钢管制作工艺以及检验标准钢管知识.doc

目 录第一章 钢材生产及分类 第一节 金属的基本概念 第二节 炼钢的原理 第三节 钢的分类 第四节 钢的浇注方法 第五节 钢材的分类第二章 钢管生产基本知识第一节 钢管概述第二节 钢管生产工艺-热轧第三节 钢管生产工艺冷加工第一章 钢材生产及分类第一节 金属的基本概念金属是一种不透明的结晶材料，通常具有高强度和优良的导电性、导热性、延展性和反射性。主要包括黑色金属、钢、有色金属。1、 黑色金属是指铁和铁的合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。生铁是把铁矿石经高炉冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸件。铁合金是由铁和硅、锰、铬等元素组成的合金，铁合金是炼钢的原料之一，在炼钢时做脱氧剂和合金元素添加剂用。2、 生铁在炼钢炉经一定工艺熔炼，即得到钢，也称为粗钢。钢的产品有钢锭（模铸坯）、连铸坯和直接铸成的各种铸件等。通常所讲的钢材，是指经塑性变形（轧制、锻压等）而形成的各种钢材。钢属于黑色金属但钢不完全属于黑色金属。3、 有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。4、金属主要加工方法有：铸造，压力加工，切削，焊接。压力加工定义：就是用不同的工具，对金属施加压力，使之产生塑性变形，制成一定形状产品加工方法的，有轧制，锻造，挤压和拉拔等。钢材的90%左右是用轧制方法成型。合金的定义：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素按一定的配比构成，其改变了原来单一金属的物理及化学性质，但一般仍具有金属的一些通性，所以的合金的使用更为广泛。第二节 炼钢的原理钢是指完成了冶炼过程，未经型性加工的粗钢，也是一种铁碳合金，含量为0.0218或2.11%1、 钢铁的划分，是以钢铁中的含碳量进行划分的。 纯铁：c0.0218%；（或称海绵铁） 铁：c2.11%；（生铁或铸铁） 钢：0.0218%c2.11%；2、 炼钢的主要原料：炼钢的主要原料有：生铁、铁矿石（粉）、熔剂（如碳酸钙或俗称生石灰）等。（备注：铁矿石为垄断行业，全球三大铁矿石巨头：巴西淡水河谷、澳大利亚力拓、澳大利亚必和必拓。近期有全球第四大铁矿石供应商fmg也渐露尖角）3、 钢的六元素：铁、碳、锰、硅、硫、磷，其中硅、锰是在炼钢时作为脱氧元素而加入的，硫、磷是在冶炼是未能除尽的杂质元素：一般锰小于0.8%，硅小于0.5%，磷小于0.05%，硫小于0.04%。4、 炼钢的原理：炼钢是将生铁、铁矿石（粉）中的c、si、mn、p、s（碳、硅、锰、磷、硫）等杂质通过氧化的方法而降低，使其达到规定的含量。炼钢的全过程就是氧化-还原的过程。为了提高钢材的机械性能，炼钢时人们在钢水中人为地加入一些合金元素，如mn-fe、ni-fe、ni及稀土等元素，即低合金钢、高合金钢等，以满足社会的不同需求。5、炼钢的程序： 铁矿粉 铁水 钢 坯高炉 转炉（铁水） 连铸机（连铸坯） 轧机 初轧坯（生铁） 电炉（废铁） 钢 钢包结合钢定模 钢锭 (热轧) 连铸坯第三节 钢的分类1、 按冶炼方法分转炉钢：利用纯氧或空气吹入铁水中，使c、si、mn、p、s等元素氧化除去，并靠某些元素氧化时放出的热量升高铁水温度，从而得到成分、温度合格的钢水。可分为：顶吹围炉钢、底吹围炉钢、侧吹转炉钢特点：冶炼时间短，生产率高，钢的品种多，质量好，成本低，投资少。 平炉钢：利用煤气、天燃气或重油等燃烧的热，熔化炉料，靠炉气中的氧气加入的铁矿石，使铁水中的杂质氧化，从而得到成分、温度合格的钢水。