压力管道用金属管材制造

78/78第三章压力管道用金属管材无缝钢管无缝钢管是一种具有中空截面、周边没有接缝的长条钢材，大量用作输送通道，被广泛应用于石油、电力、化工、煤炭、机械、军工和航空航天等行业，也是特种设备制造常用的原材料之一。近年来我国无缝钢管生产进展专门快，差不多成为世界无缝钢管生产第一大国，国内无缝管生产企业约300多家。目前国内部分企业已具有高水平的无缝钢管制造技术，并拥有世界先进的钢管制造设备，无缝钢管国产化率已接近90%，绝大部分品种、规格国内企业都可自己生产。其中热轧管产量约占中国无缝钢管总产量的80%，此外还有采纳热轧穿孔后冷轧或冷拔工艺生产小规格的无缝钢管。现在中国无缝钢管技术装备种类、规格齐全，拥有各类无缝钢管企业超过300家，其中能生产热轧成品管且工艺技术装备较完整的有20家左右，产能在900万吨左右。这类生产厂绝大多数为国有企业，技术装备先进，单线生产能力高，产品质量好，是无缝钢管生产的主导企业。还有一部分企业通过外购管坯加工无缝钢管或是为冷轧冷拔提供毛管或荒管坯料的中小企业，包括许多冷拔管企业，这类企业的设备比较简单，单线生产能力较低，产品以多规格小批量的产品为主。但目前我国还不是世界上的无缝钢管生产强国，部分高强度、耐高温/低温、高耐腐蚀或专门用途的高附加值无缝钢管品种还不能满足国内需求，大量依靠进口。制造工艺无缝钢管是采纳热加工方法制造的不带焊缝的钢管，用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后由热轧、冷轧、冷拔和挤压管等加工工艺形成的最终产品。热轧工艺是无缝钢管的要紧制造方法，占无缝管产量的80％。热连轧管机组生产的无缝管的品种和质量水平，除轧机本身的技术水平外，在专门大程度上受冶炼和连铸的制约。因此，无缝管先进的工艺流程应该包括冶炼至管加工的全流程。国际知名无缝管企业大差不多上完整的专业钢管厂或钢铁联合企业，而依靠外购管坯制造无缝管的企业，是专门难在激烈的市场竞争中占稳阵地的。采纳电弧炉或转炉冶炼一LF炉外精炼一VD真空处理一全爱护浇注连铸圆管坯一热连轧机（NPN、PQF）一管加工一体化生产，是当今国际先进的无缝钢管生产工艺流程。采纳上述工艺流程能够生产诸如石油专用管、高压锅炉管、中低合金管等。目前，我国天津钢管公司、宝钢商贸（钢管）公司、鞍钢无缝厂、包钢无缝厂均已实现上述工艺流程。热轧生产设备要紧有穿孔机、自动轧管机、均整机、定径机和减径机等组成。轧制工艺有自动轧管机组、连轧管机组、周期轧管机组和导盘轧管生产机组等多种类型。常用无缝钢管生产方法及适用范围见图3-1。图3-1常用无缝钢管生产方法及适用范围1．穿孔。实心管坯经检查合格并清除表面缺陷后，截成所需长度，在管坯穿孔端端面上定心，然后送往加热炉加热到一定温度，在穿孔机上穿孔。在穿孔过程中，管坯不断旋转和前进，在轧辊和顶头的作用下，管坯内部逐渐形成空腔，穿孔后的管坯称为毛管，毛管再送至自动轧管机上接着轧制，最后经均整机均整壁厚，经定径机定径，达到规格要求。在穿孔过程中，容易发生顶头损伤或失效，从而导致的无缝钢管内表面划痕、壁厚不均等，应对顶头进行实时检查。顶头的失效或损伤形式要紧有：顶头鼻部厚度尺寸偏大时，因冷却不良会在顶头内腔挤压出一条圆条状的金属带，在轴向压力、旋转摩擦力以及高温等交变作用下，顶头产生裂纹、大的变形等。2．自动轧管机组。把厚壁毛管轧成薄壁荒管。一般经2～3道次，轧制到成品壁厚，总延伸率约为1.8～2.2。70年代以来，用单孔槽轧辊、双机架串列轧机、双槽跟踪轧制和球形顶头等技术，都提高了生产效率，实现了轧管机械化。特点是在穿孔机上实现要紧变形，规格变化较灵活，生产品种范围较广。由于连续轧管技术的进展，已不再建筑140mm以下的机组。3．导盘轧管生产机组。又称狄塞耳（Diessel）法。穿孔后带长芯棒的毛管在导盘轧管机上轧成薄壁管材。轧机类似二辊斜轧穿孔机，只是固定导板改成主动导盘。由于用长芯棒生产，管材内壁光滑，且无刮伤；但工具费用大，调整复杂。要紧用于生产外径150mm以下一般用途的碳素钢管。目前使用较少，也无专门大的进展前景。4．旋压管生产机组。将平板或空心毛坯在旋压机上经一次或多次旋压加工成薄壁管材。管子精度高，机械性能好，尺寸范围广，但生产效率低。要紧用于生产有色金属管材，但也越来越多地用于生产钢管。旋压管材除用于生产生活器具、化工容器和机器零件外，多用于军事工业。70年代，采纳强力旋压法已能生产管径达6000mm、直径与壁厚之比达10000以上的大直径极薄圆管和异形管件。5．周期轧管生产机组。以多边形和圆形钢锭或连铸坯作原料，加热后经水压穿孔成杯形毛坯，再经二辊斜轧延伸机轧成毛管，然后在带有变直径孔槽的周期轧管机上，轧辊转一圈轧出一段钢管（图3）。周期轧管机又称皮尔格尔（Pilger）轧管机。周期轧管生产是用钢锭作原料，宜于轧制大直径的厚壁钢管和变断面管。周期轧管方式具有锻造工艺的特点，其生产工艺的致命弱点是成材率低，在大直径、厚壁、异型和高合金无缝钢管生产方面有一定优势。周期轧管机组应进展以连铸圆坯为原料，采纳直接穿孔工艺生产毛管，淘汰原工艺中的水压冲孔机冲孔和盘式加热炉加热两道工序，并将现有的延伸机改造成菌式穿孔机。经周期轧管机轧制的钢管壁厚不均严峻，需要对壁厚进行均整，以提高其精度。由于周期轧管机是以锻轧方式轧制的，因此对轧辊材质要求较高。若轧辊辊面硬度太低，易造成粘钢和磨损；若辊面太硬，又易出现龟裂，为保证轧辊在冷态下较合适的硬度及便于进行机加工，提高轧辊的红硬性十分重要。周期轧管机的辊缝操纵较其他轧机困难。由于轧制时的冲击负荷作用，辊瓦磨损严峻，因此辊缝在每轧1支钢管后均可能发生变化。因此，十分有必要在轧机出口侧实施过程壁厚操纵，以保证钢管壁厚精度，减少壁厚偏移。为减少钢管表面的麻面或麻坑，除操纵加热参数外，还需对钢锭、延伸坯和荒管的表面进行除鳞。6．连续轧管生产机组。生产设备由穿孔机、连续轧管机、张力减径机组成，有全浮动芯棒连轧、半浮动芯棒连轧和限动芯棒连轧等三种形式。圆坯穿成毛管后插入芯棒进行连轧，再加热后进行张力减径。这种机组的特点是适于生产外径168mm以下钢管，设备投资大，装机容量大，芯棒长达30m，加工制造复杂。70年代后期出现的限动芯棒连续轧管机（MPM），2003年又出现了三辊式连轧管机（PQF），轧制精度更好。PQF连轧管机组前台设备布置紧凑，大量使用了比例阀操纵的行程操纵液压缸，减少了毛管横移车的使用，缩短了毛管从穿孔机穿出至连轧开轧的时刻，最大限度地减少了毛管的温度损失。在设备形式及细节设计上实现了减小毛管内、外表面温降的工艺目的，既保证连轧管机组的开轧温度稳定，又不阻碍轧制节奏，使阻碍质量操纵和操纵轧制节奏的一对矛盾得到了有机的结合。PQF采纳芯棒在主轧线内预穿的方法，使预穿后的毛管在最短的时刻内开始轧制，大大缩短了毛管内表面与芯棒表面的接触时刻，减小了毛管温降并使毛管开轧温度均匀，有效地降低了轧制载荷以及工具消耗。PQF连轧管机轧辊机架采纳三辊封闭式孔型设计，轧制过程中金属变形在3个方向上同时受力，使金属在同一截面上的变形更加均匀，同时3个轧辊呈120°角布置，保证了芯棒在孔型中的更好对中，从而使轧制过程更加平滑、稳定。由于采纳三辊孔型设计，孔型的槽底部到顶部的孔型半径变化较小，故各点间线速度差也较小，使金属能够在比较稳定的条件下流淌。三辊孔型设计使凸缘区（辊缝处）较小，约比二辊减少30%，这使得金属在整个变形区内的不均匀变形大大减小。由于上述缘故，使得连轧管机轧制过程中管材的裂孔、拉凹缺陷明显得到改善。三辊几何形状能够在相同芯棒下有更大的调节范围，且无大的公差阻碍。如此一种规格的芯棒可轧制的壁厚范围增大，大大减少了芯棒的规格数量（减少50%）及工具更换频率，生产组织更加灵活。PQF连轧管机组反映并代表了当今轧管机组工艺设计和制造的最新进展水平，所轧制的钢管壁厚精度和生产效率高，同时在高钢级和合金含量较高的套管、高压锅炉管及奥氏体不锈钢管等难轧钢种的生产上具有专门优势。