钢管的基本知识

的基本知识钢管的基本知识一、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、半圆形钢圆、其他复杂断面钢管——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、其他二、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。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。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。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。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。目前，全世界生产钢管的共计有110多个国家的1850多个公司下的5100多个生产厂，其中生产石油管的有44个国家的170多个公司下的260多个厂。2000年，无缝管全国表观消费量为418.0万吨，其中国内供应量的382.1万吨，占国内总需求的91.4%。进口为35.9万吨，占国内总需求的8.59%。同年石油管消费量大约为91万吨。进口约25.2万吨。进口管占国内总消费量的大约70%，其中进口管占国内总消费量的27.69%，石油管进口量约占无缝钢管总进口量的大约70%。从日本进口的石油管占总进口量一半以上。中国最大的石油套管生产基地——天津钢管公司2000年的钢管产品出来为52.20万吨，其中石油套管产量为36.41万吨。套管占全国石油产量的一半以上。在产量和销售量上都占中国套管市场的第一位。从国际和国内两个市场来看，无缝钢管（包括石油专用管）的现有生产能力均已大于需求。所以，今后的重点应放在充分发挥现有机组的能力，开发出高强度等级、高抗击毁、高抗腐蚀的石油管、高压锅炉管和气瓶管等产品。也是国家针对当前我国钢铁市场进行优化产品结构的内容。这也是增加在国内外产品竞争力、扩大市场份额的关键所在。就是说，提高国内钢管企业的市场竞争力是加和WTO以后国内企业长期的任务和成功发展的关键。1、分类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：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Q345、20Cr、40Cr、20CrMo、30-35CrMo、42CrMo等。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。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。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。GB1479-2000（高压化肥设备用无缝钢管）是适用于工作温度为-40〜400弋、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。地质钻探用钢管（YB235-70）是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。金刚石岩芯钻探用无缝钢管（GB3423-82）是用于金刚石岩芯钻探的钻杆、岩心杆、套管的无缝钢管。石油钻探管（YB528-65）是用于石油钻探两端内加厚或外加厚的无缝钢管。钢管分车丝和不车丝两种，车丝管用接头联结，不车丝管用对焊的方法与工具接头联结。GB5312-1999（船舶用碳钢和碳锰钢无缝钢管）是制造船舶I级耐压管系、口级耐压管系、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弋，合金钢无缝钢管管壁工作温度超过450弋。代表材质为360、410、460钢级等。汽车半轴套管用无缝钢管（GB3088-82）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。柴油机用高压油管（GB3093-86）是制造柴油机喷射系统高压管用的冷拔无缝钢管。液压和气动缸筒用精密内径无缝钢管（GB8713-88）是制造液压和气动缸筒用的具有精密内径尺寸的冷拔或冷轧精密无缝钢管。冷拔或冷轧精密无缝钢管（GB3639-83）是用于机械结构、液压设备的尺寸精度高和表面光洁度好的冷拔或冷轧精密无缝钢管。选用精密无缝钢管制造机械结构或液压设备等，可以大大节约机械加工工时，提高材料利用率，同时有利于提高产品质量。结构用不锈钢无缝钢管（GB/T14975-1994）是广泛用于化工石油、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。流体输送用不锈钢无缝钢管（GB/T14976-1994）是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。异型无缝钢管是除了圆管以外的其他截面形状的无缝钢管的总称。按钢管截面形状尺寸的不同又可分为等壁厚异型无缝钢管（代号为D）、不等壁厚异型无缝钢管（代号为BD）、变直径异型无缝钢管（代号为BJ）。异型无缝钢管广泛用于各种结构件、工具和机械零部件。和圆管相比，异型管一般都有较大的惯性矩和截面模数，有较大的抗弯抗扭能力，可以大大减轻结构重量，节约钢材。