无缝钢管生产讲稿(培训课)

2020-03-01 15:58:02 来源：范文大全收藏下载本文

无缝钢管生产

一、

二、

三、

四、

五、

六、

七、钢管的简述钢管的分类钢管的常用标准钢管的技术要求热轧钢管的生产简述钢管的表面质量缺陷简述钢管常用的数学知识

一、钢管的简述 1）钢管的定义

无缝钢管是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材。钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。

2）钢管的优点

A）钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材，广泛用于制造结构件和机械零件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等。

B）用钢管制造环形零件，可提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，如滚动轴承套圈、千斤顶套等，目前已广泛用钢管来制造。钢管还是各种常规武器不可缺少的材料，枪管、炮筒等都要钢管来制造。

3）圆形钢管的优点

钢管按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。

4）圆形钢管的缺点

但是，圆管也有一定的局限性，如在受平面弯曲的条件下，圆管就不如方、矩形管抗弯强度大，一些农机具骨架、钢木家具等就常用方、矩形管。根据不同用途还需有其他截面形状的异型钢管。

二、管材的分类

1、按生产方法分类

（1）无缝管——热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管、顶管（2）焊管

（a）按工艺分——电弧焊管、电阻焊管（高频、低频）、气焊管、炉焊管（b）按焊缝分——直缝焊管、螺旋焊管

2、按断面形状分类

（1）简单断面钢管——圆形钢管、方形钢管、椭圆形钢管、三角形钢管、六角形钢管、菱形钢管、八角形钢管、半圆形钢管其他

1 （2）复杂断面钢管——不等边六角形钢管、五瓣梅花形钢管、双凸形钢管、双凹形钢管、瓜子形钢管、圆锥形钢管、波纹形钢管、表壳钢管、其他

3、按壁厚分类——薄壁钢管、厚壁钢管

4、按用途分类——管道用钢管、热工设备用钢管、机械工业用钢管、石油、地质钻探用钢管、容器钢管、化学工业用钢管、特殊用途钢管、其他

三、钢管的常用标准

１.GB/T8162-1999（结构用无缝钢管）。主要用于一般结构和机械结构。其代表材质（牌号）：碳素钢、20、45号钢；合金钢Q3

45、20Cr、40Cr、20CrMo、30-35CrMo、42CrMo等。

2.GB/T8163-1999（输送流体用无缝钢管）。主要用于工程及大型设备上输送流体管道。代表材质（牌号）为20、Q345等。

3.GB3087-1999（低中压锅炉用无缝钢管）是用于制造各种结构低中压锅炉过热蒸汽管、沸水管及机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管用的优质碳素结构钢热轧和冷拔（轧）无缝钢管。代表材质为

10、20号钢。

4.GB5310-1995（高压锅炉用无缝钢管）是用于制造高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的优质碳素钢、合金钢和不锈耐热钢无缝钢管。代表材质为20G、12Cr1MoVG、15CrMoG等。

5.GB1479-2000（高压化肥设备用无缝钢管）是适用于工作温度为-40~400℃、工作压力为10~30Ma的化工设备和管道的优质碳素结构钢和合金钢无缝钢管。代表材质为20、16Mn、12CrMo、12Cr2Mo等。

6．GB9948-1988（石油裂化用无缝钢管）。主要用于石油冶炼厂的锅炉、热交换器及其输送流体管道。其代表材质为20、12CrMo、1Cr5Mo、1Cr19Ni11Nb等。

7.GB/T5035-1993（汽车半轴套管用无缝钢管）是制造汽车半轴套管及驱动桥桥壳轴管用的优质碳素结构钢和合金结构钢热轧无缝钢管。

8，GB18248-2000（气瓶用无缝钢管）。主要用于制作各种燃气、液压气瓶。其代表材质为37Mn、34Mn2V、35CrMo等。

9，API SPEC5CT-1999（套管和油管规范），主要用于石油的油管和套管，其代表材质为J

55、K

55、N80、C90、P110等。

10.API SPEC 7D（钻杆接头、钻铤），主要用于石油钻探用的。国内钢号为37CrMnMo、4145H、40Mn2。

还有地质钻探用钢管（YB235-70）、石油钻探管（YB528-65）、GB5312-1999（船舶用碳钢和碳锰钢无缝钢管）、金刚石岩芯钻探用无缝钢管（GB3423-82）、柴油机用高压油管（GB3093-86）、液压和气动缸筒用精密内径无缝钢管（GB8713-88）、冷拔或冷轧精密无缝钢管（GB3639-83）、结构用不锈钢无缝钢管（GB/T14975-1994）、流体输送用不锈钢无缝钢管（GB/T14976-1994）、GB/T17396-1998（液压支柱用热轧无缝钢管）、GB3093-1986（柴油机用高压无缝钢管）、GB/T3639-1983（冷拔或冷轧精密无缝钢管）、

2 GB/T3094-1986（冷拔无缝钢管异形钢管）、GB/T8713-1988（液压和气动筒用精密内径无缝钢管）、GB13296-1991（锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管）、GB/T14975-1994（结构用不锈钢无缝钢管）、GB/T14976-1994（流体输送用不锈钢无缝钢管）、等。其工艺流程简述：

