《压力管道用金属管材制造38309.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压力管道用金属管材制造38309.doc（71页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.第三章压力管道用金属管材第一节 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。近年来我国国无缝钢钢管生产产发展很快快，已经经成为世世界无缝缝钢管生生产第一一大国，国国内无缝缝管生产产企业约约300多家。目目前国内内部分企企业已具具有高水水平的无无缝钢管管制造技技术，并并拥有世世界先进进的钢管管制造设设备，无无缝钢管管国产化化率已接
2、接近90%，绝大大部分品品种、规规格国内内企业都都可自己己生产。其中热轧管产量约占中国无缝钢管总产量的80%，此外还有采用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
3、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、高耐腐蚀或特殊用途的高附加值无缝钢管品种还不能满足国内需求，大量依赖进口。一、 制造工艺无缝钢管是是采用热热加工方方法制造造的不带带焊缝的的钢管，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主要制造方法，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，在很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都是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，是很难在激
4、烈的市场竞争中占稳阵地的。采用电弧炉或转炉冶炼一LF炉外精炼一VD真空处理一全保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。采用上述工艺流程可以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。热轧生产设备主要有穿孔机、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常常用无缝缝钢管生生产方法法及适用用范围1穿孔。实心管管坯经检检查
5、合格格并清除除表面缺陷陷后，截截成所需需长度，在在管坯穿穿孔端端端面上定定心，然然后送往往加热炉炉加热到到一定温温度，在在穿孔机机上穿孔孔。在穿穿孔过程程中，管管坯不断断旋转和和前进，在在轧辊和和顶头的的作用下下，管坯坯内部逐逐渐形成成空腔，穿穿孔后的的管坯称称为毛管管，毛管再再送至自自动轧管管机上继继续轧制制，最后后经均整整机均整整壁厚，经经定径机机定径，达达到规格格要求。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主要有：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
6、力以及高温等交变作用下，顶头产生裂纹、大的变形等。2自动轧轧管机组组。把厚壁壁毛管轧轧成薄壁壁荒管。一一般经23道次，轧轧制到成成品壁厚厚，总延伸伸率约为为1.82.2。70年代以以来，用用单孔槽槽轧辊、双双机架串串列轧机机、双槽槽跟踪轧轧制和球球形顶头头等技术术，都提提高了生生产效率率，实现现了轧管管机械化化。特点点是在穿穿孔机上上实现主主要变形形，规格格变化较较灵活，生生产品种种范围较较广。由由于连续续轧管技技术的发发展，已已不再建建造1440mmm以下的的机组。3导盘轧轧管生产产机组。又称狄狄塞耳（Dieesseel）法。穿穿孔后带带长芯棒棒的毛管管在导盘盘轧管机机上轧成成薄壁管管材。轧
