等。

頂管法生產無縫鋼管是一種比較古老的方法，它主要適用于生產中、小直徑的碳素及合金鋼管，直徑為57～219mm，壁厚2.5～15mm，長度8～15m，其優點是鋼管精度高，尤其是內、外表面質量高，在精整工段甚至可以不必設置修磨設備。

擠壓法可生產其他軋制方法無法實現的復雜斷面的管材，是對放在擠壓筒中金屬的一端施加壓力，使之通過模孔成形的一種壓力加工方法。根據擠壓時金屬流動方向與擠壓桿運動方向的不同，分為正擠壓和反擠壓。生產流程為：坯料加工→脫脂→環形爐加熱→感應爐加熱→除鱗→涂粉→穿孔/擴孔→空心坯再加熱→除鱗→內外涂粉→擠壓→酸洗（堿洗）/噴丸。

2.1.1.4　成品管生產工藝及設備

成品管生產是無縫鋼管熱軋生產流程的最后一道變形工序，分為熱定（減）徑和熱擴徑兩大工藝。通過此工序將直徑較大且已經達到成品鋼管壁厚尺寸和精度要求的荒管，經定、減、擴徑達到成品管的直徑。熱定、減徑或熱擴徑后，鋼管一般約為800℃的高溫狀態，要冷卻到常溫。如果冷卻工序不當，鋼管將產生彎曲變形。為了保證質量，必須在專門的冷床上均勻冷卻鋼管。

熱定、減徑機依其結構形式分為二輥式和三輥式，均由多機架組成，定徑（帶微張力）機組通常由3～14個機架組成。當需要大減徑量時，即為減徑機和張力減徑機，多達24～28架。定、減徑機一般采用二輥式，微張力定徑機和張力減徑機多采用三輥式。

為保證熱定、減徑后的鋼管幾何尺寸的精度和力學性能，鋼管定、減徑前的溫度視鋼種和機架數而定，一般為［（950～980）±10］℃，出定、減徑機的溫度一般為830～900℃。達不到這一溫度的軋管機，一般都建有再熱加熱爐。

為了提高軋管機組的生產效率和產量，在軋管機后配備了張力減徑機。這樣，軋管機只需軋出1種或2種最多3種規格外徑的荒管，通過張力減徑機就可以生產出不同直徑和壁厚的成品鋼管，使軋管機的軋制的鋼管單一化，從而減少管坯和芯棒的數量。如寶鋼無縫管廠的140mm連軋機組用兩個直徑、不同壁厚的72個規格的荒管，張力減徑后就生產出成品管468個規格。

冷床是熱軋無縫鋼管完成最后一道變形工序后，使熱狀態鋼管從軋制溫度冷卻到常溫的重要設備。其主要功能是保證鋼管冷卻過程中均勻降溫，使鋼管不產生彎曲，以確保鋼管直線度。冷床分為鏈條式和步進式兩大類，目前一般都選用先進的步進式冷床。

2.1.1.5　鋼管精整工藝及設備

鋼管精整工序包括：矯直、熱處理、切（鋸）鋼管頭尾、鋸（切）分段、取樣、檢查、修磨、切（鋸）廢品管段、噴印標記、包裝以及有特殊要求的熱處理、無損檢測、液壓試驗及涂層等。

鋼管矯直在矯直機上完成，主要是消除軋制、運送、冷卻和熱處理工序中鋼管產生的縱向彎曲、扭曲及減少鋼管的橢圓度。利用多次彈-塑性縱向彎曲或拉伸來矯正鋼管的縱向彎曲；用彈-塑性扭轉來矯正扭曲的鋼管，有時，采用扭轉及拉伸聯合對鋼管進行矯正。橢圓度只能在斜輥式和轉子式矯直機上被矯正。根據用途和結構，現有的矯直機分為：壓力矯直機、鏈式矯直機、平行輥式矯直機、轉子矯直機、扭轉-拉伸式矯直機和多輥式矯直機。