无缝钢管因其制造工艺不同，又分为热轧（挤压）无缝钢管和冷拔（轧）无缝钢管两种。冷拔（轧）管又分为圆形管和异形管两种。无缝钢管，又因其用途不同而分为如下若干品种：

１.热轧（挤压无缝钢管）：圆管坯→检查→修磨→切断→加热→穿孔→三辊斜轧、连轧或挤压→再加热→定径（或减径）→冷却→矫直→切头、切尾、取样→检查修磨（或探伤）→包装→入库

轧制无缝管的原料是圆管坯，圆管胚要经过切断设备加工成长度约为一定长度（按计划要求）的坯料，送到加热炉内加热，温度大约为１２００左右的摄氏度。燃料为煤气或天然气。炉内温度控制是关键性的问题.圆管坯出炉后要经过穿孔机进行穿孔。一般较常见的穿孔机是锥形辊穿孔机，这种穿孔机生产效率高，产品质量好，穿孔扩径量大，可穿多种钢种。穿孔后，圆管坯就先后被三辊斜轧、连轧或挤压。挤压后要脱管定减径。经定减径设备进行减径、定径。钢管上冷床进行冷却，就要被矫直。钢管经矫直后进行切头、切尾、取样。如需探伤，则涡流、超声进行内外探伤。若钢管内部有裂纹，气泡等问题，将被探测出。钢管质检后还要通过严格的手工挑选。钢管质检后，用油漆喷上编号、规格、生产批号等。并由吊车吊入仓库中。

２.冷拔（轧）无缝钢管：圆管坯→加热→穿孔→打头→退火→酸洗→磷化、皂化→多道次冷拔（冷轧）→退火→矫直→切头、切尾、取样→检查修磨（或探伤）→包装→入库

冷拔（轧）无缝钢管的轧制方法较热轧（挤压无缝钢管）复杂。它们的生产工艺流程前三步基本相同。不同之处从第四个步骤开始，圆管坯经打头后，退火。退火后要用专门的酸性液体进行酸洗。酸洗后，磷化、皂化。然后紧接着是经过多道次冷拔（冷轧），专门的热处理。热处理后，就要被矫直。钢管经矫直后由传送带送至金属探伤机（或水压实验）进行内部探伤。若钢管内部有裂纹，气泡等问题，将被探测出。钢管质检后还要通过严格的手工挑选。钢管质检后，用油漆喷上编号、规格、生产批号等。并由吊车吊入仓库中。

四、钢管的技术要求

根据材料使用的环境条件选择相应的钢管标准，按钢管标准中的技术要求进行生产和检验。 1，钢种牌号常见的钢管牌号有

碳结钢和低合金：

10、20、

35、

45、Q

435、16Mn 合金钢：40—45Mn

2、27SiMn、40—45MnB、20—50Cr、38CrSi、12—42CrMo、12CrMoV、12Cr1MoV、38CrMoAl、50CrVA、20CrMn、20—35CrMnSi、35CrMnSiA、20—30CrMnTi、

3 12CrNi2（

3、4）、15—40CrMnMo 如有特殊要求，生产厂家与用户相互协商或一方自行确定钢中的成份进行试制。 2，制造方法 1）钢的制造方法

根据材质要求，可选择相应的冶炼方法，目前主要有电炉（电渣重熔、感应加热炉）、转炉、平炉等冶炼方法，如航空航天用的钢管，要求夹杂物很少，必须用电渣重熔生产。 2）管坯的制造方法

根据钢管的质量标准要求，可选择相应的加工方法，如轧坯、锻坯、连铸坯。 3）钢管的制造方法

有热轧（挤压和扩）和冷拔（轧）无缝方法生产。 3，尺寸、外形、重量 1）尺寸公差

外径和壁厚公差根据制造方法和外径大小进行制定不同的级别的公差，如GB/T8162—1999标准中热轧无缝钢管（以下单位均为毫米，mm），

A）外径≥50 普通级公差：±1%，高级公差：±0.75%。 B）壁厚＞20 普通级公差：±12.5%，高级公差：±10%。 C）壁厚：≥4—20 普通级公差：—12.5%，+15%；高级公差：±10%。如299X32的公差

外径：普通级公差为296.01—301.99mm；高级公差为296.76—301.24mm。壁厚：普通级公差为28—36mm；高级公差为28.8—35.2mm。 2）长度