7、轧机类似似二辊斜斜轧穿孔孔机，只只是固定定导板改改成主动动导盘。由由于用长长芯棒生生产，管管材内壁壁光滑，且且无刮伤伤；但工工具费用用大，调调整复杂杂。主要要用于生生产外径径一五0mmm以下普普通用途途的碳素素钢管。目目前使用用较少，也也无很大大的发展展前景。4旋压管管生产机机组。将平板板或空心心毛坯在在旋压机机上经一一次或多多次旋压压加工成成薄壁管管材。管管子精度度高，机机械性能能好，尺尺寸范围围广，但但生产效效率低。主主要用于于生产有有色金属属管材，但但也越来来越多地地用于生生产钢管管。旋压压管材除除用于生生产生活活器具、化化工容器器和机器器零件外外，多用用于军事事工业。70年代，采采用强
8、力力旋压法法已能生生产管径径达60000mmm、直直径与壁壁厚之比比达100000以上的的大直径径极薄圆圆管和异异形管件件。5周期轧轧管生产产机组。以多边边形和圆圆形钢锭锭或连铸铸坯作原原料，加加热后经经水压穿穿孔成杯杯形毛坯坯，再经经二辊斜斜轧延伸伸机轧成成毛管，然后在在带有变变直径孔孔槽的周周期轧管管机上，轧辊转转一圈轧轧出一段段钢管（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。周期轧管机组应发展以
9、连铸圆坯为原料，采用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重，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。周期轧管机的辊缝控制较其他轧机困难。由于轧制时的冲击负荷作用，辊瓦磨损严重，因此辊缝在每轧1支钢管后均可能发生变化。所以，十分有必要在轧机出口侧实施过程壁厚控制，以保证钢管壁厚精度，减少壁厚偏移。为减少钢
10、管表面的麻面或麻坑，除控制加热参数外，还需对钢锭、延伸坯和荒管的表面进行除鳞。6连续轧轧管生产产机组。生产设设备由穿穿孔机、连连续轧管管机、张张力减径径机组成成，有全浮浮动芯棒棒连轧、半半浮动芯芯棒连轧轧和限动动芯棒连连轧等三三种形式式。圆坯穿穿成毛管管后插入入芯棒进进行连轧轧，再加加热后进进行张力力减径。这这种机组组的特点点是适于于生产外外径1668mmm以下钢钢管，设备投投资大，装机容容量大，芯棒长长达300m，加工制制造复杂杂。70年代后后期出现现的限动动芯棒连连续轧管管机（MPM），20003年又出出现了三三辊式连连轧管机机（PQFF），轧制制精度更更好。PPQF连轧管管机组前前台设备
11、备布置紧紧凑，大大量使用用了比例例阀控制制的行程程控制液液压缸，减少了了毛管横横移车的的使用，缩短了了毛管从从穿孔机机穿出至至连轧开开轧的时时间，最大限限度地减减少了毛毛管的温温度损失失。在设设备形式式及细节节设计上上实现了了减小毛毛管内、外外表面温温降的工工艺目的的，既保证证连轧管管机组的的开轧温温度稳定定，又不影影响轧制制节奏，使影响响质量控控制和控控制轧制制节奏的的一对矛矛盾得到到了有机机的结合合。PQF采用芯芯棒在主主轧线内内预穿的的方法，使预穿穿后的毛毛管在最最短的时时间内开开始轧制制，大大缩缩短了毛毛管内表表面与芯芯棒表面面的接触触时间，减小了了毛管温温降并使使毛管开开轧温度度均匀
12、，有效地地降低了了轧制载载荷以及及工具消消耗。PQF连轧管管机轧辊辊机架采采用三辊辊封闭式式孔型设设计，轧轧制过程程中金属属变形在在3个方向向上同时时受力，使金属属在同一一截面上上的变形形更加均均匀，并且3个轧辊辊呈1200角布置置，保证证了芯棒棒在孔型型中的更更好对中中，从而而使轧制制过程更更加平滑滑、稳定定。由于于采用三三辊孔型型设计，孔孔型的槽槽底部到到顶部的的孔型半半径变化化较小，故各点点间线速速度差也也较小，使使金属能能够在比比较稳定定的条件件下流动动。三辊辊孔型设设计使凸凸缘区（辊缝处处）较小，约比二二辊减少少30%，这使得得金属在在整个变变形区内内的不均均匀变形形大大减减小。由由