鋼管熱處理是鋼管生產的重要工序之一，通過不同的熱處理工藝，可以使鋼管滿足特定使用條件下對鋼管性能的要求。對鋼管組織性能及硬度的不同要求，鋼管熱處理工藝可分為5大類，即退火（完全退火、等溫退火、球化退火）、正火、正火+回火、調質和固溶處理。為實現鋼管熱處理，一般無縫管廠均建有獨立的或熱處理與精整工序連在一起的生產線。熱處理設備包括：連續式輥底爐和步進式加熱爐。調質處理的淬火裝置對保證質量極其重要，現在常用的淬火裝置有三種形式：放射式淬火裝置、心軸式噴流裝置和機械化淬火槽。前兩種形式一般只能淬壁厚在13mm以下的管子，若需要淬10mm以上的厚壁管時，采用內表面淬火才能淬透。

鋼管在線鋸切工序是將鋼管在軋制中產生的頭尾以及存在缺陷的管段切掉，或將定減徑后的倍尺長管分段鋸切為單倍尺管，或將經檢查和探傷確定的廢品管段去掉，一般采用切管機和排管鋸。對于產量不高、鋼管根數不特別多的軋管機組選用切管機；產量高或鋼管根數特別多的軋管機組選用排管鋸。

一般熱軋無縫鋼管精整線的最后工序是對每根鋼管測長、稱重、噴印標記和打捆包裝。過去這些工作都是由人工完成，目前已經實現機械化，甚至自動化操作。

2.1.2　鋼管冷加工生產

鋼管冷加工主要用來生產小直徑、精密、薄壁和高強度管材。冷加工的鋼管在各國的鋼管產量中均占相當大的比例，在我國國民經濟中也占有相當大的比例。目前在國外，鋼管冷加工主要的方法是冷拔和冷軋。冷擴管是我國獨創，因為在我國相當長的一段時間內，缺少大中型軋管機組，大中口徑無縫鋼管緊缺。為解決內需，采用了冷擴徑的辦法生產大直徑無縫鋼管。

總的來說，鋼管冷拔、冷軋和熱軋相比具有以下特點。

①可生產薄壁、極薄壁和大直徑薄壁管、小直徑管和毛細管，以及各種異形和變斷面管和管件。

②可生產高尺寸精度且表面光潔程度高的鋼管。

③配以相應的熱處理制度，冷加工鋼管能獲得很高的綜合力學性能。

④一些熱加工溫度范圍窄、高溫韌性低而室溫塑性好的材料用熱軋難以成形，而采用空心鑄坯可用冷加工生產鋼管。

冷軋（撥）無縫鋼管除分一般鋼管、低中壓鍋爐鋼管、高壓鍋爐鋼管、合金鋼管、不銹鋼管、石油裂化管、其他鋼管外，還包括碳素薄壁鋼管、合金薄壁鋼管、不銹薄壁鋼管、異形鋼管。

2.1.2.1　鋼管冷加工用的管坯準備

冷拔、冷軋鋼管用的管坯也是由熱軋鋼管軋管機組來生產的，自動軋管機組、連軋管機組、周期軋管機組、精密軋管機組和擠壓機組等都可以生產冷拔、冷軋鋼管的管坯。對于直徑小于等于100mm的坯料管，是經過減徑機和張力減徑機減徑或定徑后的成品管。大中直徑的管坯使用定徑后的熱軋成品管。

2.1.2.2　冷拔、冷擴鋼管生產工藝及設備

鋼管冷拔、冷擴主要特點如下。

①生產效率高，靈活性大，由于工具簡單，調整方便，可以生產規格范圍很大的各種形狀的鋼管，其中如毛細管、厚壁小直徑管和各種異形管，用其他方法難以或不可能生產的鋼管。

②產品質量好，工具費用低，設備比較簡單。

③冷拔方法的缺點是生產循環次數多，因為每一道次的變形量不超過40％，輔助工序多，金屬消耗比冷軋方法大。

④冷拔方法主要用于生產各種碳素鋼、一些低合金鋼和合金鋼鋼管。近些年開始用冷減徑的方法，有可能生產3～4mm的小直徑管。

冷拔鋼管生產工藝的種類很多，主要有無芯棒拔制（即空拔）、短芯棒拔制、長芯棒拔制、游動芯棒拔制、多模拔制、輥模拔制、溫拔和超聲波拔制等。目前廣泛使用的是空拔和短芯棒拔制。冷拔鋼管生產典型工藝見圖1-2-2。