长度：、倍尺长度、范围长度和定尺长度。

A）通常长度一般为3—12M。如用户有要求，则按用户要求进行生产。如无，则按生产标准中要求进行生产。

B）倍尺长度则按用户的倍尺（如450mm的倍尺）来生产，考虑倍尺的切口余量。如用户有切口余量的要求，则按用户的要求进行生产。如无，则按生产标准中的要求进行生产。

C）范围长度：按用户的要求进行组织生产（如7—8M）。

D）定尺长度：按用户的要求进行组织生产（如7M定尺），长度允许偏差按相关标准执行。

倍尺长度、范围长度和定尺长度均在通常长度范围内。 3）弯曲度

钢管的弯曲度是指每米的弯曲度。如GB/T8162—1999中壁厚＞30mm，弯曲度≯

4 3.0mm/M。 4）端头外形

钢管的两端面应与钢管轴线垂直，切口线毛刺应予清除。 5）表面质量

表面质量：按照生产标准进行生产。但一般钢管质量要求：钢管的内外表面不得有裂纹、

折叠、轧折、离层和结疤。这些缺陷必须完全清除，其清除处的实际壁厚不得不于壁厚所允许的最小值。深度不超过壁厚负偏差的其它缺陷允许存在。 6）超声、涡流探伤

根据标准和用户的要求，按相关的探伤标准进行探伤。 7）检验规则

A）钢管的质量检查、理化检验由生产厂的专业质检员、检验员进行。

B）组批规则：生产、检验按批进行检查和验收。每批应由同一牌号、同一炉（罐）号、同一规格和同一热处理制度（炉次）的钢管组成。至于每批的根数见相应的标准。

C）取样按生产标准中有关要求进行取样。

D）检验项目：高倍、拉伸、低倍、冲击、脱碳、晶粒度等。 E）复检和判定规则：参照GB/T2102的规定。 F）检验和检查项目：参照生产标准中的有关要求。

8）交货状态：交货状态有热轧状态、冷拔（轧）状态、热处理状态交货；按用户要求进行交货。

9）交货重量：有实际过磅重量和理论重量两种。

A）按用户要求进行交货。

B）重量允许偏差满足合同要求的偏差。另还有按钢管的根数进行交货。 10）包装、标志和质量证明书见GB/T2102中有关规定。

五、热轧钢管的生产简述

生产工艺流程：圆管坯→检查→修磨→切断→加热→穿孔→三辊斜轧→定径（或减径）→冷却→矫直→切头、切尾、取样→检查修磨（或探伤）→包装→入库 5.1管坯的检查和修磨 1）管坯的要求

管坯的质量的好坏对钢管的质量起决定作用，所以对管坯进行检查和修磨。管坯的测通常技术要求：表面质量、内部组织（主要是低倍组织）以及几何尺寸公差，不同的钢管标准的质量要求不同，所以对应不同的管坯标准。 A）管坯的表面质量

5 管坯的表面质量是不允许存在缺陷，因为在管坯上存在的任何缺陷都会带到钢管上，而且这些缺陷地方往往造成应力集中，通过塑性变形（穿孔变形），使得缺陷加深、加长。

管坯上表面缺陷是指表面上和靠近表面上的缺陷，如果缺陷深度不超过0.7mm，这种缺陷是没有危险的，因为通过加热可将其烧掉（氧化铁皮）。 B）内部组织

内部组织主要是低倍组织，是指缩孔和中心疏松、非金属夹杂物的集聚、气体的含量（如气泡和皮下气泡）。

当大量存在以上所列的缺陷时，在穿孔过程中容易造成内部缺陷和内表面缺陷，大量生产实践表明：钢管内外表面上缺陷常常是由于非金属夹杂物的集聚造成的。这是因为当进行热塑性变形时，由于有些非金属夹杂物不能承受大的塑性变形（特别是穿孔变形），使得金属致密性受到破坏。特别是分布在晶界上，从而减弱了晶粒的联系，使金属塑性降低，导致金属破裂，出现了缺陷。

C）尺寸公差：严格按相应的管坯标准执行。主要是外径的大小和椭圆度的问题，引起质量问题是不能顺利咬入和前卡。 2）管坯的检查和修磨

管坯的检查和修磨有以下： ①酸洗→检查→修磨 ②抛丸→磁粉探伤→修磨 ③人工检查→修磨

酸洗效果好，各种缺陷极易暴露，但占地面积大，劳动条件差，污染大。抛丸效果好，面积小，效率高，但投资大。人工检查主要容易露检，劳动量大。

管坯修磨的方法有：风铲、风动砂轮、车床剥皮及火焰清理。采取何种清理办法，根据钢种而定。

如剥皮针对高合金钢，一般剥5—10mm，极易发现缺陷，并除掉缺陷。火焰清理针对中低碳钢，效率较高。

风铲用的较少，其劳动强度较大，主要清理局部缺陷。风动砂轮用的较多，易操作，方便。 5.2管坯剪断和定心

为了满足轧制各种壁厚和外径的钢管所需的各种长度的管坯，要进行截断。钢管的长度有各种要求，比如范围长度和定尺长度的钢管，管坯的长度同时要求相应的长度。特别是定尺管，管坯的定尺公差一定满足工艺要求进行截断。 A）管坯的剪断

切断管坯的方法：气切、锯切、剪切、折断和氧割。气切用的较少，损耗较大，主要用于合金管坯。

6 剪切用于小规格管坯。

折断用于一定的强度范围的管坯，先锯，后折。

锯切用的较多，锯切有：砂轮锯、圆盘锯、带锯和摩擦锯。目前用得较多是圆盘锯。氧割用于较大的管坯。 B）管坯的定心

管坯的定心有热定心和冷定心。

定心的目的：减少毛管前端的壁厚不均（特别是穿孔厚壁毛管），并改善穿孔的二次咬入条件。

定心的好坏影响钢管的壁厚和内表面质量（如定偏了和定心内折）。 5.3管坯的加热

管坯的加热的目的：为穿孔和轧管准备良好的加工组织和改善金属组织性能。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，为金属成型创造了有利的条件使加工能量消耗最小；另一方面在加热过程中可以改善钢的组织性能（如获得单相组织的固溶体组织、溶解碳化物，降低钢中形成白点的敏感性、初生带状组织的非金属相的扩散等）。