13、于上述述原因，使得连连轧管机机轧制过过程中管管材的裂裂孔、拉拉凹缺陷陷明显得得到改善善。三辊辊几何形形状可以以在相同同芯棒下下有更大大的调节节范围，且无大大的公差差影响。这这样一种种规格的的芯棒可可轧制的的壁厚范范围增大大，大大减减少了芯芯棒的规规格数量量（减少50%）及工具具更换频频率，生产组组织更加加灵活。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发展水平，所轧制的钢管壁厚精度和生产效率高，并且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特殊优势。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
14、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无无缝钢管管热轧生生产工艺艺流程7若欲获获得尺寸寸更小和和质量更更好的无无缝管，必必须采用用冷轧、冷冷拔或者者两者联联合的方方法。冷冷轧、冷冷拔管生生产：用于生生产小口口径薄壁壁、精密密和异形形管材。生生产特点点是多工工序循环环工艺。用用周期式式冷轧管管机冷轧轧，其延伸伸率可达达68（图6）。60年代开开始向高高速、多多线、长长行程、长长管坯方方向发展展。此外外，小辊辊式冷轧轧管机也也得到发发展。主主要用于于生产壁壁厚小于于1mmm极薄精精密管材材，冷轧轧设备复复杂，工工具加工工困难，品品种规格格
15、变换不不灵活；通常采采用冷轧轧、冷拔拔联合工工艺，即即先以冷冷轧减壁壁，获得得大变形形量，然然后以冷冷拔获得得多种规规格。冷轧无缝钢钢管是一一种生产产的高精精度金属属无缝管管材，生生产工艺艺流程：圆管坯坯加热热穿孔孔打头头退火火酸洗洗涂油油多道道次冷拔拔（冷轧轧）坯坯管热热处理矫直水压试试验无无损探伤伤标记记入库库。冷拔生产工工艺流程程：管坯坯检验验剥皮皮检验验加热热穿孔孔酸洗洗修磨磨润滑滑风干焊头冷拔固溶处处理酸酸洗酸酸洗钝化化检验验（冷冷拔去去油切切头风风干内内抛光外抛光光）水水压试验验无损损检测标识入库。8挤压管管生产。将加热热好的管管坯放在在密闭的的挤压筒筒内，穿穿孔棒与与挤压杆杆一起
16、运运动，使使挤压件件从较小小的模孔孔中挤出出，此法法可生产产直径较较小的钢钢管，挤挤压管生生产流程程见图3-22。与热轧无缝缝钢管相相比，冷冷轧、冷冷拔和挤挤压方法法生产的的无缝钢钢管尺寸寸精度高高、表面面光滑和和表面硬硬度高等等优点，但但其生产产工艺造造成加强强了材料料的各向向异性，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影响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原因主要是管坯前处理不合格。例如：酸洗不彻底，没除掉管坯表面的氧化皮、黄锈与污
17、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挤挤压管生生产流程程二、 产品种类及及验收标标准无缝钢管按按材质有有普通碳碳素结构构钢、低低合金结结构钢、优优质碳素素结构钢钢、合金金结构钢钢和不锈锈钢等种种类。无无缝钢管管的用途途非常广广泛，不不同用途途的无缝缝钢管质质量要求求不同，相相应的产产品标准准也不同同，必须须根据用用途确定定适用的的标准。高高压锅炉炉用无缝缝钢管通通常处于于高温和和高压环环境中工工作，要要求钢管管具有高高的持久久强度、抗抗氧
18、化性性能和良良好的组组织稳定定性，保保证化学学成分和和机械性性能，逐逐根进行行水压试试验和扩扩口、压压扁等工工艺性能能试验。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。石油裂化管主要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，根据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