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。另外，还有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）、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）GB/T5035-1993（汽车半轴套管用无缝钢管）、APISPEC5CT-1999（套管和油管规范）等。2、制造工艺：热轧（挤压无缝钢管）：圆管坯f加热f穿孔f三辊斜轧、连轧或挤压f脱管f定径（或减径）f冷却f矫直f水压试验（或探伤）f标记f入库轧制无缝管的原料是圆管坯，圆管胚要经过切割机的切割加工成长度约为1米的坯料，并经传送带送到熔炉内加热。钢坯被送入熔炉内加热，温度大约为1200摄氏度。燃料为氢气或乙炔。炉内温度控制是关键性的问题.圆管坯出炉后要经过压力穿孔机进行穿空。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。挤压后要脱管定径。定径机通过锥形钻头高速旋转入钢胚打孔，形成钢管。钢管内径由定径机钻头的外径长度来确定。钢管经定径后，进入冷却塔中，通过喷水冷却，钢管经冷却后，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。2.冷拔（轧）无缝钢管：圆管坯f加热f穿孔f打头f退火f酸洗f涂油（镀铜）f多道次冷拔（冷轧）f坯管f热处理f矫直f水压试验（探伤）f标记f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，圆管坯经打空后，要打头，退火。退火后要用专门的酸性液体进行酸洗。酸洗后，涂油。然后紧接着是经过多道次冷拔（冷轧）再坯管，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。三、焊接钢管焊接钢管也称焊管，是用钢板或钢带经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发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。焊接钢管按焊缝的形式分为直缝焊管和螺旋焊管。直缝焊管生产工艺简单，生产效率高，成本低，发展较快。螺旋焊管的强度一般比直缝焊管高，能用较窄的坯料生产管径较大的焊管，还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。但是与相同长度的直缝管相比，焊缝长度增加30~100%，而且生产速度较低。因此，较小口径的焊管大都采用直缝焊，大口径焊管则大多采用螺旋焊。低压流体输送用焊接钢管(GB/T3092-1993)也称一般焊管，俗称黑管。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。钢管接壁厚分为普通钢管和加厚钢管；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。习惯上常用英寸表示，如11/2等。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。低压流体输送用镀锌焊接钢管(GB/T3091-1993)也称镀锌电焊钢管，俗称白管。是用于输送水、煤气、空气油及取暖蒸汽、暖水等一般较低压力流体或其他用途的热浸镀锌焊接(炉焊或电焊)钢管。钢管接壁厚分为普通镀锌钢管和加厚镀锌钢管；接管端形式分为不带螺纹镀锌钢管和带螺纹镀锌钢管。钢管的规格用公称口径(mm)表示，公称口径是内径的近似值。习惯上常用英寸表示，如11/2等。普通碳素钢电线套管(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保护电线的钢管。直缝电焊钢管(YB242-63)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。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，经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。主要用于输送石油、天然气的管线。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，采用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；经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，并可节省铺设管线的投资。主要用于铺设输送石油、天然气等的管线。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，采用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。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，采用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。9.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，采用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。