但加热金属过程中也会带来一些缺陷，如形成氧化铁皮、脱碳和渗碳，使得金属表面质量降低，损耗增加。

1）管坯的加热分两个阶段：低温段加热、高温段加热。 A）低温段加热：主要是指金属加热到700℃以下。

此阶段主要是加热一些特殊合金钢的关键时期，因为此类钢有低的热传导性、低的塑性。

此低温段加热速度时考虑以下因素：

金属的导热性（各种合金元素和钢的组织的导热性不同，加热温度和时间不同）热应力（金属内外温度存在温差，内外层的热膨胀就不同，从而产生热应力；与加热速度、管坯直径和导热性有关）

组织应力（大部分碳钢在300—500℃时，塑性降低，产生蓝脆；在相变温度650—900度，钢发生组织转变，产生组织应力，与热应力叠加，破坏金属连续性。）原始应力：前道工序的冷却不当造成的。钢的组织：不同的组织其导热性不同。

B）高温段加热：主要是指金属加热到700℃以上，此时金属的导热性和塑性显著增加，同时沿断面的温差较小，从而热应力大为减少，故采取快速加热。高温段加热考虑的问题：如何保证沿管坯断面和长度方向上加热均匀（阴阳面、白头及黑头）、改善组织结构、减少脱碳、氧化以及防止过热和过烧问题。

以上问题与炉子结构、管坯料在炉中的布置、烧嘴的布置及调节、压力控制和操作。 2）加热温度的确定

加热温度的确定考虑以下因素：过热和过烧、终轧温度（轴承管）、脱碳和渗碳（轴

7 承钢和不锈钢）、温升、顶头材质和氧化铁此。 3）加热过程中的缺陷

①氧化：XFe+YCO2=FeXOY+YCO和XFe+YH2O =FeXOY+YH2 ②脱碳和渗碳：Fe3C+CO2=3Fe+2CO和Fe3C +H2O =3Fe+CO+H2

③过热：如炉内温度过高，或在炉内高温停留时间过长，钢的晶粒长大很快，导致晶粒间结合力弱，机械性能显著下降，在变形过程中出现轧裂。此现象可以经热处理进行挽救。

④过烧：在加热到大大超过GS线以上的温度和长时间停留在炉中，除了晶粒长大外，碳和其它偏析物所组成的晶间薄膜将产生熔化，氧化，钢的结合性相当差，在穿孔过程中破裂成块，无法挽救。 5.4钢管轧制原理简述

一）穿孔机 1，简述

在无缝钢管生产机组中斜轧穿孔机的作用在于由实心的坯料穿孔成空心的毛管，是生产的最主要的工序，是金属变形的第一道工序。

在钻床上是靠钻头旋转而切削金属获得眼孔，一部分金属变成金属屑而废掉；斜轧穿孔是靠金属塑性变形加工来形成内孔，金属没有丝毫损失。但斜轧穿孔比钻孔较复杂得多。

斜轧穿孔的历史：在1884年前，德国工人在锻造圆断面钢坯（旋转横锻）实践活动中，常发现坯料的中心出现中心破裂，形成不规则的内孔，即“孔腔”。开始空轧来获得内孔，后来在实践中不断摸索，提出加顶头的斜轧穿孔法，通过试验，加顶头后得到的管子内孔扩大了，内壁也较光滑，当时生产出的主要是厚壁钢管，后随着工业发展，工艺和设备不断改进，才生产出的各种使用的无缝钢管。

2，二辊穿孔机的组成

二辊斜轧穿孔是轧件在两个倾斜于轧制线放置的主动轧辊、两个固定不动的导板和一个随动的顶头（但轴向定位）组成的一个“环形封闭孔型”内进行轧制。

一般的斜轧穿孔机是轧辊上下放置，导板左右放置，称卧式穿孔机；轧辊上下放置，导板左右放置，称立式穿孔机。立式穿孔机的优点：1）较好解决了大送进角的穿孔机的主传动布置。2）万向轴节在小倾斜角下运转，工作平衡、磨损小。3）导板快速更换。

穿孔机的设备由四部分组成：

1）主传动

它将电机输出的动力传送到轧辊上，它由主联轴节、联合齿轮座等组成。

2）穿孔机工作机座

它由机座、上盖、轧辊箱、轧辊倾角调整装置、轧辊侧压进机构、上下导板座及上下导板调整机构等组成，工作机座是使管坯产生塑性变形，并承受全部轧制力的主要设备。

3）穿孔机前台

它由受料槽、气动推料器和导筒等组成，用来输送管坯并正确地

8 将管坯喂入穿孔机轧辊间轧制。

4）穿孔机后台

它由顶杆小车、锁闸架、定心辊、抬升辊和翻料机构等组成，其作用是准确地控制穿孔中心线（轧制线），并保证顺利将毛管导出轧辊，送往轧管机。

3，穿孔机的工具

1）轧辊：它是主传动变形工具，通常辊身分为入口锥、轧制带（又称压缩带）和出口锥。其功用：

①入口锥：拽入管坯并实现管坯穿孔.