19、产品标准见表1。表3-1常常用无缝缝钢管类类型及相相应的产产品标准准序号标准名称标准代号产品用途、种种类1输送流体用用无缝钢钢管GB/T881633-19999用于工程及及大型设设备上的的输送流流体管道道。2低中压锅炉炉用无缝缝钢管GB30887-119999主要用于工工业和生生活锅炉炉输送低低中压流流体管道道。3高压锅炉用用无缝钢钢管GB53110-119955主要用于高高压的蒸蒸汽锅炉炉及管道道4船舶用碳钢钢、碳锰锰钢无缝缝钢管GB/T553122-19999制造船舶II级耐压压管系、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
20、温度超过450。5高压化肥设设备用无无缝钢管管GB14779-220000主要用于化化肥设备备上输送送高温高高压流体体管道6石油裂化用用无缝钢钢管GB99448-888适用于石油油精炼厂厂的炉管管、热交交换器和和管道无无缝钢管管。7地质钻探用用钢管YB2355-700供地质部门门进行岩岩心钻探探使用的的钢管，按按用途可可分为钻钻杆、钻钻铤、岩岩心管、套套管和沉沉淀管等等。8金刚石岩芯芯钻探用用无缝钢钢管GB34223-882用于金刚石石岩芯钻钻探的钻钻杆、岩岩心杆、套套管的无无缝钢管管。9柴油机用高高压油管管GB30993-220022是制造柴油油机喷射射系统高高压管用用的冷拔拔无缝钢钢管。1
21、0液压和气动动缸筒用用精密内内径无缝缝钢管GB87一一三-888制造液压和和气动缸缸筒用的的具有精精密内径径尺寸的的冷拔或或冷轧精精密无缝缝钢管。11冷拔或冷轧轧精密无无缝钢管管GB36339-220000用于机械结结构、液液压设备备的尺寸寸精度高高和表面面光洁度度好的冷冷拔或冷冷轧精密密无缝钢钢管。12结构用不锈锈钢无缝缝钢管GB/T1149775-220022广泛用于化化工、石石油、轻轻纺、医医疗、食食品、机机械等工工业的耐耐腐蚀管管道和结结构件及及零件的的不锈钢钢制成的的热轧挤挤、扩和和冷拔轧轧无缝钢钢管。一三流体输送用用不锈钢钢无缝钢钢管GB/T1149776-220022用于输送流流
22、体的不不锈钢制制成的热热轧挤、扩扩和冷拔拔轧无缝缝钢管。14结构用无缝缝钢管GB/T881622-19999用于一般结结构和机机械结构构的无缝缝钢管。一五气瓶用无缝缝钢管GB一八2248-20000主要用于制制作各种种燃气、液液压气瓶瓶。16锅炉、热交交换器用用不锈钢钢无缝钢钢管GB一三2296-19991主要用于化化工企业业的锅炉炉、过热热器、热热交换器器、冷凝凝器、催催化管等等。用的的耐高温温、高压压、耐腐腐蚀的钢钢管。17套管和油管管规范APISPPEC55CT-20003用于石油工工业套管管和油管管的无缝缝钢管。一八石油天然气气工业油油气井套套管或油油管用钢钢管GBT1998300-2
23、000519管线管规范范APISPPEC55L-220000用于石油天天然气输输送的无无缝钢管管。20石油天然气气工业输输送钢管管交货技技术条件件GB/T99711121低温管道用用无缝钢钢管GBT一八八9844-20003适用于-445级-1100级低温温压力容容器管道道以及低低温热交交换器管管道用无无缝钢管管。三、 质量检验和和控制为了保证无无缝钢管管产品质质量，对对进厂原原料、生生产过程程中的半半成品和和出厂前前无缝钢钢管成品品必须根根据质量量管理体体系和适适用标准准进行检检验。1表面质质量检验验外观质量：钢管内内外表面面不得有有裂缝、折折叠、轧轧折、离离层和结结疤等缺缺陷存在在，如有有
24、则应完全清清楚掉，切切清楚后后钢管的的壁厚和和外径不不得超差差。外观观质量应应在充分分照明的的条件下下逐根目目视检查查。2化学成成分检验验及组织织分析化学成分是是关系钢钢材质量量和最终终使用性性能的重重要因素素之一，也也是确定定钢材最最终产品品热处理理工艺的的主要依依据，必必须保证证钢管产产品满足足相关标标准或订订货技术术协议要要求。化化学成分分检验包包括钢坯坯熔炼成成分检验验和成品品化学成成分检验验，从试试样上按按规定方方法（GB/T2222）钻取取或刨取取样屑，按按规定方方法（GB/T2223）进行行检验。对某些用途的无缝钢管来说，组织的类型、夹杂物形貌及大小和晶粒度是其性能的重要影响因素