冷拔（擴）無縫鋼管的軋制方法較熱軋（擠壓無縫鋼管）復雜。它們的生產工藝流程前三步基本相同。不同之處從第四個步驟開始，圓管坯經打空后，要打頭、退火。退火后要用專門的酸性液體進行酸洗。酸洗后，涂油。然后緊接著是經過多道次冷拔（冷軋），專門的熱處理。熱處理后，就要被矯直。鋼管經矯直后由傳送帶送至金屬探傷機（或水壓實驗）進行內部探傷，若鋼管內部有裂紋、氣泡等問題，將被探測出。鋼管質檢后還要通過嚴格的手工挑選。合格后，用油漆標記并入庫。

拔管機是冷拔鋼管的核心關鍵設備，主要冷拔管機的形式、技術性能和特點見表1-2-1。

2.1.2.3　冷軋鋼管生產工藝及設備

冷軋無縫鋼管制造工藝流程基本與冷拔（冷擴）工藝流程類似，只是采用冷軋管機代替了拔管機，鋼管在變斷面圓孔槽和不動的錐形頂頭所組成的環形孔型中軋制，鋼管冷軋的主要特點如下。

①幾乎沒有金屬消耗。

②變形量大，使用錐形芯棒（周期式冷軋）時可以得到很大的管壁壓下量（75％～85％）和減徑量（65％），從而縮短生產周期。

③由于壓下量大，管徑壁厚不均和公差可顯著減小。

④變形應力狀態好，產品尺寸精度高，內、外表面質量好，表面不會出現冷拔時的縱向裂紋。

⑤用少數幾種壁厚的管料就可以生產很多規格的成品管。

⑥鋼管冷軋的缺點是：受工具和工藝要求的限制，品種不能多樣化，工具制造困難，設備也比較復雜。

⑦冷軋廣泛用來生產高合金鋼、合金鋼和碳素鋼管。

冷軋鋼管的生產的一般工藝流程如下。

圓管坯→檢驗→剪斷→加熱→穿孔→軋管→冷卻→檢驗→酸洗、潤滑→冷軋機軋制→無氧熱處理→精密矯直→切頭、倒棱→無損檢測→檢驗→防銹處理、包裝→司磅、入庫。

軋管機是冷軋鋼管的核心設備，主要有二輥式冷軋管機、多輥式冷軋管機、冷連軋管機和多排式冷軋管機。

2.1.3　無縫鋼管檢測

無縫鋼管的檢測是保證出廠鋼管質量的重要手段，可分為以下幾類。

（1）化學成分分析　常采用化學分析法和儀器分析法（紅外C-S分析、直讀光譜、N-O儀等）。

（2）鋼管幾何尺寸及外形檢查　鋼管壁厚檢查、鋼管外徑檢查、橢圓度檢查、鋼管長度檢查、鋼管彎曲度檢查、鋼管端面坡口角度和鈍邊檢查。

（3）鋼管表面檢查　包括人工肉眼檢查、磁粉探傷和表面著色探傷。

（4）鋼管無損檢測　主要有超聲波探傷、渦流探傷、漏磁探傷、射線探傷。

2.2　焊接鋼管

2.2.1　焊管生產概述

焊接鋼管也稱焊管，是用鋼板或帶鋼經過卷曲成形后焊接制成的鋼管。焊接鋼管生產工藝簡單，生產效率高，品種規格多，設備投資少，但一般強度低于無縫鋼管。按生產方法分類，可分為電弧焊管、電阻焊管（高頻、低頻）、氣焊管、爐焊管。因其焊接形式的不同分為直縫焊管和螺旋焊管兩種。因其端部形狀又分為圓形焊管和異形（方、扁等）焊管。

20世紀30年代以來，隨著優質帶鋼連軋生產的迅速發展以及焊接和檢驗技術的進步，焊縫質量不斷提升，焊接鋼管的品種規格日益增多，并在越來越多的領域代替了無縫鋼管。

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

本節重點介紹幾種具有代表性的直縫電焊鋼管和螺旋電焊鋼管的生產工藝與檢測方法。

2.2.2　直縫高頻焊接鋼管的生產工藝

直縫高頻焊接（elect ricresistance welding，ERW）鋼管是通過高頻焊接機組將一定規格的長條形鋼帶卷成圓管狀并將直縫焊接而成的鋼管。鋼管的形狀可以是圓形的，也可以是方形或異形的，它取決于焊后的定徑軋制。焊接鋼管的材料主要是：低碳鋼及σs≤300N/mm2（300MPa）、σs≤500N/mm2的低合金鋼或其他鋼材。直縫鋼管高頻焊接的生產工藝流程如圖1-2-3所示。