特点：冶炼时间长，生产率低，目前已被淘汰。电炉钢：利用电能作为热源的炼钢方法。加入铁矿石氧化其中的杂质，加入生石灰等除去p、s后，得到成分、温度合格的钢水。可分为：电弧炉钢、电渣炉钢、感应炉钢、真空自耗炉钢、电子束炉钢 特点：由于电炉炼钢的温度高，可冶炼难熔的合金钢，炉内气温及炉渣成份容易调节，除p、s、很彻底，钢的质量好，但是电炉钢的成本高。2、 按化学成分：非合金钢/碳素钢（只描述c，p，mn）、低合金钢(1种合金元素)、合金钢（不含不锈钢，2种合金元素）、不锈钢四类。3、 按状态分：连铸坯、模铸坯、铸造用液态钢三类连铸坯按断面形状又分为：方坯、矩形坯、管坯、板坯、圆坯、异形坯。4、 综合分类：普通钢：碳素结构钢、低合金结构钢、特殊用途普通结构钢 优质钢 优质碳素结构钢：合金结构钢、弹簧钢、易切钢、轴承钢、特殊用途优质结构钢 工具钢：碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢特殊性能钢：不锈耐酸钢、耐热钢、电热合金钢、电工用钢、高锰耐磨钢第四节 钢的浇注方法1、 模注法：模注法分为上注法和下注法，目前我国小吨位电炉及老炼钢厂均采用下注法。它的原理是“u型管”的原理，将钢水浇入一定形状的钢锭模中，凝固后脱去锭模即得到钢锭。模注法设备较复杂，工序多，劳动强度大，钢水损失多，钢锭质量差，开坯时对钢锭表面要进行大量的清除。2、 连铸法：钢水经中间罐连续地注入冷结晶器中，钢液中的热量被流经结晶器的冷却水迅速带走，形成一定厚度的坯壳，由拉坯机拉出结晶器，坯壳进入二次冷却而形成钢坯，经切割机切成一定长度，准备轧制。连铸法是一种先进的生产方法，其成材率高，机械化程度高，劳动强度低，目前这种方法已得到了推广。第五节 钢材的分类根据中国钢铁工业生产统计指标体系将钢材按品种分为22类：1、 线材2、 钢筋3、 棒材4、 大型型钢5、 中小型型钢6、 特厚板7、 厚板8、 中厚板9、 中厚宽带钢10、 热轧窄带钢11、 冷轧窄带钢12、 热轧薄板13、 冷轧薄板14、 热轧薄宽带钢15、 冷轧薄宽带钢16、 镀层板（带）17、 涂层板（带）18、 电工钢板（带）19、 无缝钢管20、 焊接钢管21、 铁道用钢材22、 其它钢材第二章 钢管生产基本知识第一节 钢管概述钢管是一种具有中空断面、周边没有接缝，且长度尺寸远大于断面尺寸的一种长条钢材。钢管广泛应用于石油钻采，输送液体气体，而且在化学工业，建筑工业，机械工业，军事工业等方面都有较大需求量。1、 钢管按生产方式，可分为无缝钢管和焊接钢管。无缝钢管和焊接钢管的区别：无缝钢管是由实心的管坯经穿孔机穿制成毛管后，由各种形式的轧管机轧制成钢管，再径定、减径加工成最终成品钢管。焊接钢管是以钢板或带钢为原料，通过各种方式成型后进行焊接而制成各种规格的管材。2、钢管的品种规格多种多样，按其横截面积形状的不同可分为圆管和异型管。由于在周长相等的条件下，圆面积最大，用圆形管可以输送更多的流体。此外，圆环截面在承受内部或外部径向压力时，受力较均匀，因此，绝大多数钢管是圆管。异型管有方形、三角形、矩形、弓型等。3、无缝钢管按化学成划分，可分为：碳素无缝钢管和合金无缝钢管。4、什么是无缝钢管 ？其规格如何表示？无缝钢管是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经热轧、冷轧、冷拔及热扩制成。无缝钢管的规格一般用外径壁厚长度表示，外径和壁厚一般用毫米作单位 ，长度一般用米作单位. 举例：89mm*4mm*6m在国民经济各部门中钢管得到广泛的应用，成为钢材生产中的重要产品之一，其产量在钢材总产量中占815%，被称为工业的血管。 第二节 钢管生产工艺-热轧生产钢管的方法主要有哪些？