25、，金相分析的结果可对钢管的生产工艺（如热处理工艺）质量进行大致的判断，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，因此金相分析也是控制无缝钢管质量重要的技术方法。组织脱碳形貌如图34所示。3力学性性能检验验力学性能是是保证钢钢材最终终使用性性能的主主要指标标，主要要包括：拉伸性能：抗拉强强度、屈屈服强度度、伸长长率、断断面收缩缩率，及及根据用用户要求求的高温温、低温温性能。硬度：根据据试验方方法和使使用范围围，钢管管常用的的有布氏氏、洛氏氏和维氏氏硬度三三种。冲击韧性：表征材材料抵抗抗断裂能能力的指指标，根根据试验验温度有有低温、室室温和高高温冲击击试验，根根据
26、试样样类型有有V型和U型两种种缺口试试样。材材料韧性性不足在在使用中中可能造造成严重重事故，如如图35所示，钢钢管韧性性不足，在在内压作作用下发发生爆破破，断裂裂为几块块，落锤试验（DWTTT）：高高压高强强度输送送管还要要求进行行落锤试试验，有有室温和和低温两两种。图34钢钢管外壁壁组织脱脱碳图35材料韧韧性不足足的爆破形形貌4工艺性性能试验验静水压试验验：对承承受流体体压力的的钢管都都要进行行液压试试验以检检验其耐耐压能力力和产品品质量，在在规定的的压力下下不得发发生泄漏漏或过度度膨胀。根据不同标标准要求求，工艺艺检验还还有卷边边试验、扩扩口试验验和压扁扁试验。5无损检检测根据相关标标准要
27、求求，对无无缝钢管管产品必必须进行行一种或或多种形形式的无无损探伤伤。常用用无损探探伤方法法有：涡涡流探伤伤、漏磁磁探伤、超超声探伤伤。6耐腐蚀蚀试验根据相关标标准要求求，特定定标准或或特殊用用途钢管管应进行行硫化氢氢、二氧氧化碳、氯氯离子等等的耐腐蚀蚀试验，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几何尺尺寸标准中规定定了每种种规格钢钢管的外外径、壁壁厚及长长度等名名义尺寸寸和尺寸寸公差，钢钢管的实实际尺寸寸必须在在允许范范围内。另另外还有有直度、椭椭圆度等等要求。四、 使用状况我国无缝钢钢管消费费量逐年年增加，现现在已达达每年10000多万
28、吨吨，其中中作为油油井管使使用的无无缝钢管管占据近近五分之之一。油井管管是在端端部加工工了连接接螺纹的的钢管，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、性能对石油工业的发展关系重大，与油、气井的安全可靠性和使用寿命密切相关，对石油工业采用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
29、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特殊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，国内市场上已出现一五0和一五5超高钢级油井管，主要供塔里木油田使用。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、同壁厚的普通套管抗挤强度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
30、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-很高的使用环境中，需要采用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，随随着冶金金和轧制制技术的的提高，油井管生产质量也在逐渐提高，主要体现在：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；
