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管材加工工艺方法比较一、管材分类管材：用轧制、挤压、拉拔、铸造、焊接等方法生产圆形和多种异形断面中空材。(一)按用途分类：依据不一样用途，通常分为以下几大类：1. 管线管，流体和粒状固体输送管道；2. 热交换用管，经过管壁进行内外热交换，如锅炉管、化工用管等；3. 石油地质用管，如石油、天然气和地质钻采取管、石油钻井套管和油管等；4. 结构用管，制作多种机器零件、多种机械架体和构筑物件等；5. 其它，如电缆用管、高压容器用管等。(二)按管材外径和壁厚之比D/S分：有特厚管(D/S40)。(三)按生产方法分： 管材按生产方法可分为热轧无缝管、热挤压管、焊接管和冷加工管等。无缝钢管大全部由热轧方法生产，有色金属管和低塑性高合金管关键用热挤压生产。表1 多种工艺方法对比生产工艺说明产品尺寸适合钢种备注优缺点外径壁厚热轧将经过加热实体锭坯轧制成周围无接缝空心管体管材生产工艺1616002200碳钢、合金钢、高合金钢和部分有色无缝管热轧无缝管除作为成品管外还可作为冷拔、冷轧管管料。用热轧法生产无缝管占无缝管产量80%90%。工序简单，适应范围广，但生产出来管子质量不如冷加工管热挤压有色金属管和低塑性高合金管冷拔或冷轧在室温下用轧制和拉拔方法对管材进行冷加工，属于热轧管（包含热挤压管材）和焊接管深度加工冷拔法可生产直径0.2765和壁厚0.01550多种管材，冷轧法可生产直径4450和壁厚0.0335多种管材。适合于全部钢种，尤其是不锈钢能够得到尺寸精度高、表面粗糙度低、综协力学性能好管材和薄壁管材工序多，生产周期长、金属消耗较大，生产效率较低，管子质量较高。二、多种生产方法介绍(一)热轧管1介绍热轧无缝管是将经过加热实体锭坯轧制成周围无接缝空心管体管材生产工艺。用热轧方法能够生产碳钢、合金钢、高合金钢和部分有色无缝管，外径范围为161600，壁厚为2200。除圆断面管外还有多种异形断面管和变断面管。热轧无缝管除作为成品管外还可作为冷拔、冷轧管管料（见管材冷轧冷拔）。用热轧法生产无缝管占无缝管产量80%90%。热轧无缝管关键工序有管坯准备（包含切断和清理缺点）、定心、管坯穿孔、毛管轧制、荒管精轧等。石油地质管还要经过管端加工工序。在管坯穿孔工序中，因为穿孔方法不一样，穿孔分斜穿孔（见二辊斜轧穿孔和三辊斜轧穿孔）、菌式穿孔机穿孔、压力穿孔和推轧穿孔等。穿孔后毛管按轧管方法不一样分自动轧管机轧管、管材斜轧延伸、周期式轧管机轧管、连续轧管机轧管和顶管。荒管经过精轧得到多种热成品管。精轧方法包含管材均整、管材定径、管材减径和管材热扩径等。如需要取得尺寸精度高、表面粗糙度低、综协力学性能好管材和薄壁管材，则必需采取冷加工方法生产，管材冷加工有冷轧、冷拔、冷减径和冷旋压等。2现代热轧管工艺步骤：合格管坯测长称重穿孔延伸轧管定心（或没有）高压水除鳞穿孔延伸轧管定径再加热高压水除鳞张力减径冷却精整检验成品入库3基础工序：热轧管用管坯有铸锭、连铸坯、轧坯、锻坯和空心铸坯。热轧管基础工序是：.在穿孔机上将锭或坯穿成空心厚壁毛管。管坯穿孔方法又分二辊斜轧穿孔、压力穿孔、推轧穿孔、三辊斜轧穿孔等。.在延伸机上将毛管轧薄，延伸成为靠近成品管壁厚荒管。毛管延伸即毛管轧制方法有：自动轧管机轧管、连续轧管机轧管、三辊和二辊轧管机斜轧、周期式轧管机轧管、顶管机顶管。.荒管在精轧机上精轧成成品管。荒管精轧包含以改善质量为目标管材均整和管材定径和以扩大产品规格为目标管材减径和管材热扩径。4多种热轧管机组比较表2 多种热轧管机组比较机组名称特征产品尺寸/适合钢种备注外径壁厚碳钢低合金钢含铬9%钢不锈钢自动轧管机组1.产品范围广；2.生产效率中等；3.可生产低合金和部分不锈钢管；4.产品尺寸精度不高；5.使用原料为圆坯，采取推轧穿孔时用方坯。25660 (斜轧穿孔) 165440 (推轧穿孔)260 5.540.5大量生产大量生产能够生产不易生产生产小口径管设减径机；生产大口径管设二次穿孔机和扩径机连续轧管机组1.生产效率很高；2.管子内表面质量好；3.壁厚不均小；4.自动化程度高；5.使用圆坯或方坯；6.为大量发展机组。