为了进一步提高产品几何尺寸精度和材料性能，增加最终产品的附加值，热轧无缝钢管还需要矫直（有冷矫直和热矫直）及进一步热处理（回火、淬火等）。自动轧管和连扎管机组生产工艺流程见图3-2。图3-2无缝钢管热轧生产工艺流程7．若欲获得尺寸更小和质量更好的无缝管，必须采纳冷轧、冷拔或者两者联合的方法。冷轧、冷拔管生产：用于生产小口径薄壁、周密和异形管材。生产特点是多工序循环工艺。用周期式冷轧管机冷轧，其延伸率可达6～8（图6）。60年代开始向高速、多线、长行程、长管坯方向进展。此外，小辊式冷轧管机也得到进展。要紧用于生产壁厚小于1mm极薄周密管材，冷轧设备复杂，工具加工困难，品种规格变换不灵活；通常采纳冷轧、冷拔联合工艺，即先以冷轧减壁，获得大变形量，然后以冷拔获得多种规格。冷轧无缝钢管是一种生产的高精度金属无缝管材，生产工艺流程：圆管坯－加热－穿孔－打头－退火－酸洗－涂油－多道次冷拔（冷轧）－坯管－热处理－矫直－水压试验－无损探伤－标记－入库。冷拔生产工艺流程：管坯－检验－剥皮－检验－加热－穿孔－酸洗－修磨－润滑风干－焊头－冷拔－固溶处理－酸洗－酸洗钝化－检验－（冷拔－去油－切头－风干－内抛光－外抛光）－水压试验－无损检测－标识－入库。8．挤压管生产。将加热好的管坯放在密闭的挤压筒内，穿孔棒与挤压杆一起运动，使挤压件从较小的模孔中挤出，此法可生产直径较小的钢管，挤压管生产流程见图3-2。与热轧无缝钢管相比，冷轧、冷拔和挤压方法生产的无缝钢管尺寸精度高、表面光滑和表面硬度高等优点，但其生产工艺造成加强了材料的各向异性，材料韧性不足，成品管内残余应力大，韧性不足，容易产生脆性裂纹，钢管尺寸、规格受模具限制，轧制钢种多为碳素钢和低合金钢，冷拔钢管的表面缺陷是阻碍冷拔质量的最常见因素，表面缺陷类型：拉毛、局部斑点、局部凹坑、划痕等。产生表面拉毛和局部斑点的缘故要紧是管坯前处理不合格。例如：酸洗不完全，没除掉管坯表面的氧化皮、黄锈与污渍；磷化不合格，管壁表面没形成完整、致密、附着力牢固的磷化膜；因磷化膜不合格，皂类物质不能牢固吸附在磷化膜上，皂化效果差。现在冷轧、冷拔和挤压方法的应用范围转向了高精度、特种金属管领域。图3-3挤压管生产流程产品种类及验收标准无缝钢管按材质有一般碳素结构钢、低合金结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢等种类。无缝钢管的用途特不广泛，不同用途的无缝钢管质量要求不同，相应的产品标准也不同，必须依照用途确定适用的标准。高压锅炉用无缝钢管通常处于高和气高压环境中工作，要求钢管具有高的持久强度、抗氧化性能和良好的组织稳定性，保证化学成分和机械性能，逐根进行水压试验和扩口、压扁等工艺性能试验。某些化工用途的成品钢管对耐腐蚀性能、显微组织、晶粒度和脱碳层也有一定要求。石油裂化管要紧用于石油炼化厂的炉管、热交换器和输送流体，必须保证化学成分和各种机械性能，表面质量和无损检验也必须满足要求。油井管用无缝钢管包括地质钻探和采油用无缝钢管，有岩芯外管、岩芯内管、油管、套管和钻杆，承受拉伸、压缩、弯曲、扭转和冲击等载荷，并承受泥浆和岩石的磨损作用，要求材料必须具有足够的强度、硬度、耐磨性和冲击韧性，依照地下适用环境有时还要求耐腐蚀性能。按用途区分的无缝钢管常用类型及相应的产品标准见表1。表3-1常用无缝钢管类型及相应的产品标准序号标准名称标准代号产品用途、种类1输送流体用无缝钢管GB/T8163-1999用于工程及大型设备上的输送流体管道。2低中压锅炉用无缝钢管GB3087-1999要紧用于工业和生活锅炉输送低中压流体管道。3高压锅炉用无缝钢管GB5310-1995要紧用于高压的蒸汽锅炉及管道4船舶用碳钢、碳锰钢无缝钢管GB/T5312-1999制造船舶I级耐压管系、Ⅱ级耐压管系、锅炉及过热器用的碳素钢无缝钢管。碳素钢无缝钢管管壁工作温度不超过450℃，合金钢无缝钢管管壁工作温度超过4505高压化肥设备用无缝钢管GB1479-2000要紧用于化肥设备上输送高温高压流体管道6石油裂化用无缝钢管GB9948-88适用于石油精炼厂的炉管、热交换器和管道无缝钢管。7地质钻探用钢管YB235-70供地质部门进行岩心钻探使用的钢管，按用途可分为钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管等。8金刚石岩芯钻探用无缝钢管GB3423-82用于金刚石岩芯钻探的钻杆、岩心杆、套管的无缝钢管。9柴油机用高压油管GB3093-2002是制造柴油机喷射系统高压管用的冷拔无缝钢管。10液压和气动缸筒用周密内径无缝钢管GB8713-88制造液压和气动缸筒用的具有周密内径尺寸的冷拔或冷轧周密无缝钢管。11冷拔或冷轧周密无缝钢管GB3639-2000用于机械结构、液压设备的尺寸精度高和表面光洁度好的冷拔或冷轧周密无缝钢管。12结构用不锈钢无缝钢管GB/T14975-2002广泛用于化工、石油、轻纺、医疗、食品、机械等工业的耐腐蚀管道和结构件及零件的不锈钢制成的热轧挤、扩和冷拔轧无缝钢管。13流体输送用不锈钢无缝钢管GB/T14976-2002用于输送流体的不锈钢制成的热轧挤、扩和冷拔轧无缝钢管。14结构用无缝钢管GB/T8162-1999用于一般结构和机械结构的无缝钢管。15气瓶用无缝钢管GB18248-2000要紧用于制作各种燃气、液压气瓶。16锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管GB13296-1991要紧用于化工企业的锅炉、过热器、热交换器、冷凝器、催化管等。用的耐高温、高压、耐腐蚀的钢管。17套管和油管规范APISPEC5CT-2003用于石油工业套管和油管的无缝钢管。18石油天然气工业油气井套管或油管用钢管GBT19830-200519管线管规范APISPEC5L-2000用于石油天然气输送的无缝钢管。20石油天然气工业输送钢管交货技术条件GB/T971121低温管道用无缝钢管GBT18984-2003适用于-45℃级～-100质量检验和操纵为了保证无缝钢管产品质量，对进厂原料、生产过程中的半成品和出厂前无缝钢管成品必须依照质量治理体系和适用标准进行检验。1．表面质量检验外观质量：钢管内外表面不得有裂缝、折叠、轧折、离层和结疤等缺陷存在，如有则应完全清晰掉，切清晰后钢管的壁厚和外径不得超差。外观质量应在充分照明的条件下逐根目视检查。2．化学成分检验及组织分析化学成分是关系钢材质量和最终使用性能的重要因素之一，也是确定钢材最终产品热处理工艺的要紧依据，必须保证钢管产品满足相关标准或订货技术协议要求。化学成分检验包括钢坯熔炼成分检验和成品化学成分检验，从试样上按规定方法（GB/T222）钻取或刨取样屑，按规定方法（GB/T223）进行检验。对某些用途的无缝钢管来讲，组织的类型、夹杂物形貌及大小和晶粒度是其性能的重要阻碍因素，金相分析的结果可对钢管的生产工艺（如热处理工艺）质量进行大致的推断，生产工艺不合格往往造成材料组织粗大、存在过大的夹杂物、带状组织、脱碳等缺陷，因此金相分析也是操纵无缝钢管质量重要的技术方法。组织脱碳形貌如图3－4所示。3．力学性能检验力学性能是保证钢材最终使用性能的要紧指标，要紧包括：拉伸性能：抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率，及依照用户要求的高温、低温性能。硬度：依照试验方法和使用范围，钢管常用的有布氏、洛氏和维氏硬度三种。冲击韧性：表征材料抵抗断裂能力的指标，依照试验温度有低温、室和气高温冲击试验，依照试样类型有V型和U型两种缺口试样。材料韧性不足在使用中可能造成严峻事故，如图3－5所示，钢管韧性不足，在内压作用下发生爆破，断裂为几块，落锤试验（DWTT）：高压高强度输送管还要求进行落锤试验，有室和气低温两种。图3－4钢管外壁组织脱碳图3－5材料韧性不足的爆破形貌4．工艺性能试验静水压试验：对承受流体压力的钢管都要进行液压试验以检验其耐压能力和产品质量，在规定的压力下不得发生泄漏或过度膨胀。