31、螺纹加工控制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；特殊非API油井管的制造技术发展迅速，已成为油井管的核心技术，包括特殊钢级、特殊螺纹和特种功能管材。其中特殊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多种有专利权的特殊螺纹油、套管接头和钻杆接头。1统计多多年来的的应用实实践，油油井管的的主要失失效形式式有：（1） 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
32、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螺螺纹配合合不佳导导致粘扣扣（2） 滑脱/断裂裂。在较较高拉伸伸载荷或或疲劳作作用下，连连接螺纹纹径向位位移太大大或管体体最大拉拉伸应力力超过抗抗拉强度度时，会会发生滑滑脱或断断裂。因因为在大大端啮合合螺纹处处应力最最大，断断裂往往往发生在在大端啮啮合螺纹纹处。滑滑脱/断裂失失效与油油井管螺螺纹及几几何参数数、材料料性能、制制造缺陷
33、陷和所受受载荷相相关。图37油油井管滑滑脱/断裂典典型形貌貌（3） 刺扣及泄漏漏。钻柱柱在钻进进过程中中受拉伸伸、扭转转、弯曲曲和各种种振动载载荷作用用，可能能造成密密封失效效，使得得高压流流体沿着着螺纹间间隙从管管内流出出，引起起刺扣。对对油管和和套管而而言，由由于连接接螺纹在在内压作作用下产产生了流流体通道道，将发发生的内内压介质质泄漏，尤尤其是内内压介质质为气体体时更易易发生泄泄漏。刺刺扣及泄泄漏与油油井管几几何参数数、材料料性能、所所受载荷荷、制造造缺陷和和操作过过程相关关。（4） 刺穿。钻具具在钻井井过程中中，由于于疲劳、腐腐蚀或制制造缺陷陷而产生生微裂纹纹，在内内压作用用下发生生的
34、内压压介质泄泄漏，并并使得裂裂纹迅速速增加。图38螺螺纹刺扣/刺穿及泄泄漏典型型形貌（5） 爆破。由于于内压载载荷超过过油井管管的承载载能力，或或制造缺缺陷使得得管体内内部应力力集中，或或腐蚀介介质作用用发生应应力脆断断，油井井管将发发生爆破破失效。钢管爆破后形貌如图35和图39所示。（6） 外压挤毁。油油井管在在较大的的外压载载荷作用用下发生生的管壁壁凹陷失失效。油油井管的的抗挤毁毁能力与与管体不不圆度、壁壁厚不均均度、材材料性能能和加工工制造过过程相关关。钢管管挤毁典典型形貌貌如图310所示。图39内内压爆破破典型形形貌图3100外压挤挤毁典型型形貌（7） 易导致失效效的载荷荷类型。除除油
35、井管管本身制制造缺陷陷及材料料性能外外，腐蚀蚀介质、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。（8） 油井管失效效特点。钻钻具失效效显著特特点，就就是探井井、新区区块钻具具断裂事事故率远远大于开开发井、老老区块；套管失失效情况况严重，分分布广，数数量大，腐腐蚀问题题日益突突出；几几乎所有有油田都都存在油油井管腐腐蚀问题题；油井井管失效效造成的的经济损损失严重重，每年年因管材材失效损损失达几几十亿元元，钻柱柱或套管管柱损坏坏有时会会导致油油井报废废，安全全事故责责任重大大，油井井管失效效严重时时可导
36、致致重大安安全事故故，将产产生不良良的社会会影响。2国内油油井管制制造状况况。国内油井管管生产无无论是技技术装备备、制造造水平，还还是生产产数量、生生产品种种等都发发展迅速速，并取取得了长长足的进进步，有有的方面面已经达达到或接接近世界界先进水水平，不不但自给给率达到到85%以上，而而且出口口40多个国国家和地地区，国国际市场场在中国国的采购购量逐年年增长，一一跃成为为生产大大国。但但存在低低端产品品多、高高端产品品少的品品种不合合理问题题，尤其其是高附附加值的的特殊用用途产品品无论产产量还是是质量和和国外还还有一定定的差距距。骨干干生产企企业均获获得API会标使使用权、ISOO90002质量
