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连铸圆管坯低倍组织主要由3个区组成:靠外表层的等轴细晶区、像树枝状的晶体组成的柱状晶区、中心是粗大的的等轴晶区 

连铸圆坯的低倍组织缺陷对管坯的加工性能、力学性能和钢管质量产生很大的影响。常见的低倍组织缺陷有:管坯皮下气泡、疏松、缩孔、皮下裂纹、中心裂纹、组织偏析等。 

管坯的皮下气泡:存在连铸坯表面的附近,形态为椭圆形。一般认为钢水脱氧不足是管坯皮下气泡产生的主要原因。一般需要对保护渣、铁合金、钢包、中间包进行烘烤、注流采用保护浇注。对于要求更高的钢种,还要采用炉外精炼的方法对钢水进行脱气。存在皮下气泡的连铸圆管坯,在加热炉加热时气泡内表面会被氧化,轧后无法焊合就会形成钢管表面缺陷。 

管坯皮下裂纹:存在于连铸圆管坯的柱状晶区和表面细晶区过渡附近。距离管坯表面3~10 mm。只要此裂纹不贯通到外表面,就不会被氧化,在轧制压力的作用下会焊合。一般不会产生严重的表面质量。 

中间裂纹和中心裂纹:存在于连铸圆坯的柱状晶区,一般来讲中间裂纹的方向和柱状晶的方向是一致的。有研究表明,连铸管坯的中间裂纹和中心裂纹是造成无缝钢管内折的主要原因。穿孔时,管坯在轧辊和导向工具所组成的椭圆孔型中受到反复拉压应力的作用,其中间裂纹或中心裂纹得到扩张或氧化,产生钢管内折。连铸圆坯的中心裂纹或者中间裂纹扩张以后而形成的钢管内折,一般较深,常常会造成钢管废品。 

管坯的疏松与缩孔:存在于管坯中心部分的等轴晶区内。管坯疏松是因为铸坯在凝固过程中超前的晶粒作用,液态金属运动基于向凝固方向冷却产生收缩受到阻碍,或者由管坯液态部分下沉的晶粒妨碍铸坯的补缩形成。当疏松达到一定程度的时候,铸坯就会出现缩孔。其分布状态在管坯中不连续。分布密度比较均匀、弥散度较高的连铸管坯中心疏松,对斜轧穿孔过程不但没有危害,反而是有利的。北京科技大学朱景清教授通过实验已经证明该点。并且,在顶头鼻部前端有一个5 mm的金属带,此金属将开裂的管坯中心与顶头分开,从而避免了内折和裂纹的缺陷。 

管坯的偏析:包括组织偏析、成分偏析和结晶区域偏析等。存在穿晶的连铸管坯必须报废,不允许投放轧管。




焊接钢管因其焊接工艺不同而分为炉焊管、电焊(电阻焊)管和自动电弧焊管,因其焊接形式的不同分为直缝焊管和螺旋焊管两种,因其端部形状又分为圆形焊管和异型(方、扁等)焊管。
焊接钢管是由卷成管形的钢板以对缝或螺旋缝焊接而成,在制造方法上,又分为低压流体输送用焊接钢管、螺旋缝电焊钢管、直接卷焊钢管、电焊管等。无缝钢管可用于各种行业的液体气压管道和气体管道等。焊接管道可用于输水管道、煤气管道、暖气管道、电器管道等。

按材质

钢管按制管材质(即钢种)可分为:碳素管和合金管、不锈钢管等。
碳素管又可分为普通碳素钢管和优质碳素结构管。
合金管又可分为:低合金管、合金结构管、高合金管、高强度管。轴承管、耐热耐酸不锈管、精密合金(如可伐合金)管以及高温合金管等。

按连接方式分类

钢管按管端联接方式可分为:光管(管端不带螺纹)和车丝管(管端带有螺纹)。
车丝管又分为:普通车丝管和管端加厚车丝管。
加厚车丝管还可分为:外加厚(带外螺纹)、内加厚(带内螺纹)和内外加厚(带内外螺纹)等地车丝管。
车丝管若按螺纹型式也可分为:普通圆柱或圆锥螺纹和特殊螺纹等地车丝管。
另外,根据用户需要,车丝管一般均配有管接头交货。