鋼管的高頻焊接是利用交流電的趨膚效應和鄰近效應，鋼材（帶鋼）經滾壓成形后，形成一個截面斷開的圓形管坯，在管坯內靠近感應線圈中心附近旋轉一個或一組阻抗器（磁棒），阻抗器與管坯開口處形成一個電磁感應回路，在趨膚效應和鄰近效應的作用下，管坯開口處邊緣產生強大而集中的熱效應，使焊縫邊緣迅速加熱到焊接所需溫度，經壓輥擠壓后，熔融狀態的金屬實現晶間接合，冷卻后形成一條牢固的對接焊縫。

直縫鋼管的高頻焊接過程是在高頻焊管機組中完成的。高頻焊管機組通常由滾壓成形、高頻焊接、擠壓、冷卻、定徑、飛鋸切斷等部件組成，機組的前端配有儲料活套，機組的后端配有鋼管翻轉機架；電氣部分主要由高頻發生器、直流勵磁發電機和儀表自動控制裝置等組成。

高頻焊直縫鋼管生產工藝中，高頻焊接往往是決定鋼管質量的關鍵工序，高頻焊接的幾個關鍵控制要素如下。

（1）焊縫間隙的控制　將帶鋼送入焊管機組，經多道軋輥滾壓，帶鋼逐漸卷起，形成有開口間隙的圓形管坯，調整擠壓輥的壓下量，使焊縫間隙控制在1～3mm，并使焊口兩端齊平。如間隙過大，則造成鄰近效應減少，渦流熱量不足，焊縫晶間接合不良而產生未熔合或開裂。如間隙過小則造成鄰近效應增大，焊接熱量過大，造成焊縫燒損；或者焊縫經擠壓、滾壓后形成深坑，影響焊縫表面質量。

（2）焊接溫度控制　焊接溫度主要受高頻渦流熱功率的影響，高頻渦流熱功率主要受電流頻率的影響，渦流熱功率與電流激勵頻率的平方成正比。而電流激勵頻率又受激勵電壓、電流和電容、電感的影響。只要改變回路中的電容、電感或電壓、電流即可改變激勵頻率的大小，從而達到控制焊接溫度的目的。對于低碳鋼，焊接溫度控制在1250～1460℃，可滿足管壁厚3～5mm焊透要求。另外，焊接溫度亦可通過調節焊接速度來實現。

當輸入熱量不足時，被加熱的焊縫邊緣達不到焊接溫度，金屬組織仍然保持固態，形成未熔合或未焊透；當輸入熱量過多時，被加熱的焊縫邊緣超過焊接溫度，產生過燒或熔滴，使焊縫形成熔洞。

（3）擠壓力的控制　管坯的兩個邊緣加熱到焊接溫度后，在擠壓輥的擠壓下，金屬晶粒互相滲透、結晶，形成共同晶粒，最終形成牢固的焊縫。若擠壓力過小，形成共同晶粒的數量就小，焊縫金屬強度下降，受力后會產生開裂；如果擠壓力過大，將會使熔融狀態的金屬被擠出焊縫，不但降低了焊縫強度，而且會產生大量的內、外毛刺，甚至造成焊接搭縫等缺陷。

（4）高頻感應圈位置的調控　高頻感應圈應盡量接近擠壓輥位置。若感應圈距擠壓輥較遠時，有效加熱時間較長，熱影響區較寬，焊縫強度下降；反之，焊縫邊緣加熱不足，擠壓后成形不良。

（5）阻抗器　阻抗器是一個或一組焊管專用磁棒，阻抗器的截面積通常應不小于鋼管內徑截面積的70％，其作用是使感應圈、管坯焊縫邊緣與磁棒形成一個電磁感應回路，產生鄰近效應，渦流熱量集中在管坯焊縫邊緣附近，使管坯邊緣加熱到焊接溫度。阻抗器用一根鋼絲拖動在管坯內，其中心位置應相對固定在接近擠壓輥中心位置。開機時，由于管坯快速運動，阻抗器受管坯內壁的摩擦而損耗較大，需要經常更換。