依照不同标准要求，工艺检验还有卷边试验、扩口试验和压扁试验。5．无损检测依照相关标准要求，对无缝钢管产品必须进行一种或多种形式的无损探伤。常用无损探伤方法有：涡流探伤、漏磁探伤、超声探伤。6．耐腐蚀试验依照相关标准要求，特定标准或专门用途钢管应进行硫化氢、二氧化碳、氯离子等的耐腐蚀试验，检测内容有硫化氢应力腐蚀开裂（SSCC）、氢致开裂（HIC）、腐蚀速率测试、电化学等试验。7．几何尺寸标准中规定了每种规格钢管的外径、壁厚及长度等名义尺寸和尺寸公差，钢管的实际尺寸必须在同意范围内。另外还有直度、椭圆度等要求。使用状况我国无缝钢管消费量逐年增加，现在已达每年1000多万吨，其中作为油井管使用的无缝钢管占据近五分之一。油井管是在端部加工了连接螺纹的钢管，是一种高技术含量、高附加值的管材，贯穿石油钻井、完井、采油（气）的各个环节，是石油工业用量最大、花费最多的石油物资。油井管的质量、性能对石油工业的进展关系重大，与油、气井的安全可靠性和使用寿命紧密相关，对石油工业采纳先进工艺和增产增效起着重要的作用。随着我国石油钻采由东部向西部及沿海大陆架的战略转移，油层的深度由浅入深，油井管使用工况更加苛刻。井下情况复杂，部分地区井下有多套高低压地层（包括高压气层），多套高压盐水层，盐岩层以及存在高陡构造等情况；井内油气压力和温度亦不断提高，有些油井压力达到或超过120MPa，井底温度超过200℃；硫化氢、二氧化碳、负离子等多种腐蚀因素共存；丛式井、水平井等钻采技术和方法要求钻柱、套管柱具有较高的强度、韧性及耐磨性、抗疲劳、耐冲蚀和应力腐蚀等性能。因此，超高强度、高抗挤和高耐腐蚀的专门油井管的用量也越来越大。API标准规定最高钢级为Q125，为满足深井和超深井的钻采需要，国内市场上已出现150和155超高钢级油井管，要紧供塔里木油田使用。为了满足钻井工艺要求、提升经济效益，生产厂开发了超出同钢级、同壁厚的一般套管抗挤强度30%以上的高抗挤套管，在我国的四川、新疆、长庆、胜利以及东海、渤海等油田获得了广泛的应用。为了保证多种腐蚀介质环境油井管的使用安全，高含Cr、Ni的合金油井管产品已投入使用，有效地防止了油井管的快速腐蚀失效问题。在CO2和H2S共存或H2S分压未达临界值但Cl-专门高的使用环境中，需要采纳22Cr双相不锈钢（ASF2205）或超级双相不锈钢25Cr，甚至要采含Cr20%以上、含Ni30%以上的高Ni、Cr不锈钢和Ni基合金，但这些管材价格昂贵，低产气田一般无力承受，近年来国内外都在研究开发含Cr2-5%的经济型抗CO2腐蚀油井管。近年来，随着冶金和轧制技术的提高，油井管生产质量也在逐渐提高，要紧体现在：炼钢技术的纯净度提高，微合金化；轧管技术可保证几何尺寸保证、组织更均匀；热处理技术得到了高钢级、高韧性；螺纹加工操纵精度和自动化程度不断提高；质量检验技术减少了最终产品的缺陷、提高了质量；质量保证体系不断完善、提高；专门非API油井管的制造技术进展迅速，已成为油井管的核心技术，包括专门钢级、专门螺纹和特种功能管材。其中专门螺纹以其具有较高的密封性、连接强度、高抗扭、抗弯等性能，被广泛应用于一些苛刻井的勘探与开发，目前已有100多种有专利权的专门螺纹油、套管接头和钻杆接头。1．统计多年来的应用实践，油井管的要紧失效形式有：螺纹损伤。粘扣：连接螺纹在上扣连接或卸扣的过程中发生的螺纹粘连造成了螺纹完整性的破坏。胀扣：发生在有较高的轴向压力情况下，外螺纹强制进入内螺纹，引起内螺纹胀开或粘扣而造成联接失效，或上紧扭矩过高，或钻井过程中引起螺纹再次上扣，也会发生胀扣失效。螺纹剪切：在较大的拉伸载荷作用下，螺纹由于抗剪切强度不足而发生的失效。螺纹的损伤失效一般都与与螺纹参数不匹配、表面处理不合适或者上扣操作不符合要求有关。典型照片见图3-4。图3-6螺纹配合不佳导致粘扣滑脱/断裂。在较高拉伸载荷或疲劳作用下，连接螺纹径向位移太大或管体最大拉伸应力超过抗拉强度时，会发生滑脱或断裂。因为在大端啮合螺纹处应力最大，断裂往往发生在大端啮合螺纹处。滑脱/断裂失效与油井管螺纹及几何参数、材料性能、制造缺陷和所受载荷相关。图3－7油井管滑脱/断裂典型形貌刺扣及泄漏。钻柱在钻进过程中受拉伸、扭转、弯曲和各种振动载荷作用，可能造成密封失效，使得高压流体沿着螺纹间隙从管内流出，引起刺扣。对油管和套管而言，由于连接螺纹在内压作用下产生了流体通道，将发生的内压介质泄漏，尤其是内压介质为气体时更易发生泄漏。刺扣及泄漏与油井管几何参数、材料性能、所受载荷、制造缺陷和操作过程相关。刺穿。钻具在钻井过程中，由于疲劳、腐蚀或制造缺陷而产生微裂纹，在内压作用下发生的内压介质泄漏，并使得裂纹迅速增加。图3－8螺纹刺扣/刺穿及泄漏典型形貌爆破。由于内压载荷超过油井管的承载能力，或制造缺陷使得管体内部应力集中，或腐蚀介质作用发生应力脆断，油井管将发生爆破失效。钢管爆破后形貌如图3－5和图3－9所示。外压挤毁。油井管在较大的外压载荷作用下发生的管壁凹陷失效。油井管的抗挤毁能力与管体不圆度、壁厚不均度、材料性能和加工制造过程相关。钢管挤毁典型形貌如图3－10所示。图3－9内压爆破典型形貌图3－10外压挤毁典型形貌易导致失效的载荷类型。除油井管本身制造缺陷及材料性能外，腐蚀介质、疲劳、运输及使用过程中带来的机械损伤、温度和磨损是引起油井管异常失效的常见因素，如疲劳断裂、应力腐蚀断裂、磨损造成油井管管壁变薄发生挤毁等。油井管失效特点。钻具失效显著特点，确实是探井、新区块钻具断裂事故率远大于开发井、老区块；套管失效情况严峻，分布广，数量大，腐蚀问题日益突出；几乎所有油田都存在油井管腐蚀问题；油井管失效造成的经济损失严峻，每年因管材失效损失达几十亿元，钻柱或套管柱损坏有时会导致油井报废，安全事故责任重大，油井管失效严峻时可导致重大安全事故，将产生不良的社会阻碍。2．国内油井管制造状况。国内油井管生产不管是技术装备、制造水平，依旧生产数量、生产品种等都进展迅速，并取得了长足的进步，有的方面差不多达到或接近世界先进水平，不但自给率达到85%以上，而且出口40多个国家和地区，国际市场在中国的采购量逐年增长，一跃成为生产大国。但存在低端产品多、高端产品少的品种不合理问题，尤其是高附加值的专门用途产品不管产量依旧质量和国外还有一定的差距。骨干生产企业均获得API会标使用权、ISO9002质量体系认证以及ISO14000环境治理体系认证，质量保证体系逐步健全，质量总体呈上升趋势，抽检和商检检验合格率保持在较高水平。但不同企业产品质量差异专门大，尤其是实物性能和标准未明确的性能参数等方面，质量稳定性还须提高，油、套管使用过程中发生粘扣事故，新钻杆在多个油田发生一口井没打完就发生多次刺穿或断裂事故。由于近年来市场较好，原材料供应紧张，致使一些不具备技术要求的原材料进入市场，如采纳一般45#钢、一般无缝管（热轧或冷拔）、一般焊接钢管等生产油井管；部分产品连差不多的材料力学性能都达不到要求，一些产品的外观质量和几何尺寸精度也存在许多缺陷，如表面有裂缝、折叠、轧折、离层、发纹及结疤、组织脱碳等缺陷存在，外径不圆度、壁厚不均度超差等。由于受装备和工艺技术的限制，许多油井管关键部位的关键生产技术还只是关或不稳定，如螺纹加工、钻杆内加厚、轧管、焊接等技术；对油井管使用性能和寿命均阻碍较大的化学成分、金相组织、冲击韧性、耐腐蚀性、实物性能等指标也存在不符合标准要求的问题，如抗硫管的硫、磷含量超标，晶粒度粗大，夹杂物偏大，材料韧性偏低，螺纹参数不稳定或超标，油井管抗拉强度低等。驻厂检验被认为是油井管行之有效的质量操纵方法，国外差不多形成一种惯例。关于一些新产品和专门产品的性能进行评价作是保证订货和管材选用安全的重要依据，重点是全尺寸实物性能和耐腐蚀性能评价。性能评价不同于一般的检验，检验是依据标准对产品符合性的判定，评价除产品符合性检验外，还包括对产品设计合理性、标准的科学性以及产品的适用性等进行判定。螺旋焊缝和直缝埋弧焊钢管焊接钢管也称焊管，是用钢板或钢带通过卷曲成型后焊接制成的钢管。