34168 (斜轧穿孔) 48426 (推轧穿孔)225 335大量生产大量生产能够生产极少生产带限动芯棒连续轧管机组得到了大量发展三辊斜轧管机组1.适合制造高精度管，生产效率低；2.内外表面质量好；3.壁厚不均小；4.采取特朗斯瓦轧机可生产较薄管，多为生产厚壁管。2124010(3)50大量生产大量生产能够生产能够生产多设纵轧减径机和斜轧定径机，采取毛管尾端预先减薄，可轧制D/S30薄壁管二辊斜轧机组1.适合生产高尺寸精度管；2.生产效率较低；3.管子内表面质量好；4.壁厚不均小；4.使用圆坯34219830大量生产大量生产能够生产能够生产有狄舍尔和改善型狄舍二辊轧机、拉力芯棒斜轧延伸机等周期式轧管机组1.适合制造大口径管；生产效率较低；2.能生产愤形管和长管；3.内表面质量很好；4.对管坯要求低，可使用钢锭直接轧成管165457 (700)5.680大量生产大量生产能够生产极少生产已少建设顶管机组1.通常见于制造中小直径管，有国家用于制造大直径管；2.生产效率较高；3.新使用方坯或圆坯；4.机组使用圆坯(CPE机组)斜轧穿孔17219 21010702.511 27198大量生产大量生产能够生产极少生产发展斜轧穿孔-延伸(CPE)机组(二)热挤压(资料较少)空心锭正向挤压时，因为被挤压金属同穿孔针之间存在摩擦力，降低了内层金属超前流动，金属流动比较均匀。另外，锭坯中心为穿孔针占据，不会产生挤压缩尾。在管材生产中，穿孔挤压仍存在较大不足，多适适用于挤压管坯毛料和挤压熔点较低合金管材，且只适适用于短锭、高温、慢速挤压工艺。(三)冷加工1介绍在冷轧冷拔机组上在室温下用轧制和拉拔方法对管材进行冷加工，属于热轧管（包含热挤压管材）和焊接管深度加工。它能够取得直径更小、壁厚更薄、尺寸精度更高、表面粗糙度更低和恨不能愈加好和多个断面形状管材。用冷拔法可生产直径0.2765和壁厚0.01550多种管材，用冷轧法可生产直径4450和壁厚0.0335多种管材。2基础工序依据金属加工性能、管材尺寸、质量要求和投资和效益来选择不一样加工方法及对应辅助工序，冷轧冷拔管基础工序有：.管料供给，所用管料为热轧成品管或半成品管、挤压管和焊接管；.管料，包含检验、打捆、酸洗、清洗、冲洗、中和、烘干、涂润滑剂等；.冷加工（冷轧或冷拔）；4.成品精整包含成品热处理、矫直、取样、切头尾、检验（人工检验和多种探伤）、水压试验、涂油、包装、入库等。不一样产品精整内容有所差异。3加工特点冷加工特点是管料从投入到加工成成品通常要经过数次冷并产生加工硬化，所以整个生产过程由多个准备工序和变形工序组成，且含有往复循环特点，所以工序多，生产周期长、金属消耗较大，生产效率较低，通常生产规模均不大。冷拔和冷轧相比较，冷轧优点是道次变形量大，加工道次少，生产周期短和金属消耗小。缺点是工具制造较多，变更规格不方便，生产灵活性差，设备投资高及维护较复杂；因为是周期轧制，轧制时间长，生产力较低，能耗高。冷拔优点是生产力较高，生产中变规格方便，灵活性大，设备和工具制造简单国；缺点是道次变形量小，加工道次多，生产周期长，金属消耗大。4管材冷拔常规方法：无芯棒拔管，用于只减小管子外径。不动短芯棒拔管，适适用于同时减小管子外径和壁厚；这种方法因为芯棒固定，且使用固定外模，摩擦阻力大，拔制力大，道次变形量小；优点是拔制方法简单，故被广泛应用。浮动芯棒拔管，常见于卷筒拔管，能生产很长管子（100m以上）。浮动芯棒拔制时拔制力较小，可提升道次变形量；因为不存在拉杆限制，可带芯棒拔制直径很小管子。长芯棒拔管，拔管时因为芯棒同管子一起运动，基础上消除了芯棒上摩擦阻力，所以可降低拔制力和增加道次变形量；芯棒运动还可降低管子内表面粗糙度；长芯棒拔管缺点是对芯棒要求严格，且拔后要脱棒。.扩径拔管，管子壁厚减小，直径增大，管长有些缩短；扩径拔管时，管子固定不动而拉杆带动芯棒从管内经过。以上是常规冷拔管方法，为了克服它们缺点，不停研究出以下部分拔管方法：圆锥芯棒拔管，同通常短芯棒相比拉打力小。半连续和连续拔管。多种直线式拔管机全部是间歇工作，拔完一根管后需要等候小车返回才能拔下一根管，所以研究出半连续和连续式拔管。(四)焊接管1介绍焊接管是将金属板带先冷弯成要求形状和尺寸，再以合适焊接方法焊合接缝而成。