生产钢管的方法主要有：自动轧管机组，周期轧管机组（皮尔格轧机），连续轧管机组，顶管机组，冷拔机组，焊管机组和三辊斜轧机组（阿塞尔轧机，assel: 特朗斯瓦尔是改进型）。主要工艺有：热轧、冷轧、冷拔，另外还有一种是热扩。一、 热轧无缝钢管的生产过程主要分为穿孔、轧管和定（减）径。1、 穿孔是将实心的管坯穿制成空心的毛管，是对钢管的初步成型加工，穿孔质量的好坏，对成品管有很大影响。对穿孔的要求是：内外表面质量好，壁厚均匀。根据所用原料、生产能力、产品的技术要求来选用合理的穿孔方法。穿孔方法有： 斜轧穿孔、压力穿孔、推轧穿孔。2、 轧管是对穿孔后毛管的进一步加工，管子壁厚减薄，长度延伸，并对毛管的内外表面进行加工，使之达到成品管所要求的热尺寸和均匀性，轧管是无缝钢管生产中的关键工序。轧管方法有：自动轧管机轧管，连续轧管机轧管，三辊轧管机轧管，狄舍尔轧管机轧管，周期轧管机轧管，顶管机顶管。3、 定、减径是无缝钢管生产的最终轧制工序。定径是对轧制后的钢管进行成品加工，使尺寸准确，提高圆度，减径是将大直径的钢管进行直径方向的缩小，使其直径减缩到所要求的尺寸和精度，以扩大产品的规格。减径也有定径的作用，减径时若对所轧制的管材施加张力，则还会使钢管的壁厚减薄。i. 热轧无缝钢管机组热轧无缝钢管机组包括穿孔机、轧管机、定减径机、冷床、矫直机及精整冷加工设备。广义上讲还应包括加热炉。自动轧管机组生产工艺：管坯准备、管坯加热、穿孔、毛管轧制、均整、定减径、冷却矫直及精加工等，其工艺流程图如下： 称量管坯 截断 冷定心 加热 穿孔 轧管 热定心吹铁皮 矫直 冷却 定径 均整热处理 减径 再加热切管头 成品检查 交库研磨待修品再切头1、 管坯准备：包括管坯检查、管坯切断、定心等工序。热轧无缝管时管坯穿孔前在管坯前端加工出一个浅圆孔的工序，目的是有利于穿孔时顶头鼻部对准管坯轴线，减少毛管的前端壁厚不均，同时改善二次咬入。(见斜轧穿孔原理)定心方法有两种，即热定心和冷定心。热定心是指用压缩空气或液压在热状态下冲孔(挤孔)。设备放置在穿孔机前台处。这种方法生产效率高，设备简单，同时由于冲头(挤头)形状与顶头鼻部形状相适应，能获得良好的定心孔形状 冷定心是指在专门机床钻孔。冷定心仅在生产高合金钢和重要用途钢管时采用。冷定心时如果钻孔形状不当，穿孔时很容易产生定心内折叠缺陷(见内外折叠)。定心孔直径一般取(015025)dz比(dz为坯料直径)。定心孔深度由定心目的而定，一般碳钢管坯定心目的主要是为了减小毛管前端壁厚不均，因此深度取得浅。而高合金钢管坯还要增加顶头前压缩量，因此取得深。管坯检查主要是检查表面缺陷，如发现缺陷应及时清理。管坯切断是根据定尺要求确定管坯长度。定心有冷定心和热定心。冷定心准确性好，但生产效率低且有金属消耗；热定心生产效率高，无金属消耗，但准确性差，一般来说，合金钢、高合金钢采用冷定心，一般碳钢和低合金钢采用热定心。2、 管坯加热： 管坯加热一般在环形炉中加热，也有使用步进炉加热的。环形炉炉围呈圆形，炉底可转动，管坯通过机械手装入炉内，炉底不断慢慢旋转，将加热好的管坯由机械手从出钢口中夹出，放量在辊边上送至穿孔机。管坯加热要求温度均匀，不但沿断面温度均匀而且沿长度温度均匀，以保证穿孔时变形均匀不产生穿偏。3、 穿孔自动轧管机组穿孔机一般采用工辊斜轧穿孔，管坯前端进入轧辊之间，在轧辊的入锥上受到直径方向的压缩，然后与顶头接触开始穿孔。管坯与轧辊刚一接触而咬入变形这称为一次咬入，当和顶头接角时继续咬入变形这称为二次咬入。为使穿孔顺利进行，应调整好穿孔机，选择好穿孔参数。管坯由辊边送入穿孔机；必须先与轧辊接触，后与导板接触，否则将发生“前卡”。毛管穿后应先脱离顶头和导板，再离开轧辊，否则会发生“后卡”。