焊接钢管生产工艺简单，生产效率高，品种规格多，设备资少，但一般强度可靠性低于无缝钢管。20世纪30年代以来，随着优质带钢连轧生产的迅速进展以及焊接和检验技术的进步，焊缝质量不断提高，焊接钢管的品种规格日益增多，并在越来越多的领域代替了无缝钢管。无缝钢管与焊接钢管比较，材料的可靠性和品种适应性更强，尤其适应厚壁和合金钢的生产。但无缝钢管生产投资高、成本高、制造工艺复杂，壁厚和椭圆度公差大。过去人们普遍认为焊接钢管在质量上、安全性上不如无缝钢管，加上其材质一般为普钢Q235，生产工艺又较简单，其用途仅限于一般民用建筑和低压流体输送管道，尽管其价格远低于无缝钢管，也无法同无缝钢管争夺市场。但进入21世纪后，先进的焊管装备在我国陆续出现，由于焊接工艺技术的提高，焊缝质量发生了质的改善，一些中小规格焊管，因其质量接近或达到无缝管水平，正向原属无缝钢管应用领域进军，无缝钢管同焊管在市场上的竞争越来越激烈。焊接钢管按焊缝的形式分为直缝焊管和螺旋焊管，焊接方法有埋弧自动焊和电阻自动焊。埋弧自动焊是1940年发明的，连续送进的焊丝在可熔化的颗粒状的焊剂覆盖下引燃电弧，使焊丝、母材和焊剂的一部分熔化和蒸发构成一个空腔，电弧是在空腔里面稳定燃烧的焊接方法，因此把它称之为埋弧自动焊。埋弧自动焊采纳渣爱护，然而那个渣不是焊条的药皮，是专门熔炼出来的焊药，由一个漏斗装的焊药通过一个管道输送到要焊接的前面。焊接不采纳焊条，而是采纳焊丝，用送焊丝的装置和焊丝盘，能够连续地送给焊丝。埋弧自动焊适于批量较大，较厚较长的直线及较大直径的环形焊缝的焊接，优点是：1.生产效率高。一方面焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提高，电弧的熔深和焊丝熔敷效率都大大提高（一般不开坡口单面一次溶深可达20mm）。另一方面由于焊剂和熔渣的隔热作用，电弧上差不多没有热的辐射散失，飞溅也少，尽管用于熔化焊剂的热量损耗有所增大，但总的热效率仍然大大增加。2.焊缝质量高，熔渣隔绝空气的爱护效果好，焊接参数能够通过自动调节保持稳定，对焊工技术水平要求不高，焊缝成分稳定，机械性能比较好。3.劳动条件好，除了减轻手工焊操作的劳动强度外，它没有弧光辐射，这是埋弧焊的独特优点。目前较小口径的焊管大都采纳直缝焊，大口径焊管则大多采纳螺旋焊，实际工程中还需要考虑多种因素，如：（1）调峰要求专门高的管道，由于用户的用气量专门不均匀，管道压力波动频繁，钢管承受的交变应力专门大，管材中的缺陷可能会发生疲劳扩展。（2）管道穿越地震断裂带或通过局部高烈度地震区域，由于这些地段的地质活动频繁，会对管道产生纵向或轴向的交变应力。在长期的应力作用下，螺旋焊缝钢管发生事故的几率高于直缝埋弧焊钢管。（3）对内、外防腐层要求专门高的管道，应采纳直缝埋弧焊钢管。螺旋埋弧焊钢管焊道多，焊缝余高一般比直缝埋弧焊钢管高，在对钢管进行内、外防腐时，防腐材料与裸管的结合度不如直缝埋弧焊钢管紧密，防腐效果也没有直缝埋弧焊钢管好。（4）关于重要的穿跨越工程，由于日后的维护治理都比一般线路段困难，应使用直缝埋弧焊钢管。（5）关于管道薄弱环节，如热煨弯头由于方向改变，其所承受的内外力比一般线路直管段要大，残余应力不容易消除，采纳直缝埋弧焊钢管较好。一、产品种类及验收标准焊接钢管在建筑、机械、冶金、石油天然气、煤炭、化工、轻工、农业、交通和电力等行业得到了广泛应用，种类繁多，要紧有：1.低压流体输送用焊接钢管（GB/T3091-2001）一般焊管，是用于输送水、煤气、空气、油和取暖蒸汽等一般较低压力流体和其他用途的焊接钢管。钢管接壁厚分为一般钢管和加厚钢管；接管端形式分为不带螺纹钢管（光管）和带螺纹钢管。钢管的规格用公称口径（mm）表示，公称口径是内径的近似值。低压流体输送用焊接钢管除直接用于输送流体外，还大量用作低压流体输送用镀锌焊接钢管的原管。标准对电阻焊钢管和埋弧焊钢管的不同要求分不做了标注，未标注的同时适用于电阻焊钢管和埋弧焊钢管。2.石油天然气工业输钢管交货技术条件（第一部分A级钢管）（GB/T9711.1-1997）适用于石油天然气工业输送可燃性流体和非可燃性流体的非合金和合金无缝钢管及焊接钢管的交货技术条件。3.石油天然气工业输钢管交货技术条件（第一部分B级钢管）（GB/T9711.2-1997）适用于石油天然气工业输送可燃性流体的非合金和合金无缝钢管及焊接钢管的交货技术条件，指标要求总体上高于GB/T9711.1。4.一般碳素钢电线套管（GB3640-88）是工业与民用建筑、安装机器设备等电气安装工程中用于爱护电线的一般碳素钢焊接钢管。5.直缝电焊钢管（GB/T13793-1992）是焊缝与钢管纵向平行的钢管。通常分为公制电焊钢管、电焊薄壁管、变压器冷却油管等等。6.承压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管（SY5036-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，用双面埋弧焊法焊接，用于承压流体输送的螺旋缝钢管。钢管承压能力强，焊接性能好，通过各种严格的科学检验和测试，使用安全可靠。钢管口径大，输送效率高，并可节约铺设管线的投资。要紧用于输送石油、天然气的管线。7.承压流体输送用螺旋缝高频焊钢管（SY5038-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，采纳高频搭接焊法焊接的，用于承压流体输送的螺旋缝高频焊钢管。钢管承压能力强，塑性好，便于焊接和加工成型；通过各种严格和科学检验和测试，使用安全可靠，钢管口径大，输送效率高，并可节约铺设管线的投资。要紧用于铺设输送石油、天然气等的管线。8.一般低压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管（SY5037-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，采纳双面自动埋弧焊或单面焊法制成的用于水、煤气、空气和蒸汽等一般低压流体输送用埋弧焊钢管。

9.一般低压流体输送用螺旋缝高频焊钢管（SY5039-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，采纳高频搭接焊法焊接用于一般低压流体输送用螺旋缝高频焊钢管。10．桩用螺旋焊缝钢管（SY5040-83）是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，采纳双面埋弧焊接或高频焊接制成的，用于土木建筑结构、码头、桥梁等基础桩用钢管。11.传动轴用电焊钢管YB/T5209-2000适用于制造汽车传动轴及其他机械动力传动轴。11.低中压锅炉用电焊钢管YB4102-2000适用于制造各种结构低压和中压锅炉及机车锅炉用优质碳素结构钢钢管。12.换热器用焊接钢管YB4103-2000适用于温度在-19℃～475℃，设计压力不大于6.4MPa的换热器、冷凝器及类似传热设备用钢管。本标准不适用于毒性程度为高度或极度危害的介质。13.低压流体输送用大直径电焊钢管GB/T14980-1994适用于水、污水、煤气、空气、和采暖蒸汽等低压流体和其它用途的电焊钢管。14.\o"下载名称：矿山流体输送用电焊钢管GBT14291-2006

作

者：安全文化网

更新时刻：2007-6-1813:55:00"矿山流体输送用电焊钢管GB/T14291-2006适用于矿山压风、排水、抽放瓦斯和矿浆输送用直缝电焊钢管15.\o"下载名称：深井水泵用电焊钢管YB/T4028-2005

作

者：国家进展和改革委员会