焊接管关键用于流体输送，常经镀锌。和无缝管相比，焊管壁厚均匀性好，表面粗糙度小，一样规格和钢种，焊管价格廉价。但焊管焊缝及其热影响区力学性能和其它物理性能比本体差，致使其使用范围受到一定限制，通常关键用作流输送管和结构管等。伴随焊接技术和焊缝热处理技术提升和采取焊管机后再加热和张力减径工艺，基础上消除了焊缝和热影响区性能差缺点并可扩大机组产品规格，现在焊接管已经部分替换无缝管，用作锅炉管和油井管等。焊管焊缝有直焊缝和螺旋焊缝两大类。2焊管关键工艺方法焊管按生产方法分有炉焊管、连续成形电焊管、UOE电焊管、辊式弯板电焊管、螺旋成形电焊管等。连续炉焊是将带坯在管坯连续加热炉中加热，使其边缘加热到焊接温度，然后出炉在辊式连连续成形机中成形、对接焊缝、压焊成管。关键用于生产低碳钢和低合金钢。连续电焊是将板带在正常情况下冷状态下先卷成要求形状和尺寸管筒，然后选择适宜电热源将管筒边缘加热到焊接温度，对接焊缝，施压力焊接成管。连续电焊焊接方法有：高频电焊、埋弧焊、惰性气体保护电弧焊(关键用于高合金钢和合金材料管)、直流电焊和方波电焊(关键用于小口径薄壁)、电子束焊和等离子焊(适适用于高熔点材料)等。非连续电焊关键用于大口径厚壁管生产。板、带坯用一定方法冷弯成管筒后，先在线用自动电焊或高频电阻焊预焊管缝定位，切成定长，再送往下工序用埋弧焊焊接内外焊缝-本焊。通常一条预焊线和多条本焊线组合，采取流水作业以保持高生产率。焊管关键生产方法和产品规格范围见表3。表3 焊管关键生产方法和产品规格范围类别生产方法基 本 工 序产品规格范围成 形焊 接外径/壁厚/直缝焊管连续炉焊机组 将带坯在管坯连续加热炉中加热，使其边缘加热到焊接温度，然后出炉在辊式连连续成形机中成形、焊接21.7114.21.98.6连续成形电焊机组辊式连续成形机高频电阻和感应焊惰性气体保护电弧焊12.75080.814.0连续排辊成形机高频电阻和感应焊、埋弧焊、惰性气体保护焊40012006.022.2履带式连续菜机高频电阻和感应焊、埋弧焊、惰性气体保护焊201500.53.5UOE电焊机组UO压力成形机埋弧焊、惰性气体保护焊40016256.040.0辊式弯板电焊机组辊式弯板成形机埋弧焊、惰性气体保护焊30040644.550.0螺旋焊管螺旋成形电焊机组连续螺旋成形机埋弧焊、惰性气体保护焊30036603.225.4三、管材变径工艺方法介绍 管材减径：在多机架减径机中对荒管进行不带芯棒连轧工序。管材减径目标在于减小管径、提升尺寸精度和扩大品种。管材减径分热减径和冷减径两种，热减径分带张力减径和不带张力减径两种。1管材冷减径室温下减小管材直径工序，其变形过程和热减径类似。冷减径基础特点是变形时轧件横截面稳定性好，不易出现轧折。2管材张力减径在多机架减径机中对空心荒管进行不带芯棒、带张力热连轧工序，目标是取得既减径又减壁成品管材。所以，在热轧管机组后设置张力减径机，既可提升产品产量又可扩大产品规格范围。张力减径总壁厚改变量在-30%+10%之间，这么完全能够用少数规格管坯，经过张力减径机生产规格众多管材。3管材无张力减径在多机架减径机中对空心荒管进行不带芯棒、不带张力连轧工序，目标是取得小直径长管材，以扩大产品规格和提升机组生产能力。无张力减径机和纵轧定径机(见管材定径)相同，但减径机机架数目多达1522架。管材热扩径：用斜轧法或拉拔法扩大管材直径一个荒管轧制工序，用于大直径薄壁管生产。尽管大型周期式轧管机组和顶管机组能够生产一部分大直径管，但其设备庞大，一次性投资高，且生产大直径薄壁管有一定困难。20世纪20年代末和30年代初，美国和德国研制出了辊式斜轧热扩管，德国又研制 拉拔热扩管机，并全部投入了工业生产。斜轧热扩径在斜轧扩管机上进行。其特点是一次变形量大、变形速度快、产量高，适于生产多种钢种大直径和尺寸精度较高中、薄壁厚无缝钢管；但机组设备庞大，投资高，且不能生产异形及变截面管。拉拔热扩径在热拉扩管机上进行。其特点是，扩管机既能热扩又能热拔，既能热扩圆管，也能拔异形及变截面管；拉拔扩管机设备重量轻，投资少，更换工具简便；但因拉拔扩管为自由变形，扩管产品表面缺点易暴露和扩大，壁厚精度和外径精度不高。