（6）焊縫經焊疤清除　清除方法是在機架上固定刀具，靠焊管的快速運動將焊疤刮平。焊管內部的毛刺一般不清除。

高頻焊管的技術要求與質量檢驗。根據GB 3092《低壓流體輸送用焊接鋼管》標準的規定，焊管的公稱直徑為6～150mm，公稱壁厚為2.0～6.0mm，焊管的長度通常為4～10m，可按定尺或倍尺長度出廠。鋼管表面質量應光滑，不允許有折疊、裂縫、分層、搭焊等缺陷存在。鋼管表面允許有不超過壁厚負偏差的劃道、刮傷、焊縫錯位、燒傷和結疤等輕微缺陷存在。允許焊縫處壁厚增厚和內縫焊筋存在。

2.2.3　UOE鋼管生產工藝

UOE法是當今國際上最先進的直縫鋼管成形方法之一，是目前國際上廣泛采用的成熟的大直徑直縫埋弧焊管成形工藝，生產的鋼管廣泛用于大型管道工程、輸水輸氣工程、城市管網建設，鋼結構建筑，橋梁打樁，市政工程中。

UOE法首先將預彎邊的鋼板在U成形壓力機的成形模內壓成U形，然后在O成形壓力機的成形模內再壓成O形焊接成管后，再整體擴徑。典型工藝流程見圖1-2-4。

UOE直縫埋弧焊鋼管成形各工序分別采用專用的成形壓力機，依次完成鋼板邊部預彎、U成形及O成形三道工序，將鋼板變形成為圓形管筒。其優點是：生產自動化程度高，生產率高，產品質量優良、穩定。

（1）鋼板邊部預彎

鋼板邊部預彎的目的是完成兩板邊的預變形。使板邊的彎曲半徑達到或接近所生產鋼管規格的半徑，從而保證鋼管焊縫區域的幾何形狀和尺寸精度，避免在O成形后管坯呈“梨形”。鋼板邊部預彎通常在輥式彎邊機或預彎邊壓力機上完成。輥式彎邊機一般用于較薄鋼板邊部的彎曲成形，對高強度厚板的預彎效果不理想，容易造成鋼板邊部縱向延伸。預彎邊壓力機是專用的板邊預彎成形的壓力機，適用于厚板的預彎曲成形。根據鋼板長度、彎邊模具長度、壓力機成形力以及生產能力的不同，預彎邊壓力機的彎邊操作是分若干步完成的，鋼板每前進一個模具長度，下模具壓上一次，直至整個板邊長度都完成預彎邊操作，一般分3～5步完成。

（2）U成形

邊部預彎后的鋼板進人第二個成形工序——U成形。鋼板在U成形壓力機上完成定位后，U成形壓力機垂直壓模向下運動，在下支承輥或模具的作用下，將鋼板彎曲變形成U形管筒。U成形壓力機根據其下部機構不同分為凱澤型（KAISER）、維爾森型（VERSON）和曼內斯曼型（MANNESMANN）。凱澤型U成形壓力機為連桿自由彎曲式，其特點為成形時支點間距較大，垂直壓模壓下到一定行程時，側壓輥連同連桿機構一同向內繼續將鋼板彎曲成U形管筒；維爾森型U成形壓力機為搖臂模式，與凱澤型類似，靠垂直壓模施加壓力，壓下到一定行程時，下支承輥模翻轉，將鋼板彎曲成U形管筒；曼內斯曼型U成形壓力機是帶有垂直主壓力缸和側壓力缸的壓力機，垂直主壓力缸與側壓力缸均可單獨驅動，成形過程中側壓力缸不受主壓力缸的制約。其特點是采用帶曲率半徑的垂直沖模，沖模的曲率半徑取決于鋼種和成品鋼管的直徑，因此可獲得較好的彎曲性能，是當今世界較先進并被廣泛應用的機型。曼內斯曼型U成形壓力機變形過程按以下兩個階段完成：垂直沖模壓下，鋼板在垂直沖模及下支承輥的作用下變形為兩腿微張的U形；兩側水平壓輥向內壓進，鋼板繼續變形并形成一定的過彎，使彈性恢復后成形為規則的U形管筒。

（3）O成形

鋼板變形為U形管筒后，進入第三個主變形工序——O成形。在此工序中，O成形壓力機上模壓下，完成將U形管筒變形為O形管筒的變形過程。O成形壓力機上裝有兩個對開的半圓柱面的壓模，將U形的兩條腿彎曲后，再進一步變形為O形，施加一定程度的壓縮變形，控制成形后幾何形狀的同時，控制彈性恢復。