更新时刻：2007-10-2416:28:22"深井水泵用电焊钢管YB/T4028-2005适用于深井水泵、潜水泵及其他用途。二、螺旋埋弧焊钢管制造工艺螺旋埋弧焊钢管是以热轧钢带卷作管坯，经常温螺旋成型，用埋弧焊法焊接，用于承压流体输送的螺旋缝钢管，钢管口径大，输送效率高。要紧用于输送石油、天然气的管线。螺旋埋弧焊钢管生产工艺流程为：下料—开卷—矫平、修边、对头—活套—卷制成形—焊接—内外焊珠去除—预校正—感应热处理—定径及校直—涡流检测—切断—水压检查—酸洗—最终检查—包装，如图3－11所示。图3－11埋弧焊钢管制造工艺流程示意图螺旋埋弧焊钢管现在要紧有两种成形方式：外控或内控辊式成形方法。外控式是先把钢板弯曲到小于钢管曲率的一定弧度，到焊接时再接着弯曲到产品曲率进行焊接的方法。内控式是先把钢板弯曲到大于钢管曲率的一定弧度，到焊接时再从钢管内表面施加扩张载荷保持钢板曲率到钢管产品的要求进行焊接的方法。为了提高钢管产品的几何精度，国外进展了一种新的成形工艺－预精悍生产工艺，即先把钢板加工到要求的形状，用点焊保持形状，再进行内焊和外焊，达到提升焊缝性能的目的。螺旋缝钢管是将带钢按螺旋形弯曲成形，用埋弧自动焊进行内缝和外缝的焊接制成的，与直缝埋弧焊钢管比具有如下优点：1）只要改变成形角度，就能够用同一宽度的带钢生产各种口径的钢管，能用较窄的坯料生产管径较大的焊管；2）因为是连续弯曲成形，因此钢管的定尺长度不受限制；3）焊缝螺旋形均匀地分布在整个钢管圆周上，因此钢管的尺寸精度高，一般情况下强度比直焊缝焊管高；4）设备费用廉价，易于变更尺寸，适合于小批量、多品种钢管的生产；5）设备投资少，对钢板板带原料要求较低，因此产品价格廉价。然而螺旋管的焊缝比直缝管长，如管长为L，则焊缝长度为L/cos（θ），θ为螺旋角。一般情况下钢管焊缝及热阻碍区是缺陷集中区，焊缝长就意味着缺陷出现的概率大，这是制约螺旋焊管更加广泛应用的要紧缘故，也是长期以来争论不休的螺旋管与直缝管，特不是与UOE钢管相比谁更优越的缘故。随着螺旋管制造技术进步，需要重新认识螺旋管焊缝较长的问题。首先，由于缺陷与焊缝相平行，故对螺旋管来讲，其焊缝的缺陷为“斜缺陷”，钢管的主应力方向的当量缺陷长度比直缝管小；其次，由于管线钢均为轧制钢板，冲击韧性有较大的各向异性，顺轧制方向的CVN值可比垂直于轧制方向的CVN值高3倍。直缝管所受的主应力恰恰垂直于管材抗冲击能力最低的方向，而螺旋管则错开了管材抗冲击能力最低的方向，使螺旋管焊缝长的劣势转变成了优势。因此那个问题还需要进一步的研究。螺旋焊缝钢管制造过程中为带应力焊接，即需要施加机械作用保持焊缝两侧管板在同一平面。螺旋焊缝钢管一般仅在管端进行扩径，以保证现场焊接时容易对接。由于没有进行整管扩径，管内加工变形残余应力专门大，且分布不均匀。直焊缝钢管则首先利用设备加工成需要的形状，然后再焊接，焊接时差不多无应力。为了降低、消除管内加工变形时产生的残余应力，提高管体强度，在出厂前要对整个管体进行扩径操作，有机械扩径和水压扩径两种方式。三、直焊缝埋弧焊钢管制造工艺管线设计中，一般穿、跨越及重要路段时会选用直缝埋弧焊钢管。近年来随着我国经济的进展，直缝埋弧焊钢管的进展也取得了长足进步。从建设投产到高钢级（X80）、大口径、大壁厚钢管试制成功，其进展速度专门快。目前国内有专门多家钢管公司（厂）具有直缝埋弧焊管生产能力，可提供JCOE、UOE以及HME等多种不同类型的钢管。与螺旋缝埋弧焊钢管相比，直缝埋弧焊钢管的成型和焊接是分开进行的，焊接作业不受成型操作的制约，而且内焊前增加了预焊（TackWeld2ing），焊接在平面位置进行，焊缝外形轮廓比较理想，后续无损探伤容易实现自动化，焊缝的综合质量容易保证，适应钢管的壁厚范围较宽，X70钢级钢管的壁厚可达到27mm。直缝焊管有如下优点：（1）生产工艺简单，生产效率比螺旋焊缝高，成本低。（1）没有拆卷的工序，使母材压坑、划伤少。错边、开缝、管径周长等易于操纵，焊接质量好。（3）经检测合格的焊管要进行扩径，以消除管体内部的残余应力，同时提高钢管的几何尺寸精度，方便现场施焊。（4）焊缝为一条直线，内外表面均进行处理，差不多与管体等厚，对防腐材料涂敷质量阻碍较小。（5）由于焊缝较短，缺陷相比螺旋焊管少，安全可靠性一般认为比螺旋焊管高。（6）采纳预焊后精焊的工艺，焊接过程稳定，焊缝质量高，焊缝易于实现生产过程中的无损探伤和使用过程中野外的无损探伤复查。直缝埋弧焊钢管成形方式有UOE成形法、辊压弯曲成形法（RBE）、JCOE成形法、C成形法、PFP逐步折弯成形法、连续扭转成形法（HME）和排辊成形法（CFE）等，但应用最广泛的是UOE、RBE、JCOE三种成形法。直缝埋弧焊钢管选择何种成形方式取决于产品规模、企业承受能力等综合因素。UOE法生产效率高，但设备价格昂贵，投资规模大；RBE辊弯成型法投资少、产量适中，市场适应性强，但由于设备特性限制，产品规格范围较窄，不能生产管径较小、厚壁和高钢级的钢管；JCOE成型法是渐进式多步模压成型，钢板由数控系统实现理想的圆形，钢板各部位变形均匀，没有明显的应力集中，残余应力小、分布均匀，中等投资规模的企业也能够承受得起，能够以最小的投资获得最佳的设备和工艺配置，既能够保证产品质量，又能最大限度地满足长输油气管道建设的需求。UOE钢管机组成形工艺分三步完成，即预弯边、U形压力机成形和O形压力机成形，最后是对全管进行冷扩径（Expanding），以消除制管过程中产生的应力。该成形机组设备庞大，造价高，每套成形设备需要配备多套钢管内、外焊机，生产效率高，年生产能力可达30×104～100×104t。由因此仿形成形，因此成形设备较多，一种直径的钢管就需要一套特定的成形模具，更换产品规格时，需要更换这些模具。成形后的焊管内部应力较大，一般都配备了扩径机。UOE机组工艺成熟，自动化水平高，产品质量可靠，但机组设备投资巨大，适合于生产批量大的产品。目前世界上已有UOE机组40余套，大部分在发达国家，我国已有多家生产厂引进了UOE钢管机组。UOE生产线要紧流程如下：合格钢板→板边倒角→板边预弯→成型→JCO成型→钢管接缝连续焊接→管内接缝埋弧焊接→管外接缝埋弧焊接→整圆及矫直（扩管）→管端倒角及修平→焊缝超声波检查→不合格焊道修补→焊道X射线检查→水压试验→焊道超声波检查→不合格焊道修补→管内面干燥处理→管内面除锈处理→管内面防锈包覆处理→管外表面除锈处理→管外表面防锈包覆处理→成品。RBE成形的时期为辊压、弯曲和扩径，生产工艺成熟，过去的RB要紧用于制造外径较大且长度较短的压力容器、结构钢及给排水管。由于一般企业难以承受UOE制管机组的巨大投资，在RB基础上进展起来的RBE制管机组具有投资小、批量适中、更换产品规格方便等特点，因而得到较快的进展。用此种成形工艺生产出来的焊管在质量和性能上接近UOE钢管，因此在大部分情况下能够代替UOE焊管。RBE制管机组是以三辊滚压来实现钢管成形的，其制管过程是，三辊成形机将钢板滚压成一定口径的钢管，然后用成形辊将其边缘弯曲，也能够采取后弯边。由因此三辊连续辊压弯曲成形，因此在钢管成形过程中产生的应力分布较均匀，但在改变产品规格时，需要更换芯辊，并适当调整下辊。该成形设备的一套芯辊能够兼顾几种规格的产品。缺点是生产规模小，由于受芯辊强度和刚度等方面的阻碍，钢管壁厚和管径受到了专门大的限制。JCOE成形有三个时期，即先将钢板压成J形，然后再依次压成C形和O形，E代表扩径（Expanding）。JCOE成形制管机组是在UOE成形工艺的基础上进展起来的，它借鉴U形的工作原理，将UOE成形工艺分布实施，使成形机的吨位大大减少，从而节约了设备的投资。生产出来的钢管在质量上与UOE焊管相同，但产量比UOE焊管机组低，这种工艺容易实现成形过程中的自动化操纵，产品成形质量较好。JCOE成形设备大体能够分成两种形式，一种是折弯成形，另一种是模压成形。折弯成形要紧用于厚板和中厚板的成形工艺，步幅较小，产量较低。成形过程是先在弯边机上将钢板两个边缘按焊管的曲率半径滚压成弧形，然后用成形机通过多次步进冲压将钢板的一半压成C形，再从钢板的另一边开始冲压，通过多次步进冲压，将钢板的另一边也压成C形，从而使整块的钢板成为开口的O形。