在穿孔过程中，管坯要咬入平衡，顶杆不跳动，毛坯管尺寸合格，内外表面无缺陷，则说明穿孔机调整正确，可以正常生产。4、 轧管轧管实现减壁，使毛管外径和壁厚轧制到接近成品管的尺寸。一般自动轧管机在同一孔型内要轧制2-3边，每轧一边毛管要旋转90度，轧前需要往毛管内撒食盐和木屑的混合物，目的是食盐受热爆炸将毛管内壁的氧化铁皮除掉，同时也起润滑作用，在轧制第二边时，需更换另一规格的顶头，以实现减壁，第三边一般不换顶头，目的是消除椭圆度。为保证轧制出形状适合尺寸要求的钢管，轧前毛管应有足够的外径和壁厚，顶头直径应小于轧前毛管的内径。毛管在轧制中易产生的缺陷是壁厚不均。5、 均整自动轧管机轧管后产生壁厚不均，为使均匀壁厚，加工内外表面，消除和减小钢管的椭圆度，帮需均整。6、 定、减径均整后需定径，将由输送辊边将均整后的毛管送入定径机定径。如需减径，将需进入加热炉进行加热后，再由减径机减径。 冷却、矫直和精加工：钢管在冷床上进行冷却，一般采用空冷，矫直在斜辊式矫直机上进行，再经切管机切定尺，切头切尾、倒棱、然后进行检查，称量和包装。7、 钢管冷却经定、减径后的钢管，一般温度在700-900摄氏度，需冷却到100摄氏度以下再进行精整，钢管在冷床上进行冷却，冷床形式有链式、步进齿条式和螺旋式。现轧管机组，尤其产量高的连轧管机组，均采用步进齿条式冷床。大钢种，一般采用自然空冷。8、 精整：钢管精整包括矫直、切断、热处理、检查、试验、打印、称量、包装等工序。a、矫直：一般系用斜辊式矫直机。b、切断：包括切头尾、切定尺、取试样等，钢管切断是用专用的切钢机，切断口平齐，并进行倒棱。c、热处理：对于热轧状态下达不到技术要求的机械性能和组织状态的钢管，如不锈钢管，轴承管、高压锅炉管等，在精整加工或交货前要热处理，根据不同的品种和要求，采用不同的热处理方法。通常不锈钢管进行固溶处理，轴承管进行球化退水，高压锅炉管进行正火和回火处理，而石油管一般采用调质处理。d、检查：包括对尺寸、弯曲度、内外表面质量、机械性能、工艺性能等检查。钢管的内部质量检查，采用各种无损探伤。e、试验：对取样试样进行机械性能检查，工艺性能检验，对于承受压力的钢管要进行水压试验等。f、打印、称重、包装：经检查合格的钢管进行打印、涂油、并称重，打捆包装，然后入库。问题：1、热轧的优点和缺点有哪些？热轧的优点：a、能消除铸造金属中的某些缺陷，如焊合气孔，破碎粗大晶粒以及改变夹杂物的分布等，使金属的致密性和力学性能得到改善；b、原料经过加热塑性提高，变形抗力降低，因此轧制时可增大变形量，有利于提高生产率；c、由于金属变形抗力减小，对轧制设备的要求可以相应低些，所以能降低设备造价，并使电动机能耗大大降低。热轧的缺点：高温轧制产生氧化铁皮，使金属表面质量不够光洁；产品的尺寸不够精确；力学性能也不如冷加工好。2、管坯加热的目的是什么？管坯加热的目的在于为穿孔和轧管准备良好的加工组织和改善金属性能。一方面加热可使管坯转变为有足够的塑性和低的变形抗力的材料，为金属成型提供有利条件，而另一方面在加热过程中可以改善钢的组织性能。3、穿孔前热定心的目的是什么？热定心的目的：定心是为了在穿孔时使顶头鼻部正确地对准管坯轴线，而在管坯的前端做一个不深的圆孔。4、什么是咬入？什么是咬入角？轧钢是利用两个旋转着的轧辊将轧件拉入辊缝进行压力加工。轧辊把轧件拉入辊缝叫咬入。轧制时轧件与轧辊表面接触的弧线叫咬入弧；咬入弧所对的圆心角叫咬入角。5、斜轧穿孔的两次咬入是指什么？第一次咬入是指轧件和轧辊刚接触瞬间由轧辊带动轧件运动而把轧件拽入变形区中；第二次咬入是指金属进入变形区直到和顶头相遇，需要再克服顶头的轴向阻力才能继续进入变形区。6、穿孔变形区由那些工具构成？变形区一般可分为那四个区域？穿孔变形区由轧辊、顶头和导板构成。