②出口锥是实现毛减壁、平整毛管表面、均匀毛管壁厚和完成毛管归圆 ③轧制带：起到从入口锥到出口锥的过渡作用。

2）导板：它是固定不动的外变形工具，不仅起到管坯和毛管的导向作用，使轧制线稳定，而更重要的是封闭孔型外环、限制毛管横向变形——扩径，起到控制毛管的外径径作用。导板的形状如轧辊一样，有入口段、过渡段和出口段。（1）入口段导入管坯；（2）出口段导出毛管并限制毛管的扩径；（3）过渡段起过渡作用。

（3）顶头：顶头的形状见图，它是穿孔机内变形工具，相当于钢环轧机的内辊。工作时顶头靠顶杆的支撑在变形区内轴向位置固定不变。实践证明，管坯由实心变成空心毛管过程中，轧件中，轧件的外径变化不大，而内径由零扩大到要求值的变形主要靠顶头的穿孔锥来完成。由于顶头担负着很重要的变形任务，又处于受热金属包围的恶劣的工作条件，因而顶头是对毛管质量和穿孔机生产率有重大影响的关键性的工具。

顶头由鼻部、穿孔锥、平整带和反锥带等四段构成。各段的作用是：1）鼻部用来在穿孔时对准管坯定心孔，便于工作于穿正；同时对管中心施加轴向力，在一定的程度上有利于防止预先形成孔腔；2）穿孔锥担负管坯穿孔和毛管减壁的任务；3）平整段的锥角等于轧辊出口锥锥角，它起到毛管均整壁厚和平整毛管的内外表面作用；4）反锥的作用是防止毛管脱离顶头时产生内划伤。

4，穿孔机的变形过程

A）斜轧穿孔整个过程可以分为三个阶段：

第一个不稳定过程——为管坯前端金属逐渐充满变形区阶段，即从管坯同轧辊开始接触（一次咬入）到前端金属出变形区，这个阶段包括有一次咬入和二次咬入。

稳定阶段——这是穿孔过程主要阶段，从管坯前端金属自由离开变形区阶段，即管坯尾端金属开始离开变形区为止。

第二个不稳定过程——为管坯尾端金属自由离开变形区阶段，即管坯尾段金属逐渐离开变形区到金属全部离开轧辊终止。

稳定过程和不稳定过程有着明显的差别，这是我们生产中常易观察到的。如一整根毛管上头尾尺寸和中间有差异一般是毛管前端直径大，尾端直径小，中间部分直径大小比较一致，这是由于三个过程（两个不稳定过程和一个稳定过程）特点所造成的。头尾几何尺寸偏差大是不稳定过程特征表现之一。造成头部直径大的原因是：前端的金属在逐渐充满变形区过程中，金属同轧辊接触面上的曳入磨损力是逐步增加的，到完全充满

9 变形区后才达到最大值，特别是当管坯前端与顶头相遇时，由于受到顶头的轴向压力，金属向轴向延伸受到阻力，使得轴向延伸变形减小，而横向变形增加（扩径），加上没有外端部限制，从而导致前端直径较大。尾端直径较小，这是因为当管坯尾段被顶头开始穿透时，顶头轴向阻力明显下降，从而易于轴向延伸变形，而横变形小，所以尾端直径小。在生产实践中我们常常观察到毛管前端螺距小，尾端螺距大就是很好的证明。

B）斜轧穿孔的变形区

斜轧穿孔的变形区是由轧辊、顶头和导板所构成，如图所示。

由图中可看出，整个变形区是一个较复杂的几何形状，大致可认为，在横截面上是个环形变形区，而在纵截面上是小底相接的两个锥体，中间插入一个弧形顶头。

变形区形状决定着穿孔的变形过程，改变变形区形状（决定于工具设计和轧机调正）将导致穿孔变形过程的变化。不过，至今在生产中常用的变形区形状大致都是如此，只是在尺寸上可能有所差异。穿孔的整个变形区大致可分为四个区域，如图所示。

Ⅰ区称为穿孔准备区（即轧制实心圆管坯区）。Ⅰ区的主要作用是为穿孔做准备，和顺利地实现一，二次咬入。这个区域的变形特点是，由于轧辊入口锥表面有锥度，沿穿孔方向（轴向）前进的管坯逐渐在直径上受到压缩，被压缩部分的金属一部分向横向流动，其坯料剖面由圆形变成椭圆形，一部分金属向轴向延伸，主要是表面层金属（表面变形）轴向延伸，因此在坯料的前端面要形成一个“喇叭口”状的凹陷。此凹陷（和定心孔）保证了顶头鼻部对准坯料中心，从而可减小毛管前端的壁厚不均。该区的变形参数一般用dd来表示，称之直径上相对压缩量。到顶头前的相对压缩量用

dondon来表示。

Ⅱ区称为穿孔区，该区的主要作用是穿孔，即由实心坯变成空心的毛管，该区从金属与顶头相遇开始到顶头圆锥带为止，这个区的变形特点主要是压缩壁厚，由于轧辊表面与顶头间距离是逐渐减小的，因此毛管壁厚隐身逐步压缩的，该区的变形参数以壁厚相对压缩量来表示。

壁厚上被压缩的金属，同样可横向流动（扩径）和纵向流动延伸，但由于横向变形受到导板的阻止作用，纵向延伸是主要的。在穿孔机上穿孔毛管可以用很大的延伸系数，到5以上。如用φ75管坯穿成78×4.5的毛管，延伸系数达4.2多。由此可看出，穿孔机的变形量是很大的，这是斜轧穿孔的特点之一。

Ⅲ区称为展轧区，该区的主要作用是展轧（均整）管壁，改善管壁的尺寸精度和内外表面质量，由于顶头母线和轧辊母线相平行，所以压缩量是很小的，主要是起均正作用。表示微量的壁厚压缩参数也用