37、体体系认证证以及ISOO140000环境管管理体系系认证，质质量保证证体系逐逐步健全全，质量量总体呈呈上升趋趋势，抽抽检和商商检检验验合格率率保持在在较高水水平。但但不同企企业产品品质量差差异很大大，尤其其是实物物性能和和标准未未明确的的性能参参数等方方面，质质量稳定定性还须须提高，油油、套管管使用过过程中发发生粘扣扣事故，新新钻杆在在多个油油田发生生一口井井没打完完就发生生多次刺刺穿或断断裂事故故。由于于近年来来市场较较好，原原材料供供应紧张张，致使使一些不不具备技技术要求求的原材材料进入入市场，如如采用普普通45#钢、普普通无缝缝管（热热轧或冷冷拔）、普普通焊接接钢管等等生产油油井管；部分
38、产产品连基基本的材材料力学学性能都都达不到到要求，一一些产品品的外观观质量和和几何尺尺寸精度度也存在在许多缺缺陷，如如表面有有裂缝、折折叠、轧轧折、离离层、发发纹及结疤、组组织脱碳碳等缺陷陷存在，外径不不圆度、壁壁厚不均均度超差差等。由于受受装备和和工艺技技术的限限制，许许多油井井管关键键部位的的关键生生产技术术还不过过关或不不稳定，如如螺纹加加工、钻钻杆内加加厚、轧轧管、焊焊接等技技术；对对油井管管使用性性能和寿寿命均影影响较大大的化学学成分、金金相组织织、冲击击韧性、耐耐腐蚀性性、实物物性能等等指标也也存在不不符合标标准要求求的问题题，如抗抗硫管的的硫、磷磷含量超超标，晶晶粒度粗粗大，夹夹
39、杂物偏偏大，材材料韧性性偏低，螺螺纹参数数不稳定定或超标标，油井井管抗拉拉强度低低等。驻厂检验被被认为是是油井管管行之有有效的质质量控制制方法，国国外已经经形成一一种惯例例。对于于一些新新产品和和特殊产产品的性性能进行行评价作作是保证订货货和管材材选用安全全的重要要依据，重重点是全全尺寸实实物性能能和耐腐腐蚀性能能评价。性性能评价价不同于于一般的的检验，检检验是依依据标准准对产品品符合性性的判定定，评价价除产品品符合性性检验外外，还包包括对产产品设计计合理性性、标准准的科学学性以及及产品的的适用性性等进行行判定。第二节 螺旋焊缝和和直缝埋埋弧焊钢钢管焊接钢管也也称焊管管，是用用钢板或或钢带经经
40、过卷曲曲成型后后焊接制制成的钢钢管。焊焊接钢管管生产工工艺简单单，生产产效率高高，品种种规格多多，设备备资少，但但一般强强度可靠靠性低于于无缝钢钢管。20世纪30年代以以来，随随着优质质带钢连连轧生产产的迅速速发展以以及焊接接和检验验技术的的进步，焊焊缝质量量不断提提高，焊焊接钢管管的品种种规格日日益增多多，并在在越来越越多的领领域代替替了无缝缝钢管。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
41、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。焊接钢管按按焊缝的的形式分分为直缝缝焊管和和螺旋焊焊管，焊焊接方法法有埋弧弧自动焊和和电阻自自动焊。埋弧弧自动焊焊是19440年发明明的，连连续送进进的焊丝丝在可熔熔化的颗颗粒状的的焊剂覆覆盖下引引燃电弧弧，使焊焊丝、母母材和焊焊剂的一一部分熔熔化和蒸蒸发构成成一个空空腔，电电弧是在在
42、空腔里里面稳定定燃烧的的焊接方方法，所所以把它它称之为为埋弧自自动焊。埋埋弧自动动焊采用用渣保护护，但是是这个渣渣不是焊焊条的药药皮，是是专门熔熔炼出来来的焊药药，由一个个漏斗装装的焊药药通过一一个管道道输送到到要焊接接的前面面。焊接接不采用用焊条，而是采用焊丝，用送焊丝的装置和焊丝盘，可以连续地送给焊丝。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，电弧上基本没有热的辐射散失，飞溅也少，虽然用于熔
43、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，熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以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。目前较小口口径的焊焊管大都都采用直直缝焊，大大口径焊焊管则大大多采用用螺旋焊焊，实际际工程中中还需要要考虑多多种因素素，如：（1）调峰要要求很高高的管道道，由于用用户的用用气量很很不均匀匀，管道压压力波动动频繁，钢管承承受的交交变应力力很大，管材中中的缺陷陷可能会会发生疲疲劳扩展展。（2）管道穿穿越地震震断裂带带或通过过局部高高烈