UOE直縫埋弧焊管焊接工序也是決定焊管質量的關鍵工序，特別是高強度鋼材制造UOE鋼管時，管子焊縫性能往往直接影響管子是否合格。UOE管直縫焊接一般采用雙面埋弧自動焊，通過鋼材成分分析，匹配合適的焊材，實現焊縫與母材性能相當。

2.2.4　JCOE直縫埋弧焊鋼管生產工藝

JCOE是直縫焊接鋼管的一種成形方式，也是生產線上的設備之一。主要以雙面埋弧焊生產工藝為主，產品經折彎、合縫、內焊、外焊、矯直、平頭等多道工序，完成直縫焊接鋼管的生產。工藝流程見圖1-2-5。

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

JCOE鋼管在大型管道工程、輸水輸氣工程、城市管網建設、鋼結構建筑、橋梁打樁、市政建設和城市建設中扮演著重要角色。

JCOE埋弧焊直縫鋼管生產工藝要點如下。

（1）板探　用來制造大口徑埋弧焊直縫鋼管的鋼板進入生產線后，首先進行全板超聲波檢驗。

（2）銑邊　通過銑邊機對鋼板兩邊緣進行雙面銑削，使之達到要求的板寬、板邊平行度和坡口形狀。

（3）預彎邊　利用預彎機進行板邊預彎，使板邊具有符合要求的曲率。

（4）成形　在成形機上首先將預彎后的鋼板的一半經過多次步進沖壓，壓成J形，再將鋼板的另一半同樣彎曲，壓成C形，最后形成開口的O形。

（5）預焊　使成形后的直縫焊鋼管合縫并采用氣體保護焊（MAG）進行連續焊接。

（6）內焊　采用縱列多絲埋弧焊（最多可為四絲）在直縫鋼管內側進行焊接。

（7）外焊　采用縱列多絲埋弧焊在直縫埋弧焊鋼管外側進行焊接。

（8）超聲波檢驗Ⅰ　對直縫焊鋼管內、外焊縫及焊縫兩側母材進行100％檢查。

（9）X射線檢查Ⅰ　對內、外焊縫進行100％的X射線工業電視檢查，采用圖像處理系統以保證探傷的靈敏度。

（10）擴徑　對埋弧焊直縫鋼管全長進行擴徑以提高鋼管的尺寸精度，并改善鋼管內應力的分布狀態。

（11）水壓試驗　在水壓試驗機上對擴徑后的鋼管進行逐根檢驗以保證鋼管達到標準要求的試驗壓力，該機具有自動記錄和儲存功能。

（12）倒棱　將檢驗合格后的鋼管進行管端加工，達到要求的管端坡口尺寸。

（13）超聲波檢驗Ⅱ　再次逐根進行超聲波檢驗以檢查直縫焊鋼管在擴徑、水壓后可能產生的缺陷。

（14）X射線檢查Ⅱ　對擴徑和水壓試驗后的鋼管進行X射線工業電視檢查和管端焊縫拍片。

（15）管端磁粉檢驗　進行此項檢查以發現管端缺陷。

（16）防腐和涂層　合格后的鋼管根據用戶要求進行防腐和涂層。

JCOE直縫鋼管的內外表面應光滑，不允許有折疊、裂縫、分層、搭焊、斷弧、燒穿及其他深度超過壁厚下偏差的局部缺陷存在。

2.2.5　螺旋焊管生產工藝

螺旋焊管是以帶鋼卷板為原材料，經常溫擠壓成形，以自動雙絲（或多絲）雙面埋弧焊工藝焊接而成的螺旋縫焊接鋼管。有兩種工藝形式，一是連續生產，另一種是間斷生產。前者利用活套裝置儲存帶鋼或者使用飛焊車保證在接帶對頭焊接時能夠連續生產，保證機組遞送、成形焊接連續進行；后者由于沒有活套裝置和飛焊車，當一卷帶鋼生產完后，整個機組全線停產，待將兩卷帶鋼頭、尾焊接好后再恢復生產，這種工藝現在已很少采用。圖1-2-6為螺旋埋弧焊管生產工藝流程圖。