模压成形要紧用于薄板和中厚板的成形，与折弯成形相比，要紧是成形机压头不同，折弯成形机压头的截面为T形（单位面积压力较大），模压成形机的压头为倒T形（单位面积压力相对要小），同时压头按一定的曲率制造。成形步骤差不多与折弯成形相同，先将钢板的一半通过多次步进冲压压成C形，再将钢板的另一边也压成C形，然后再将其两边弯成要求的弧度，最终使整块钢板成为开口的O形。在整个成形过程中，上、下压头以及送板机械手的操作均采纳计算机操纵，能够依照不同的钢级、壁厚、板宽自动调整压下量、压下力和钢板进给量，同时上下模具有补偿变形功能，能够有效地幸免模具变形对成形所造成的不良阻碍，保证钢板在压制过程中全长方向的平行度。成形时送进步长均匀，能够保证钢管的圆度和焊接边的平行度。JCOE成形方式要紧特点是在生产小规模产品时能适应较大的壁厚，具有投资中等、产品范围广、产量适中等优点，适用于中小型直缝埋弧焊钢管的生产。钢板在成型至扩径过程中始终受拉伸，没有UOE成型时钢板所受的压缩-拉伸的反向受力过程，包辛格效应小，钢板的强度得到充分利用，模具小，在受力状态下，钢管表面可不能划伤，模具与钢板的相对运动距离小，成型过程的氧化皮脱落少，容易清洁，对焊接质量阻碍小，成型过程中不需要UOE成型的润滑和之后的清洗、烘干。JCOE生产关键工序如下：1）对钢板进行全板超声波检验，确保原料质量。2）对钢板两纵向边进行双面铣削，使之达到加工要求。3）预弯边机将板边预先弯制到合适的曲率，保证焊缝区域的几何外形，并为下道成型工序做预备。4）JCO成形。5）预焊机对开口钢管进行快速合缝预焊。八排压辊使成形后的钢管能迅速准确的合缝对中，可有效消除错边，预焊方式为焊缝全长连续预焊工艺。6）对钢管进行内、外焊。7）利用超声波探伤设备对内、外焊缝及焊缝两侧母材进行百分之百的超声自动探伤。9）X射线探伤设备对内外焊缝进行百分之百的X射线工业电视探伤。10）对钢管一次整体扩径。有液压整体扩径和机械整体扩径两种方法，可对LSAW钢管全长进行扩径、整圆、矫直，以提高钢管几何尺寸精度，提高现场焊接质量，并可改善钢管内应力的分布状态，整体机械扩径机如图3所示。11）对扩径后的钢管进行逐根水压试验。12）对钢管进行管端坡口加工，以保证钢管现场对接焊接质量。13）再次对水压试验后的钢管逐根进行焊缝及两侧母材的超声探伤，以确保在扩径、水压后的钢管质量。（14）再次对水压试验后的钢管逐根进行焊缝及两侧母材的X射线探伤管端焊缝拍片，确保出厂钢管质量。（15）管端UT探伤以确保钢管质量。C成形法用两台C成形机代替UOE机组中的U压力机和O压力机，其成形过程为：经预弯边的钢板首先在第一台压力机上成形钢板的一半，接着在另一压力机上成形钢板的另一半，从而得到O形圆管。C成形法生产的焊管尺寸合适，产量适中，生产线价格较低。PFP逐步折弯成形是将端头预弯的钢板在压力机上以较小的步长，较多的次数逐步对板料进行折弯，最后经钢管合缝焊机成形为圆管。PFP法因每次压下量小，故压力机吨位不大，因此投资也较小，该种方法能够成形不同管径，不同壁厚的焊管，加工的直径可小于406mm，生产的焊管质量较好，产量适中。PFP逐步折弯成形与RBE辊弯成形法比较，两者的特点大体相同，但PFP法生产的焊管直径可小于406mm，这一点是RBE法所做不到的。PFP法生产线具有更强的市场适应能力，C成型法主机机组简单。PFP法大口径直缝埋弧焊管生产线工艺流程：板材超声波探伤→铣边→预弯→成形→合缝预焊→内焊→外焊→超声波探伤→X射线探伤→扩径→整圆→水压试验→超声波探伤→X射线探伤→平头倒角→磁粉探伤→称重测长→标记出厂。四、埋弧焊钢管质量操纵埋弧焊钢管是板（带）通过深加工（压力加工、焊接、热处理、机加工、表面处理、无损检测等）而形成的较专门的冶金产品，实质上应该属于机械产品的范畴。为了适应服役条件，钢管除化学成分、冶金质量、力学性能、残余应力、可焊性等有严格的要求外，对成品的几何形状和尺寸例如外径、内径、壁厚、圆度、直度等结构完整性都有严格的要求。直缝埋弧焊管一般是通过模具成型，因此管体圆滑，除母材自身缺陷以及钢管生产检验过程的过失操作外，钢管的表面质量都能保持完好。1.埋弧焊管缺陷类型对直缝埋弧焊管不合格缘故进行统计，图14所示为国产原料所制UOE直缝埋弧焊管不合格，图3－12所示为国产原料所制UOE直缝埋弧焊管不合格统计分布，其中母材缺陷所占比例最大，高达40%，要紧缺陷类型为壁厚不够、分层、重皮、表面结疤等；其次，焊接缺陷占27%。力学性能中强度、韧性（夏比冲击和DWTT）都出现过不合格现象，如强度不够、屈强比超标、剪切面积不够等。可见，我国国产钢板质量需进一步全面提高，以保证国内直缝埋弧焊管的快速高效进展。在国外，通常钢管厂与钢板厂同属一家大型联合企业，由钢板厂进行对钢板分层缺陷的探伤。而且，国外先进仪器对钢板分层探伤完全有能力实现100%的覆盖率。与国外由钢板生产厂家进行并负责保证用户质量要求的形式不同，国内直缝埋弧焊钢管生产中对钢板分层缺陷探伤差不多上由钢管厂自己进行的。国内进行一次钢板扫查只能将钢板边缘部分完全覆盖，对整板的覆盖率能够达到25%以上。若要达到对钢板分层探伤100%的覆盖率，则需做来回扫查，这方面国内与国外有一定的差距。图3－12直缝埋弧焊钢管缺陷分布2.直线度和椭圆度操纵螺旋焊管的直线度和椭圆度一般比较容易操纵，但钢管直线度和管端椭圆度的操纵关于直缝埋弧焊钢管是一个技术难题，尤其是小口径大壁厚高钢级直缝钢管，直线度更难保证。关于直缝埋弧焊管，不论是JCOE成型或是UOE成型，钢管直线度都比较难以操纵。对某批次直缝焊管直线度和椭圆度统计结果如图3－13和图3－14所示。由于钢管管端椭圆度直接阻碍到现场对焊的质量，因此管端椭圆度在钢管出厂时要严加操纵。然而，关于大口径、厚壁、高钢级直缝埋弧焊钢管的管端椭圆度难以保证，尤其是JCOE成型工艺。按美国石油工业协会APISPEL5L标准，椭圆度公差±1%，直线度偏差不超过管长的0.2%。图3－13直缝埋弧焊管直线度统计图3－14直缝埋弧焊管椭圆度统计3.焊缝质量操纵生产过程中，埋弧焊焊缝处专门容易产生气泡、热裂纹和咬边等缺陷。气泡多发生在焊道中央，其要紧缘故是氢气依旧以气泡的形式隐藏在焊缝金属内部，因此，消除这种缺陷的措施是首先必须清除焊丝和焊缝的锈、油、水分及湿气等物质，其次是必须专门好地烘干焊剂除去湿气。此外，加大电流、降低焊接速度、减慢熔化金属的凝固速度也是专门有效的。硫裂（硫引起的裂纹）。焊接硫偏析带专门强的板材（特不是软沸腾钢）时硫偏析带中的硫化物进入焊缝金属而产生的裂纹。其缘故是在硫偏析带中含有低熔点的硫化铁和钢中存在氢气。因此，为防止这情况产生，使用含硫偏析带少的半冷静钢或冷静钢还明效的。其次，焊缝表面和焊剂的清洁与干燥也是专门必要的。热裂纹。在埋弧焊接中，焊道内可产生热裂纹，特不是在起弧和熄弧弧坑处容易发生裂纹。为消除这种裂纹，通常在起弧和熄弧处装有垫板，并在板卷对焊接结束时，可将螺旋焊管逆转而将焊进叠焊。热裂纹在焊缝应力专门大的时候，或者焊缝金属内的si专门高的时候最容易产生。焊渣的卷入。卷入焊渣确实是在焊缝金属中残存一部分焊渣。焊透度不佳。内外焊缝金属重叠度不够，有时未焊透。这种情况叫做焊透度不足。咬边。咬边是沿着焊缝中心线在焊缝边部出现Ｖ形沟槽。咬边是在焊速、电流、电压等条件不适当的情况下产生的。其中焊接速度太高要比电流不适合更容易引起咬边缺陷。因此在保证钢板等原材料质量的基础上，焊接钢管的质量操纵要紧集中在保证焊缝的质量上，要求焊缝不得有裂纹、断弧、烧穿和弧坑等缺陷，焊缝表面应均匀规整，过渡平缓，不同意存在最大深度超过0.6mm的焊缝咬边等。对超过标准规定的焊缝缺陷必须按规定方法进行处理。4.无损探伤国外直缝埋弧焊钢管生产厂特不重视同时倚重对焊缝的超声波探伤检查，一般把在扩径前先对焊缝全长进行超声波探伤检查作为工厂内部的质量操纵。同时也设置有X射线工业电视检查设备，其静态灵敏度也较高（小于1.6%），用于对扩径前超声波探伤的缺陷部位进行复验，只有少数厂家在扩径前对钢管进行全焊缝超声波探伤和X射线工业电视检查。