来表示。

Ⅳ区为转圆区，该区的作用是把椭圆形的毛管，靠轧辊旋转加工把毛管转圆。该区的长度是很短的。该区的变形特点实际上是塑性弯曲变形，但由于这个区域很短而且变形也不大，一般不考虑。

在Ⅱ Ⅲ区中由于也是空心毛管轧制，因此也存在着塑性弯曲变形。塑性弯曲变形所需的能量较轧制变形所消耗的能量要小得多，甚至可以忽略不计，因此研究穿孔力能参数不单独研究它，但当研究塑性弯曲变形对毛管内外表面质量影响应给予重视。

10 变形过程的四个区域是相互联系的，而且变形是同时进行的，因此除了要研究各区的变形内在原因外，还应该研究它们之间的相互联系和相互影响。

下面我们来叙述整个穿孔的变形过程。

一开始用推料机（气缸）把管坯送入轧辊中而被轧辊咬入，轧辊带动管坯一边旋转，一边向前移动，这是因为两个轧辊向同一方向旋转，带动管坯向相反方向转动，同时由于轧辊轴线和穿孔轴线（轧制轴线）有一倾角，使得管坯同时还获得一个前进运动。在一次咬入时管坯只能和轧辊接触，而不能碰导板，不然是不能咬入的，只是众所周知的。

管坯被轧辊咬入后首先进入第一区，由于轧辊入口锥工作表面有锥度，沿穿孔方向逐渐向前移动的管坯在直径上受到压缩，那么圆形的横截面变为椭圆形，同时由于纵向延伸的表面变形，管坯前端面出现“喇叭口”形凹陷。在第Ⅰ区中管坯何时和导板相接触，这决定许多因素，早和导板接触可以早控制横变形，减小坯料的椭圆度，这点对于穿轧某些合金钢（容易形成孔腔的钢种）是重要的，但过早和导板接触，将增加管坯轴向运动阻力和旋转阻力，特别当开始进入第Ⅱ区时，再加上顶头的轴向阻力，不易实现二次咬入，甚至前卡。一般认为，管坯与导板相接触最好是在管坯进入变形区到30~50毫米的地方，这样，对于76-114机组而言，当取较大的顶头伸出量时，实际上在二次咬入前一般管坯和导板是不接触的。

管坯继续向前移动，与顶头相遇后，顶头鼻部插在管坯前端面的凹陷（和定心孔）中，则进入第Ⅱ区。这时金属在在轧辊和顶头之间进行塑性变形（壁压缩），而导板起着控制横变形的作用，在Ⅱ区中导板起着重要的作用，这样才可能大的延伸变形。

管壁的最终定型是在顶头圆弧段和直线段相接的地方，到顶头圆锥后，由于顶头圆锥段母线和轧辊出口锥母线相平行，管壁不再受压缩，主要起展平管壁的作用，这就是第Ⅲ区。

由于毛管横截面是椭圆形的，而顶头截面是圆形的，因此顶头和毛管内孔是有间隙的，一般管壁压缩愈大则间隙也愈大，同时间隙大小还决定于对横变形的限制程度。由于有间隙，毛管才有可能自由地离开顶头。

到毛管内壁完全离开顶头后，则进入变形区的第四区，即毛管转圆区。这时毛管只和轧辊相接触。由于在轧辊出口锥上有锥度，那么轧辊之间距离是逐渐增大的，因此在四区中毛管直径上压缩量是逐渐减小的，到毛管离开轧辊的一点压缩量为零。而且毛管是一面转动一面减小压缩量，显然原来的椭圆形截面将变成圆形截面。一般毛管离开顶头前，先离开导板（即不和导板接触），因此在第四区中导板是不起作用的，只有这样才能转圆。如果导板参予变形，则毛管容易被导板夹扁。生产中有时导板调正不良，会出现这种现象（毛管尾端）。

由穿孔的变形过程我们可以清楚看出，穿孔的变形由工具设计（尺寸和形状）和轧机调正参数（辊间距，导板距，顶头位置等）所决定。譬如，顶头位置向前调正，则说明第Ⅰ区减小，譬如轧辊间距减小，则整个变形区将加长，相应一些区都有加长，譬如导板距加大则横变形增加，纵变形减小。因此轧机调正是很重要的，而且是较复杂的。

11 5，穿孔机的名词

轧制中心线：管坯——毛管的运行轨迹称为轧制中心线，实际上穿孔机的顶杆的轴线即为轧制中心线，靠定心辊来实现。导板距：两个的过渡段的最短距离。辊距：两个轧辊的轧制带的最短距离。

辗轧角、前进角（喂入角）、管坯总压下量、总压下率、顶头前压下量、顶头前压下率、机器中心线、顶头伸出量和椭圆度系数等。二）轧管机

三辊轧管机的优点：生产厚壁管，产品尺寸精度高，钢管表面质量好，轧机调整方便，容易改变规格，易实现自动化等。其缺点是生产薄壁管难。

三辊轧管机是由三个主动轧辊和一根芯棒组成环形封闭孔型。三个轧辊“对称”布置以轧制线膨为形心的等边三角形的顶点，轧辊轴线成两个倾斜角度。如穿孔机一样，有辗轧角和前进角。辊身分入口锥、辊肩、平整段和出口锥四段。相应的轧管变形区分咬入（减径区）、减壁区、平整区和归圆区。