2.2.5.1　工序過程

工序過程描述如下。

（1）開卷板探　將鋼板開卷后進入生產線，首先進行全板超聲波檢驗。

（2）矯平銑邊　通過壓砧機使原來卷曲的鋼板平整，再通過銑邊機對鋼板兩邊緣進行雙面銑削，使之達到要求的板寬、板邊平行度和坡口形狀。

（3）剪切成形　在生產線上將鋼板沿外沿螺旋卷曲成管狀。

（4）對焊切割　采用先進的雙面埋弧焊技術進行預焊接→內焊接→外焊接。將焊接成形的鋼管使用等離子弧切割成規范長度。

（5）目視檢查　由專業技術人員對一些基本參數進行檢查。

（6）超聲波探傷　對內、外焊縫及焊縫兩側母材進行100％的檢查。

（7）X射線探傷　對內、外焊縫進行100％的X射線工業電視檢查，采用圖像處理系統以保證探傷的靈敏度。

（8）打壓試驗　在水壓試驗機上對鋼管進行逐根檢驗以保證鋼管達到標準要求的試驗壓力。

（9）倒棱平頭　將檢驗合格的鋼管進行管端加工，達到要求的管端坡口尺寸。

（10）最后檢查　再次進行超聲波和X射線探傷以及進行管端磁粉檢驗，檢查是否存在焊接問題及管端缺陷。

（11）涂油打標　合格后的鋼管進行涂油以防腐蝕，并根據用戶要求進行打標。

除了以上檢測項目外，根據API標準及其他相關標準和一些用戶的特殊要求，還需要對鋼板、鋼管進行有損檢驗和其他檢驗，其中包括進廠原材料理化性能的抽檢、100％的鋼板外觀檢查。

2.2.5.2　技術特點

技術特點如下。

①鋼管成形過程中，鋼板變形均勻，殘余應力小，表面不產生劃傷。加工的鋼管在尺寸規格范圍上有更大的靈活性，尤其在生產高鋼級厚壁鋼管，特別是大口徑厚壁管方面具有其他工藝無法比擬的優勢，可滿足用戶在鋼管規格方面更多的要求。

②采用先預焊后內外焊（精焊）的工藝，可在最佳位置實現焊接，不易出現錯邊、焊偏和未焊透等缺陷，容易控制焊接質量。

③進行整體機械擴徑，可有效地提高鋼管的尺寸精度，并改善鋼管內應力的分布狀態，從而避免由于應力腐蝕造成的破壞，同時有利于現場的焊接施工。

④對鋼管進行9項100％的質量檢查，使鋼管生產的全過程均在有效的檢測、監控之下，有效地保證了埋弧焊鋼管產品質量。

⑤整條生產線的全部設備具備與計算機數據采集系統聯網的功能，實現數據即時傳輸，由中央控制室對生產過程中的技術參數和質量指標進行采集。

2.2.5.3　鋼管質量檢測

螺旋鋼管在出廠之前應做力學性能試驗和壓扁試驗以及擴口試驗，并要達到標準規定的要求。質量檢測方法如下。

（1）外觀檢驗　焊接接頭的外觀檢驗是一種手續簡便而又應用廣泛的檢驗方法，是成品檢驗的一個重要內容，主要是發現焊縫表面的缺陷和尺寸上的偏差。一般通過肉眼觀察，借助標準樣板、量規和放大鏡等工具進行檢驗。若焊縫表面出現缺陷，焊縫內部便有存在缺陷的可能。

（2）無損檢測　對于可燃介質流體輸送用鋼管的螺旋焊縫應進行100％射線或超聲波檢驗，對用于水、污水、空氣、采暖蒸汽等普通流體輸送用的鋼管的螺旋焊縫應進行X射線或超聲波檢驗抽查（20％）。鋼管的補焊焊縫、鋼帶對頭焊縫及環向焊縫應進行X射線或超聲波檢驗。

（3）水壓試驗　每根鋼管應做靜水壓力試驗而無滲漏現象，試驗壓力按公式p=2ST/D（式中，p——試驗壓力，MPa，S——管材標準最小屈服強度，MPa；T——管壁厚度，mm；D——管外徑，mm。）計算。靜水試驗的試驗應力按相應管材標準屈服強度最小值（如Q 235為235MPa）的60％選取。D<508mm時，試驗壓力保持時間不少于5s；D≥508mm時，試驗壓力保持時間不少于10s。