四、钢塑复合管、大口径涂敷钢管钢塑复合管以热浸镀锌钢管作基体，经粉末熔融喷涂技术在内壁(需要时外壁亦可)涂敷塑料而成，性能优异。与镀锌管相比，具有抗腐蚀、不生锈、不积垢、光滑流畅、清洁无毒，使用寿命长等优点。据测试，钢塑复合管的使用寿命为镀锌管的三倍以上。与塑料管相比，具有机械强度高，耐压、耐热性好等优点。由于基体是钢管，所以不存在脆化、老化问题。可广泛应用于自来水、煤气、化工产品等流体输送及取暖工程，是镀锌管的升级换代产品。由于其安装使用方法与传统的镀锌管基本相同，管件形式也完全相同，而且能代替铝塑复合管在大口径自来水输送上发挥作用，深受用户欢迎，已成为管道市场最具竞争力的新产品之一。涂敷钢管是在大口径螺旋焊管和高频焊管基础上涂敷塑料而成，最大管口直径达1200mm，可根据不同的需要涂敷聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、环氧树脂（EPOXY）等各种不同性能的塑料涂层，附着力好，抗腐蚀性强，可耐强酸、强碱及其它化学腐蚀，无毒、不锈蚀、耐磨、耐冲击、耐渗透性强，管道表面光滑，不粘附任何物质，能降低输送时的阻力，提高流量及输送效率，减少输送压力损失。涂层中无溶剂，无可渗出物质，因而不会污染所输送的介质，从而保证流体的纯洁度和卫生性，在-40°C到+80弋范围，可冷热循环交替使用，不老化、不龟裂，因而可以在寒冷地带等苛刻的环境下使用。大口径涂敷钢管广泛应用于自来水、天然气、石油、化工、医药、通讯、电力、海洋等工程领域。我国管材及制管工业的发展趋势我国管材及制管工业正处于快速发展的大好时期，是朝阳工业。在当前的大好形势下，我们必须以市场为导向，既看到近期的需求，更要看到远期，避免盲目性，把资金、技术力量用在'刀刃上'，决不能一哄而上。我国的管道工业在近十年必定处于快速发展的时期，这是由以下三个因素决定的：、我国国民经济将会继续保持快速发展的势头，这是国内、外绝大多数经济专家所预测的；、在经济快速发展的进程中，就像所有的发达国家一样，我国必定会经历一场能源结构的改变，即以煤为主逐步转向以石油、天然气为主，而后者均是由管道运输的；、成品油运输方式的转变。我国早期成品油几乎全部用火车运输，除军用的'格拉'管线外，成品油管线几乎为零。从安全考虑及经济效益的趋动，相信未来十年管道输送将全部代替火车运送成品油。经济发达国家在七十年代已逐步取消火车运送成品油，在这些国家的油管道中，就长度而言，成品油管道远远超过原油管道。在管道的建设投资中，钢管大致可占到30-40％左右，由此看出在管材和制管行业的投资有可能获得较高的效益。但由另一方面看，由于人们愈来愈深的对HSE的关切，所以对管材和制管的质量要求愈来愈高，亦即对管道用钢管的可靠性要求越来越高。再者由于在一定范围的提高输送压力可节省投资、降低运输费用，所以输送压力，尤其对输气管线有逐渐提高的趋势，从而对管材的强度、冲击韧性等一系列指标的要求有所提高。此外由于油气田逐渐向高寒地区、海上以及高含硫等资源进展，这些也给管道钢管及管材提出了更高要求。由此看出，管材和制管行业机遇与挑战并存。我国冶金及制管业为我国管道工业的发展已做出了很大的贡献，但要充分满足未来的要求还需付出更大的努力，本文仅就此做进一步阐述。在我国未来管道工业的发展中，预计天然气管道所用的钢管重量约占油、气管道总钢管用量的70％以上，故在以下的论述中重点偏重在输气管线上。一、关于钢级管道介质的输送压力有逐渐增高的趋势，在输气管线上尤为明显。这是因为在一定范围内提高输送压力会增加经济效益，以输气管线为例，在输量不变的条件下，随着输送压力的提高气体的密度增加而流速减小，从而使摩阻下降。在一条输气管线的站间距内由进站到出战压力逐渐下降，而流速逐渐增加，随之摩阻也逐渐增加，故离进站口3／4长度消耗生出站压差的一半，而后1/4长度消耗另一半。输气管线与输油管线最大的差别是由进站到出站流速是逐渐增加的，这是介质的可压缩性造成的。而油基本上是不可压缩的，虽然输送压力沿管程逐步下降，但流速是不变的，摩阻也是前后相同的。由此看出对于输气管线压力的提高可使摩阻下降，而输送能耗下降。还应指出，输气管线的能耗远比输油为大，仅以西气东输管线为例，该管线输送压力p:10MPa，输量为120亿m3/年，管线长度为4000KM，粗略按经验估计能耗大致为12亿m3/年，而输量的。1/10作为沿途的能源消耗掉了。由于对降低能耗的关切，输送压力有逐步增加的趋势。早期我国四川省的天然气管线输送压力为2.5MPa，以后增加到4MPa，陕京线提升为6MPa，西气东输增至10MPa，国外经济发达国家近十气输气管线多选取12MPa。在输气管线上压比亦有逐渐下降的趋势。所谓压比指进站压力与出站压力之比，压比减少意味着全线均在较高的压力下运行，这样也可使能耗减小。早期压力多为1.6，后来降至1.4，近年国外有些输气管线取压比为1.25。当然，压比减小，压缩机站数要增加，从而投资会增加。对于管径、压力、压比均需进行优化计算和比选。当输量确定，通过优化确定管径、压力、压比以后，如选取较高压力而钢材强度等级太低，则会造成壁厚过大，这给制管、现场焊接以及运输等诸多环节带来困难，甚至难以实现。生产的需求促进了钢材等级的提高。API于1926年发布API5L标准，最初只包括A25、A、B三种钢级，最小屈服值分别为172、207、251MPa。API于1947年发布APl5LX标准，该标准中增加7X42，X46，X5