在扩径和水压完成后，要紧采纳超声波自动探伤对全焊缝进行检查，同时再用超声波手探检查及管端拍片检查对钢管两端自动探伤盲区内的焊缝进行探伤。国内直缝埋弧焊钢管生产厂在水压前后都对焊缝100%全长进行超声波探伤检查和X射线工业电视探伤检查。水压前的探伤用于工厂内部质量操纵，水压后的探伤用于质量保证和验收检查。除少数钢管厂外，国内大部分直缝埋弧焊钢管生产厂更倚重对焊缝的X射线探伤检查，但国内X射线工业电视探伤检查设备的灵敏度不太高。相比而言，国内对钢管焊缝的探伤检查依靠于操作人员的工作质量，而国外工厂对焊缝的检查更依靠于设备本身，可靠性要更高一些。五、埋弧焊钢管关键技术1.板边加工技术早期的LSAW钢管机组采纳气割，后来改进为刨边工艺。然而钢板不平，且在运输过程中容易形成“死弯”，而刨边机的刨刀不能随着板边浮动，造成板边坡口的不均匀“缺肉”，焊接时容易烧穿和未焊透，阻碍焊缝质量。2.预弯边技术早期的LSAW钢管机组没有配置预弯边机，后来逐渐采纳了辊式预弯机。辊式预弯工艺对高强度厚板的板边预弯效果不理想，容易造成板边的纵向延伸，而对薄板的波浪又缺乏矫平能力。巨龙钢管有限公司采纳了压力式预弯机采纳一台数千吨的压力机，通过模具对钢板边缘进行步进式预弯的工艺能够得到比较理想的板边形状，有效地防止焊缝周围的“噘嘴”现和扩径时发生开裂。3.连续预焊技术为了提高焊管的几何尺寸精度，对焊管一般进行预精悍工艺。在有关海洋、低和气酸性条件用管标准ISO3183—3和GB9711.3的6.3款中，已明确提出不同意采纳断续点焊，必须采纳连续预焊工艺。。4.四丝串列埋弧焊技术由于现代的高压输气管线对钢管的焊接提出了十分苛刻的要求，钢管厂既要有高的生产效率，又要满足焊缝和热阻碍区的强度、硬度和冲击韧性要求，还要求焊缝与母材的过渡良好，无咬边，焊缝余高小等等，采纳单丝或双丝焊接专门难全面满足这些要求。采纳了四丝串列埋弧焊，同时采纳激光跟踪和焊接参数自动操纵技术，通过多丝参数的操纵，差不多能够全面满足大壁厚、高韧性钢管的焊接要求。5.机械扩径技术钢管扩径有机械扩经和水压扩径两种，直缝埋弧焊钢管一般进行整管扩径，螺旋埋弧焊钢管一般仅对管端进行扩径。机械扩径比水压扩径有如下优点：（1）水压扩径后钢管的外径取决于模具内径，钢管壁厚偏差会造成钢管内径的偏差，但从环焊对接角度考虑，内径一致比较有利，而采纳机械扩径正好能够满足以内径一致的要求。（2）机械扩径的效果便于直接测量，钢管的最终尺寸可通过调节拉杆行程精确调整。而水压扩径的效果只能在扩径后测量，无法调整。（3）水压扩径时，在模具内对钢管加压，焊缝与模具内壁接触，容易造成近焊缝区的不均匀变形，机械扩径时模具上开有凹槽，能够幸免与焊缝接触。（4）机械扩径同时对钢管焊接后的弯曲进行多步矫直，作用明显。在最新的有关海洋、低和气酸性条件用管标准ISO3183—3和GB9711.3的6.5款中，已明确提出直缝埋弧钢管应采纳机械方法冷扩径。6.计算机自动操纵系统对质量的操纵和保证微电子技术的进步确保了焊接钢管质量的稳定可靠。采纳计算机自动操纵系统，立即确定的最佳工艺参数输入计算机自动操纵系统，机器就会按照计算机的指令工作，幸免了人为因素对钢管质量的阻碍，确保了焊缝质量稳定可靠。六、埋弧焊钢管输气管使用1.埋弧焊钢管的使用埋弧焊钢管在建筑、机械、冶金、石油天然气、煤炭、化工、轻工、农业、交通和电力等行业得到广泛应用。由于以下缘故螺旋焊缝钢管多集中在大直径钢管的生产中：1）只要改变成形角度，就能够用同一宽度的带钢生产各种口径的钢管；2）因为是连续弯曲成形，因此钢管的定尺长度不受限制；3）焊缝螺旋形均匀地分布在整个钢管圆周上，因此钢管的尺寸精度较高，强度也较高；4）设备费用廉价，易于变更尺寸，适合于小批量、多品种钢管的生产。由于钢管缺陷的绝大部分集中在焊缝及热阻碍区，较长的焊缝就意味着缺陷出现的概率大，这是长期制约螺旋焊管更加广泛应用的要紧缘故。但随着无损探伤和焊接技术的进展，焊缝缺陷越来越少，螺旋焊缝钢管性能逐渐提高，越来越多的代替了无缝钢管。焊管油气输送是油气输送方法中最便捷、经济和可靠的方式，美国1925年建成了世界上第一条焊接钢管输送天然气管线。二次大战后，天然气管线输送管网建设进展迅速，同时对管材的要求也不断提高，输送压力从开始的0.2MPa提升到现在的10MPa以上，钢材的屈服强度则从170MPa提高到550MPa以上，工厂差不多生产出820MPa（X120）以上钢级的管线管。目前全球石油天然气管线的总长度差不多超过230万公里，并以每年4～5万公里的速度递增。2.输气管线管的进展截至到2006年年底，我国已建成并投入运营的石油天然气输送管道约3.5万公里，还有数条在建或立项的管线项目，其中最长的为西气东输二线项目，全长9000多公里。可能到2010年，我国的油气输送管线总长将达到5万公里。我国在20世纪50年代到70年代管线管材料要紧是A3、16Mn，后来引进了日本的TS52K（相当于X52）。后来通过冶金和石油系统的联合攻关，成功研制和开发了X52~X70高韧性管线管用钢。西气东输一线工程采纳了直径达1米以上、壁厚14.6mm～26.2mm、钢级为X70的管线管，并铺设了X80试验段。西气东输工程"X70级用管182万吨，约100万吨为螺旋埋弧焊管，从板带到制管，全部国产化；82万吨直缝埋弧焊管中1/3为国产JCOE钢管。为了进一步节约管道建设成本，西气东输二线把钢级提高到了X80，通过多方努力，试制过程差不多结束，开始进入到施工时期。进入21世纪，管线管总的进展趋势是：1）管道内输送流体的压力进一步提高，1999年美国—加拿大输气管线压力已达15MPa，有人已提出55MPa输气管线的商业可行性论证。2）高韧性、高钢级管线管大进展。由于油气资源已逐渐分布在环境恶劣的偏远地区，例如中国的"西气"多在边疆荒漠地区，高寒（气温有时低到-80℃）、或途经冻土带，依照输送管的服役条件、要紧失效形式和失效缘故的综合评价，提出对管线管的要紧性能要求是：高强度、高韧性、可焊性和耐蚀性。其中难点和重点是高韧性。3.输气管线管的失效随着管道的大量铺设和长期运行，管线管事故不可幸免发生。天然气管道一旦发生事故，爆裂长度专门大，有可能造成大量人员伤亡和财产损失。分析输气管道失效缘故，要紧有：材料缺陷，如比较大的夹杂，晶粒粗大等；机械损伤，输气焊管由于管径大，气压高，对表面的机械损伤比较敏感，容易发生脆性断裂；各种腐蚀环境，硫化氢、氯离子、二氧化碳、电化学腐蚀等；焊缝缺陷，由于焊管的焊缝是缺陷集中区，是强度的薄弱环节，专门多情况下的焊管事故是由焊缝引起的；其它的外力破坏，要紧是地震造成的地层运动使得管道内产生专门大的内应力二发生失效。但这些管道失效前差不多上由于上述缘故使得管道内首先形成了微裂纹，在载荷长期或周期性作用下，微裂纹逐渐扩展，直至最后裂纹发生失稳扩展而造成事故。对我国四川油气田管线管事故统计的结果表明，由焊缝开始出现裂纹的失效占72%，母材缺陷缘故造成的失效占11%，二者所占比例远高于发达国家的比例。造成这种现象的缘故是我国早期管线管材质不良，埋弧焊焊缝制造质量差，无损检测技术只是关，现场焊缝质量波动大，焊缝存在未熔合、噘嘴和补焊产生的未回火马氏体等缺陷。国外管道失效事故缘故要紧是外力损伤和腐蚀，管材本身缺陷是次要因素。4.管线管失效模式断裂：包括脆性断裂、塑性失稳、弹塑性断裂或延性断裂。脆性断裂在断裂前无任何宏观征兆，事故的发生是突然性的，裂口长，后果往往是灾难性的，一般是因为材料韧性不足、机械损伤或材料内部冶金缺陷引起，在输送流体压力波动，如多次停输或反复进行压力试验时使得管体疲劳，及腐蚀环境，如氢鼓泡（HB）、氢致开裂（HIC）和氢致应力腐蚀开裂（SCC）等，也可能导致管线管发生脆性断裂。塑性失稳要紧是指管道由于外力作用改变了其要紧载荷类型，比如地层移动使得管道承受了专门大弯矩，使得管材发生塑性失稳，或者对海底管道，在海水压力作用下发生的外压塑性挤毁，或海水流淌作用在管道上产生的专门大弯矩载荷，也可能使管道发生塑性失稳。