如同两辊穿孔机一样，三个轧辊向同一方向旋转，每个轧辊轴线和轧制线相倾斜，交角为前进角，因此钢管在轧制过程中一边旋转，一边前进。

一次咬入后，管子逐渐进入变形区，由于毛管内径大于心棒直径，毛管首先受到直径压缩（减径），而当直径上压缩量等于毛管和心棒总的间隙时减径就停止了，继续向前运动壁厚开始受到压缩。由于一次咬入到脊部前这是咬入区，咬入区主要作用是建立足够大的曳入力，克服轧辊脊部给予的轴向阻力，实现二次咬入。

到轧辊脊部，这时壁厚有较大的压缩，主要变形是由脊部完成的。因为管子内径不变（约等于心棒直径），从而壁厚的压缩量也等于直径的压缩量。

由轧辊脊部后进入定径区，由于定径区中轧辊母线平行于轧制线，从而在这个区中变形是很小的，它的作用是将通过脊部压缩过的管子进行展轧和定径。

管子通过定径区后来到出口区，在出口区中管径有所增大，这就在心棒和管子内孔之间形成了一定的间隙，以便容易抽出心棒。

由上不难看出，三轧辊管变形过程是减径又减壁。三）减径机

钢管减径是热轧无缝钢管生产中的最后一道荒管热变形工序，其重要作用是消除前道工序（如均整、连轧管等）轧制过程中造成的荒管外径不一（同一根或同一批），以提高热轧成品管的外径精度和真圆度。钢管减径的轧制方法有纵轧（二辊式与三辊式）。

钢管减径和张力减径过程是空心体不带芯棒的连扎过程。减径的任务是除控制成品管的外径精度和真圆度，还使机组的产品规格范围向小口径扩展，因此其工作机架数目较多，一般为9~24架。张力减径则除有减径的任务外，还利用各机架间建立足够大的张力来实现减径的同时达到减壁的目的。因此其工作机架数目更多，一般为12~24架，多达28架。

12 减径机分为：无张力减径机和张力减径机。

无张力减径机是在壁厚变化不大情况下来减小钢管的直径，壁厚根据外径和壁厚的比值

进行小的变化。张力减径机可减少钢管的直径，同时变形量较大，壁厚根据外径和壁厚的比值进行较大的变化。

其变形过程仅有一个区，即减径区。首先产生压扁变形，充满孔型，然后是延伸变形和壁厚变形。

四）矫直机

矫直工序的任务是消除轧制、运送、冷却和热处理过程中产生的钢管弯曲，另外还兼有减小钢管椭圆度的作用。

轧辊矫直机的优点是：（1）由于矫直工作过程连续进行，故具有较高的生产率，并可实现在线矫直；（2）由于矫直辊上、下间距可调，除了可确保钢管的矫直精度外，还能减小钢管的椭圆度；（3）由于矫直辊具有特别的辊型曲线，这就保证了钢管与辊子有相应的接触面积，从而可保证钢管的矫直质量；（4）由于钢管轴线与矫直辊轴线交角α。可调，可使一套辊子能矫直一定直径范围内的钢管，从而减少辊子储备和更换时间。

矫直机为六辊(2-2-2)上下辊全驱动的立式斜辊矫直机。钢管通过矫直机时，它的变形超过了材料的弹性限度，可以获得理想的矫直效果，包括钢管弯曲度和椭圆度的矫正。矫直辊的倾斜布置使得钢管绕自身轴线旋转，呈螺旋状前进。这种运行方式可以使矫直压力相对钢管轴线以适当角度作用在周边的所有点上。矫直辊以30°角安装，角度在25°～35°范围内可调，这样可以通过改变矫直辊的倾斜角实现对不同管径的钢管进行矫直。矫直机的矫直辊具有液压快开功能，可有效的防止管端被压扁，提高了矫直质量。矫直机上三辊和下中辊均设有快开机构，可实现上弯曲和下弯曲矫直。

六、钢管的表面质量缺陷简述

钢管生产中，因原料质量、工具及操作等生成钢管的内外表面质量缺陷。常见以下几种：

①内折叠（内重皮）和内裂纹

内折叠（内重皮）和内裂纹是最常见的缺陷形式。

缺陷特征；毛管内表面呈现螺旋形、半螺旋形或无规则分布的锯齿状，可能沿钢管全长分布，或仅位于两端，或者在一部分长度上。

轧制合金钢管时，内折特别容易产生，轧制一般碳素钢管有时也出现。形成内折缺陷可能有以下几种原因：

一是由于形成孔腔的原因，直接或间接影响孔腔过早形成的因素都会导致产生内折叠缺陷产生。这些因素包括有原料质量，钢种及加工性能、加热、穿孔变形制度和调正，工具设计及磨损等等。

二是定心孔不良造成的，称之为定心内折，定心内折发生在毛管前端。

13 三是由于穿孔机顶头磨损及表面熔化，毛管内壁粘金属而造成内折。

四是由于在穿孔展轧段不均匀变形而产生内裂纹和内裂纹经继续加工而成内折。 ②内螺纹

缺陷特征：毛管内表面呈现沿其螺旋方向的碾轧伤痕（连续和不连续）分布在钢管全长。

产生原因：由顶头设计不合理及连接顶头的连接杆上有尖棱的凸起，焊有金属瘤以及其它，而把毛管内表面刮伤造成的。顶头设计不合理，如反锥部分圆角太小，边缘是尖锐的，而擦伤毛管内表面，如果使用的顶头展轧段锥角和轧辊出口锥锥角不相符合以及顶头质量不好，顶头表面上有缺陷也会导致内表面被擦伤。当轧机调正不正确会加剧这种缺陷产生。