44、度地地震区域域，由于这这些地段段的地质质活动频频繁，会对管管道产生生纵向或或轴向的的交变应应力。在在长期的的应力作作用下，螺旋焊焊缝钢管管发生事事故的几几率高于于直缝埋埋弧焊钢钢管。（3）对内、外外防腐层层要求很很高的管管道，应采用用直缝埋埋弧焊钢钢管。螺螺旋埋弧弧焊钢管管焊道多多，焊缝余余高一般般比直缝缝埋弧焊焊钢管高高，在对钢钢管进行行内、外外防腐时时，防腐材材料与裸裸管的结结合度不不如直缝缝埋弧焊焊钢管紧紧密，防腐效效果也没没有直缝缝埋弧焊焊钢管好好。（4）对于重重要的穿穿跨越工工程，由于日日后的维维护管理理都比一一般线路路段困难难，应使用用直缝埋埋弧焊钢钢管。（5）对于管管道薄弱弱环节
45、，如热煨煨弯头由由于方向向改变，其所承承受的内内外力比比一般线线路直管管段要大大，残余应应力不容容易消除除，采用直直缝埋弧弧焊钢管管较好。一、产品种种类及验验收标准准焊接钢管在在建筑、机机械、冶冶金、石石油天然然气、煤煤炭、化化工、轻轻工、农农业、交交通和电电力等行行业得到到了广泛应应用，种种类繁多多，主要要有：1.低压流流体输送送用焊接接钢管（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
46、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别做了标注，未标注的同时适用于电阻焊钢管和埋弧焊钢管。2.石油天天然气工工业输钢钢管交货货技术条条件（第第一部分分A级钢管管）（GGB/TT97111.11-19997）适用于于石油天天然气工工业输送送可燃性性流体和和非可燃燃性流体体的非合合金和合合金无缝缝钢管及及焊接钢钢管的交交货技术术条件。3.石油天天然气工工业输钢钢管交货货技术条条件（第第一部分分B级钢管管）（GGB/TT97111.22-19997）适适用于石石油天然然气工业业输送可可燃性流流体的非非合金
47、和和合金无无缝钢管管及焊接接钢管的的交货技技术条件件，指标标要求总总体上高高于GBB/T997111.1。4.普通碳碳素钢电电线套管管（GB336400-888）是工工业与民民用建筑筑、安装装机器设设备等电电气安装装工程中中用于保保护电线线的普通通碳素钢钢焊接钢钢管。5.直缝电电焊钢管管（GB/T一三7933-19992）是焊焊缝与钢钢管纵向向平行的的钢管。通通常分为为公制电电焊钢管管、电焊焊薄壁管管、变压压器冷却却油管等等等。6.承压流流体输送送用螺旋旋缝埋弧弧焊钢管管（SY550366-833）是以以热轧钢钢带卷作作管坯，经经常温螺螺旋成型型，用双双面埋弧弧焊法焊焊接，用用于承压压流体输输
48、送的螺螺旋缝钢钢管。钢钢管承压压能力强强，焊接接性能好好，经过过各种严严格的科科学检验验和测试试，使用用安全可可靠。钢钢管口径径大，输输送效率率高，并并可节约约铺设管管线的投投资。主主要用于于输送石石油、天天然气的的管线。7.承压流流体输送送用螺旋旋缝高频频焊钢管管（SY550388-833）是以以热轧钢钢带卷作作管坯，经经常温螺螺旋成型型，采用用高频搭搭接焊法法焊接的的，用于于承压流流体输送送的螺旋旋缝高频频焊钢管管。钢管管承压能能力强，塑塑性好，便便于焊接接和加工工成型；经过各各种严格格和科学学检验和和测试，使使用安全全可靠，钢钢管口径径大，输输送效率率高，并并可节省省铺设管管线的投投资。主主要用于于铺设输输送石油油、天然然气等的的管线。8.一般低低压流体体输送用用螺旋缝缝埋弧焊焊钢管（SY550377-833）是以以热轧钢钢带卷作作管坯，经经常温螺螺旋成型型，采用用双面自自动埋弧弧焊或单单面焊法法制成的的用于水水、煤气气