变形区一般可分穿孔准备区，穿孔区，展轧区和转圆区。7、三辊轧管机的特点是什么？轧辊辊型一般分几个区？三辊轧管机孔型由三个轧辊组成，三个轧辊都向同一方向旋转，轧机中心线的轧制线相一致。轧辊装在两个轴承座中，而轴承座放在两个圆形机架中，其中一个机架固定，一个机架可转动，这样可以调整前进角。三辊轧管机轧辊辊型由入口锥、台肩、均整区和出口区组成。钢的五元素：c si mn p s钢管的六要素：规格、标准、钢级、重量、长度、产地第三节 钢管生产工艺冷加工一、 体现钢材质量的最基本元素：c；si；mn；p；s.1、 碳（c）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。（c含量可增加钢的硬度，过高的c含量在热处理里易引起开裂） 2、硅（si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.150.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.01.2%的硅，强度可提高1520%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅14%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 （si可提高钢材的硬度。si17叫沸腾钢，为冷轧；si17叫镇静钢，用的多）3、锰（mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.300.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16mn钢比a3屈服点高40%。含锰1114%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 （mn有一定的韧性，可增加钢的硬度，强度）4、磷（p）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。（p可导致钢材在低温下，冲击功降低。标准含量为0.015，在碳素钢中为0.045，在合金钢中为0.03） 5、硫（s）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可改善切削加工性，通常称易切削钢。 (s可影响钢材的高温性能。标准含量为0.008，在碳素钢中为0.045，合金钢中为0.03)6、铬（cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 （cr可增加钢的硬度和强度，且防腐蚀，如5%为防腐，如4%为抗高温）7、镍(ni)：镍能提高钢的强度，又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 （ni可增加钢的强度，防腐蚀，抗高温）8、 钼(mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 （mo能细化晶粒，提高渗透性，达到0.4%以上会产生反作用，不能超过0.4%）9、钛(ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。（ti可细化晶粒，越细，机械性能越好） 10、钒(v)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 （v可提高渗透性，细化晶粒）11、钨(w)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，