假如不能幸免发生断裂失效，那么从设计方面考虑，应使管道尽可能发生弹塑性断裂或延性断裂。如此在断裂之前管道可能发生泄漏、变形等宏观现象，或者在无损检测时微裂纹可被检测到，以幸免发生灾难性的事故。对管道在延性断裂过程中的裂纹扩展和止裂问题的研究时输气管道中的热点问题。常用的止裂判据有速度判据和能量判据，对管材断裂韧性定性判定的参量是V型缺口冲击试验、落锤撕裂试验（DWTT）、动态断裂韧性指标KId等。管线管管径越大，输送介质压力越高，对管材的韧性要求也越高。图3－15和图3－16分不是管线管脆性断裂和韧性断裂典型形貌。图3-15管线管脆性断裂爆破图3－16管线管韧性断裂变形。要紧是由地层移动、洪水、大风或海水流淌造成的弯曲、压缩褶皱或失稳。图3－17管线管弯曲及褶皱变形材料性能变化。要紧是由温度（高温或高寒）引起的材料强度和韧性的变化，腐蚀引起材料韧性降低等。随着西气东输等大型工程的启动以及国内对油气资源的需求逐渐增加，油田对进一步解决腐蚀问题的需求也更加迫切，尤其是在役管线的无损检测、安全评估和寿命预测技术。目前国内外长输油气管道腐蚀操纵要紧进展方向是在外防腐方面，管道内检测技术研究和应用仍有待加强。第三节直缝电阻焊钢管电阻焊接钢管分为交流焊和直流焊两种形式。交流焊按照频率的不同又分为低频焊、中频焊、超中频焊和高频焊。高频焊要紧用于薄壁管或一般壁厚管的生产，高频焊又分为接触焊和感应焊。直流焊一般用于小口径的钢管。电阻焊管是我国最早生产、应用范围最广、生产机组最多（2000余家）、产量最高（占焊管总产能的80％左右）的钢管品种，产品规格为Φ20mm一Φ630mm，在国民经济建设中发挥了重要作用。其中Φ20mm~Φ89mm直缝电阻焊钢管（ERW）机组数量最多（占直缝电阻焊钢管机组总数90％以上），其产能占ERW机组总产能的60％以上。因直缝电阻焊钢管机组投资少、工艺技术水平低、成本低，产品广泛应用于机械、低压流体输送管道和建筑脚手架管、自行车、家具结构用管等。而Φ219mm~Φ630mm直缝电阻一、ERW焊管特点ERW管与埋弧焊管的焊接方式有显著的不同，采纳的是无填充金属的压力焊接方式，焊缝中没有填充其他成分，靠高频电流的集肤效应和临近效应，使板边瞬间加热到焊接温度，由挤压辊挤压形成锻造组织的焊缝。焊缝的质量直接决定着焊管的质量，也是焊管与无缝管最大差异所在。直缝焊管在高频焊接后，假如不采取适当的方法或处理措施，直缝中集碳不能消除，焊缝与母体只是衔接在一起，并没有完全熔为一体，经不住时刻和高压的考验。热张力减径钢管是钢管在高频焊接后再进行800度高温的整体加热、整体退火，通过此一系列的工艺后，焊缝与母体组织性能差不多一致，熔为一体，可专门好地完成从有缝到无缝的过渡。优质ERW焊管的焊缝能够达到与母材相同的韧性水准，这是埋弧焊接工艺无法达到的。与无缝钢管相比，ERW焊管具有如下特点：a）尺寸精度高。由于钢带轧制和焊管成形易于操纵，ERW焊管的直径和壁厚偏差比无缝钢管小得多。b）力学性能好。因为直缝电阻焊钢管的含碳量比无缝管低1ˆ2左右，直缝电阻焊钢管的延伸率比无缝管高8%～10%。随着焊接技术、在线热处理技术和无损检测技术的进展，焊缝性能得到专门大提升。焊缝热处理示意图如图3-18所示。c）直缝电阻焊钢管的同心度高、壁厚偏差小，残余应力低，组织均匀，具有较高的抗挤毁强度。d）由于钢材的延伸性好，直缝焊管的冲击韧性要高于无缝管。e）直缝电阻焊管没有焊条等异种金属渗入，通过严格的在线热处理后，焊缝性能与基体材料性能一致。因此ERW钢管已由流体输送、结构领域向无缝管应用领域的油井管领域快速渗透进展，国外的油井管ERW焊管所占比例已超过50%。国内钢管行业必须下大气力完全解决消除ERW焊管的灰斑缺陷等关键技术，使新投产的大口径ERW焊管机组的产品质量尽快达到国际先进水平，幸免重蹈我国ERW焊管进展过程中因出现重大质量事故而走入低谷的覆辙，使我国ERW焊管走上健康进展的轨道。图3-18焊缝热处理的示意图ERW焊管在高频焊接后还进行了在线清除内外毛刺。毛刺的存在会阻碍管内流体的流量，毛刺阻挡了流体的正常流淌，从而产生漩涡。依照流体力学原理，焊缝局部受压必定增大，受力不均匀使焊管的保险系数也大大减少，ERW钢管生产工艺中充分考虑了毛刺存在的危险性，进行限毛刺清除，从而使其壁厚均匀，外观上与无缝管无差异。ERW焊管的生产工艺流程如图3-19所示。图3-19ERW焊管生产工艺流程二、生产关键技术1．板边加工90年代之前制造的焊管机组，差不多上采纳刨边机对带钢边缘进行加工。进入90年代之后，对高钢级焊管要求也越来越高，刨边机加工的板边边缘已不能满足焊接进展的要求，因此新建的企业都采纳铣边机。2．成型排辊成型法出现在80年代，通过了近20年的应用和改进后，设备的强度、刚度及成型方式均有专门大改善，保证了在生产薄壁钢管及高钢级厚壁钢管时获得良好的产品质量。排辊成型的变形重点不在粗成型时期的边部成型质量，而把精成型尤其是定径段当作变形的重点。这种技术设备的特点是粗成型架次少，而精成型架次多（3架），定径段架次多（4～5架），除排辊段外轧辊没有公共性，轧辊数量大，换辊频次多，而时刻较长。其轧辊总重量比日本FFX成型轧辊总重量要重许多，成型段的总功率大，其投资费用及运营费用要高。FFX成型机是由日本中田制造所90年代新开发的，其设计理念不同于排辊成型，它把变形重点放在粗成型时期的边部成型质量，使边部弯曲达到钢带宽度的30%左右，同时，在粗成型时期均匀地完成钢带全部变形量的80%以上；而且在粗成型时期每架次轧辊孔型均采纳一组连续变化的多曲率曲线，这段曲线上含有所能生产的焊管孔型，用带有组合曲线的公共轧辊以生产各种规格的产品；同时，利用微机操纵技术，实现辊位数据治理，不需换辊。FFX成型设备的特点是粗成型机只要一套轧辊，不需换辊；精成型架次少（2架），定径机架次少（2架），整个机组由3架对中机架、5架水平机架、3架立辊机架组成，共计30余只渐开线型辊，设备的核心是一套辊位操纵软件和相应的执行单元，只要输入相应的石油专用管参数，如钢级、壁厚、规格等，FFX成型机即可在10余分钟内自动完成辊位的调整，生产出满足石油专用钢管要求的钢管。3．大功率高频感应焊大功率高频感应焊是90年代未开发的技术，在此之前均采纳高频接触焊。进入90年代后，海洋石油公司对海洋专用油气管的要求越来越高，对接触焊所引起的电火花烧痕，接触块的擦伤都有严格的规定。90年代中期以后建设的ERW焊管厂都在寻求大功率高频感应焊接技术，尤其是生产各类高端产品时高频接触焊将逐渐被高频感应焊所取代。新日铁研究开发的PWP（PerfectWeldingProcess）焊接操纵技术是当今世界上比较先进的焊接操纵技术，包含了新日铁几十年焊管生产的经验，依照各种规格、焊接速度、壁厚、钢种等参数可自动设置所需的焊接热量，PWP技术还包括新日铁开发的操纵元件。使用这一焊接操纵技术，可保证整个焊接流程参数差不多被操纵在最佳范围内，以达到最佳焊接质量。除新日铁之外的其他闻名焊管企业，差不多差不多上采纳高频焊机生产厂商提供的温度检测系统，检测焊缝区域的表面温度，然而反馈到焊机的操纵系统调节高频电流的大小来操纵焊缝区域的温度。由于在焊管生产中，各类材质、壁厚及焊接速度所需的焊接热量是不同的，而钢管焊接时，最佳化焊接所需的热量值的波动范围要求专门窄，而开发商提供的焊接温度操纵元件仅是在实验室中对各常规钢种在设定的焊接速度下实验得出的数据加以归纳分析处理后，做成操纵元件提供给客户的。在实际生产操作中，操作人要依照现场实际生产情况及自己的经验，观看焊接区的金属融溶焊接状态，对焊机输出的热量及时进行调整，才能生产合格的焊接钢管。4．焊缝热处理为了改善焊接的质量，提高焊缝及热阻碍区性能，必须对焊缝进行热处理，或者整管进行热处理。假如采纳焊缝双重热处理装置，既可对焊缝实行正火（N）又可对焊缝实行淬火+正火（Q+N）或淬火+回火（Q+T）。利用第一套加热装置对焊缝进行加热至淬火温度后，焊管进入快速水冷区，喷注乳化液对焊缝进行快速冷却，然后在第二套