③毛管壁厚不均

毛管壁厚不均可分为纵向壁厚不均和横向壁厚不均。（1）纵向壁厚不均：毛管全长螺旋状壁厚不均。

产生原因：主要是由管坯加热沿长度方向上温度不均引起的，存在阴阳面。另外由于穿孔机轧制中心线和设备中心线不一致，以及顶头、导板过分磨损和顶头偏都会造成全长纵向壁厚不均。

（2）前端壁厚不均：毛管前端部分壁厚不均。

产生原因：管坯端面不平或椭圆度过大，管坯端部温降不同，入口导管尺寸过大或严重磨损，轧辊转速过高，顶头位置过大等，都会使管坯咬入不稳定，顶头对中不好，造成前端壁厚不均。

（3）后端壁厚不均：毛管尾端部分壁厚不均。

产生原因：管坯加热不均，顶杆弯曲严重或顶杆刚度不够，顶头位置过后，定心辊打开过早，造成毛管尾部轧制时，顶头—顶杆跳动剧烈引起壁厚不均。 ④外刮伤

缺陷特征：毛管外表面呈现沿其螺旋方向的碾轧伤痕。

产生原因：导板、定心辊等粘结金属或轧辊磨损严重划破运动中的毛管。 ⑤凹坑、结疤

缺陷特征：毛管外表面沿其螺旋方向每隔一个辊圆周长周期地分布一个同样形状的结疤轧痕。

产生原因：工具表面粘金属，钢管表面上粘东西，以及孔型中留有金属块或其他异物而

造成。

⑥外折与发纹

缺陷特征：毛管表面上呈现螺旋形分布鳞片状折迭或细发状裂纹，多产生于大口径薄壁管。

产生影响：主要是原材料质量不良，机械刮伤而造成以及由于变形过程中造成金属

14 表面破裂而造成。

⑦耳子、楞子、青线，

缺陷特征：钢管外表面有一定宽度的、凸起的或凹下的偏平的、呈直线性全长分布。形成原因：使用工具不合理，调整不当，孔型不对称或来料尺寸不当造成（如错位、两边辊缝不等，压缩量过大，孔型窄，宽展量过大等）。

⑻破裂

缺陷特征：钢管内外表面有很长的裂口，全长或局部分布等。有外部破裂和内部破裂两种，特别危险的是金属内部破裂，因为不是在表面上不易发现，最常见内部破裂缺陷是分层（或环形破裂）。

产生原因：1）金属塑性差，或质量太低，斜轧穿孔时穿裂。

2)工具把金属破裂。

3）破坏了正常的变形区，而轧破。

4）不均匀变形而引起的破裂，或者造成金属塑性下降而产生的金属破裂等。

七、钢管的常用的数学知识和安全生产

1、钢管的常用的数学知识 A）管坯的面积SP SP=πxDxD/4 如管坯300mm的面积=πx300x300/4=70650（mm2） B）钢管的面积SG SG=πx（D2—（D—2S）2）/4=πx（4DxS—4S2）/4=πxS（D—S）例1：钢管310X20mm的面积=πx20X（310—20）=18212（mm2） C）延伸系数μ：钢材变形前后的长度之比。 μ=L2/L1=S1/S2 根据体积不变定律，V1=V2→L1XS1=L2XS2→L2/L1=S1/S2 L1——变形前的的长度 L2——变形后的长度 V1——变形前的体积 V2——变形后的体积 S1——变形前的面积 S2——变形后的面积

变形后的长度=μxL1=L1x S1/S2

例2：长2米的管坯300mm穿成310X20mm的毛管，求毛管的长度？毛管的长度= L1x S1/S2=2x70650/18212=7.76米.

例3：长2米管坯300mm的经穿孔（310X20mm）、轧成品管（299X20mm），求成品管的长度？

15 成品管长度=μxL1=L1x S1/S2=2X70650/（πx20X（299—20））=8.06米另考虑管坯的烧损，环形炉按1%，斜底炉按2—3%计算。 D）延伸率δ

延伸率δ和延伸系数μ是不同的概念，不要混淆。

延伸率δ是指钢材在静压力压力作用下发生范性变形的一种性能指标。延伸率δ=（断裂后的标距长度—原标距长度）X100%/原标距长度 E）椭圆度ξ

椭圆度ξ是表示钢管几何尺寸的一种指标，其值越大，钢管愈不圆。椭圆度ξ=钢管最大直径/钢管最小直径

例4：抽测量299X20mm的外径：最大为302.75mm，最小为297.25mm。其椭圆度=302.75/297.25=1.019 F）成材率

成材率是成品占投料重量的百分之几。成材率=成品重量X100%/投料重量

例5：投300吨管坯，成品入库283吨，求成材率？成材率=283X100%/300=94.33% G）检验合格率

检验合格率是检验合格重量占投料重量的百分之几。例6：投300吨管坯，检验合格量为291吨，求检验合格率？检验合格率=291X100%/300=97% H）钢管和圆管坯的米重量管坯的米重量=ρXπXD2/4000 ρ为钢材的密度，7.85kg/mm3 D为管坯的直径 S为钢管的壁厚

管坯的米重量=0.006165 D2