根據螺旋鋼管質量檢驗結果，通常將螺旋鋼管分為三類：合格品、返修品和廢品。合格品指外觀質量和內在質量符合有關標準或交貨驗收技術條件的螺旋鋼管；返修品指外觀質量和內在質量不完全符合標準和驗收條件，但允許返修，返修后能達到標準和驗收條件的螺旋鋼管；廢品指外觀質量和內在質量不合格，不允許返修或返修后仍達不到標準和驗收條件的螺旋鋼管。

2.3　鑄造管生產工藝簡介

鑄造管以離心鑄管工藝為主流，與砂型鑄造相比，優點如下。

①鑄件的致密性較高，氣孔、夾渣等缺陷少，其力學性能高于常見的砂型鑄造。

②生產中空鑄件時型芯用量很少，甚至不用，生產過程中的廢棄物較少，有利于環境保護。

③鑄造中幾乎沒有澆鑄系統和冒口系統的金屬消耗，工藝出品率高。

④借助離心力的作用提高了澆鑄過程中金屬液體的充型性，故可生產薄壁鑄件。

⑤對于具有旋轉中心的鑄件，如管、筒、套、輥、輪等鑄件的生產較為方便。

根據鑄型軸線在空間的位置，離心鑄管可分為臥式和立式離心鑄造兩種：鑄型的旋轉軸線處于水平或與水平成一定夾角（<15°）時，稱為臥式離心鑄造，在鑄管及軸套的生產中應用極廣；而鑄型的旋轉軸線處于垂直時，稱為立式離心鑄造，多用于雙合金軋輥及輪圈的生產。根據生產方法，可分為水冷法和熱模法兩大類，水冷法離心鑄管機分為水冷金屬型離心鑄管機和雨淋金屬型離心鑄管機，雨淋金屬型離心鑄管機多用于DN>800mm的鑄鐵管生產，生產效率低，目前已很少使用，熱模法離心鑄管機又分為樹脂砂內襯法熱模離心鑄管機和涂料內襯法熱模鑄管機，涂料內襯法所生產的鑄管具有較高的質量，因此有取代樹脂砂法的趨勢。對于DN>1000mm的鑄管生產多采用單工位熱模離心鑄管機，對于DN<600mm的鑄管生產多采用多根管模循環生產（管模最多循環根數多為21根）的多工位熱模離心鑄管機。

離心球磨鑄管經過多年的發展，工藝日臻完善，世界各大公司的生產工藝和上述三種離心鑄管工藝大同小異，僅因具體生產條件不同而稍有差異，典型生產工藝流程框圖見圖1-2-7。

主要工藝要點如下。

（1）鐵水制備　生產所用鐵水的制備有兩種方式：一是直接利用高爐鐵水；二是用沖天爐或其他方法來熔化鑄鐵。

（2）球化處理　在國內球磨鑄鐵管生產中，鐵水球化主要有沖入法和喂絲法。球化處理完畢后，迅速將鐵水內的浮渣扒凈，然后轉入離心機進行澆鑄。

（3）離心澆鑄　球化后的鐵水進入離心澆鑄機的扇形包內，進行再次扒渣；離心機上行，隨之鑄型開始旋轉，扇形包中的鐵水以一定的速度導入澆鑄機中，依次經落槽、流槽再流入鑄型內；依次完成承口澆鑄、直管澆鑄；鐵水在離心力的作用下，快速成形并凝固；拔管機將成形的管子從鑄型中拔出；同時進行下一根鑄管的澆鑄準備。

（4）退火處理　水冷法生產的球磨鑄鐵管需經退火處理，消除管體內的滲碳體，達到基本鐵素體化，以提高鑄管的力學性能。

（5）精整　精整工序包括噴鋅、三磨（清理承口、插口修磨、內壁修磨）、切環、倒角、試壓等工序，基本為流水線作業。

（6）水泥涂襯　水泥涂襯是在鑄管內表面襯上一層較薄的水泥砂漿，以增強鑄管內表面的耐蝕性能，并提高鑄管內表面的粗糙度。

（7）噴漆包裝　在鑄管外表面涂上瀝青漆（煤氣管內、外面均涂瀝青漆），以增強鑄管表面的耐蝕性能，提高鑄管的外表面質量，噴涂瀝青漆有預熱、噴涂、烘干三個過程。烘干后的鑄管噴標識，經檢驗人員終檢合格后，即可入庫。