按镀涂特征

钢管按表面镀涂特征可分为:黑管(不镀涂)和镀涂层管。
镀层管有镀锌管、镀铝管、镀铬管、渗铝管以及其他合金层得钢管。
涂层管有外涂层管、内涂层管、内外涂层管。通常采用的涂料有塑料、环氧树脂、煤焦油环氧树脂以及各种玻璃型的防腐涂层料。镀锌管又分为KBG管,JDG管,螺纹管等

按用途

1.管道用管。如:水、煤气管、蒸汽管道用无缝管、石油输送管、石油天然气干线用管。农业灌溉用水龙头带管和喷灌用管等。
2.热工设备用管。如一般锅炉用的沸水管、过热蒸汽管,机车锅炉用的过热管、大烟管、小烟管、拱砖管以及高温高压锅炉管等。
3.机械工业用管。如航空结构管(圆管、椭圆管、平椭圆管),汽车半轴管、车轴管、汽车拖拉机结构管、拖拉机的油冷却器用管、农机用方形管与矩形管、变压器用管以及轴承用管等。
4.石油地质钻探用管。如:石油钻探管、石油钻杆(方钻杆与六角钻杆)、钻挺、石油油管、石油套管及各种管接头、地质钻探管(岩心管、套管、主动钻杆、钻挺、按箍及销接头等)。
5.化学工业用管。如:石油裂化管,化工设备热交换器及管道用管、不锈耐酸管、化肥用高压管以及输送化工介质用管等。
6.其他各部门用管。如:容器用管(高压气瓶用管与一般容器管),仪表仪器用管、手表壳用管、注射针头及其医疗器械用管等。 [2] 

按断面形状

钢管产品的钢种与品种规格极为繁多,其性能要求也是各种各样的。所有这些应随着用户要求或工作条件的变化而加以区分。通常,钢管产品按断面形状、生产方法、制管材质、联接方式、镀涂特征与用途等进行分类。
钢管按横断面形状可分为:圆钢管和异形钢管。
异形钢管是指各种非圆环形断面的钢管。其中主要有:方形管、矩形管、椭圆管、平椭管、半圆管、六角形管、六角内圆管、不等边六角形管、等边三角形管、五角梅花管、八角形管,凸字形管、双凸形管。双凹形管、多凹形管、瓜子形管、扁形管、菱形管、星形管、平行四边形管、带肋管、滴状管、内翅片管、扭异管、B型管、D型管以及多层管等。
钢管按纵断面形状又分为:等断面钢管和变断面钢管。变断面(或变截面)钢管是指沿管长方向上的断面形状、内外直径及壁厚等发生周期性或非周期性变化的钢管。其主要有:外锥形管、内锥形管、外阶梯管、内阶梯管、周期断面管、波纹管、螺旋管、带散热片的钢管以及带复线的枪管等。




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任何破坏由轧辊、顶头、导板三者形成的变形区几何形状正确性的因素,都将使毛管壁厚不均加剧。 

(1)顶头。①顶头的形状设计,理想的顶头辗轧锥应与轧辊出口锥平行,如果按照传统的马特维也夫公式设计顶头,其顶头的辗轧锥与轧辊的出口锥是不平行的,金属在这样一个逐渐扩大的间隙内变形,势必造成管壁辗轧不充分而导致毛管壁厚不均,而且,随送进角的增大毛管壁厚不均更加严重;②由于顶杆的刚度不够,在穿孔过程中产生弯曲,使顶头不能保持对中位置,从而使穿出的毛管壁厚不均;③顶头的不均匀磨损或损坏。 

(2)导板。①导板距过大,在穿孔过程中是依靠导板的限制作用来保持穿孔中心线的,导板距大,顶头在上下位置变化大,使顶头不稳定,导致毛管壁厚不均。②上、下导板的不均匀磨损也会加剧壁厚不均程度。 

(3)轧辊。①轧辊中心线偏斜:在生产过程中,由于穿孔机两侧压下螺丝安装不正确,或由于螺纹和轴承磨损而使两辊间轴向发生水平偏斜,两个轧辊的送进角不一致使变形区发生畸变而导致壁厚不均。②大送进角下导致顶头与轧辊的辗轧锥更不平行。③轧辊转速不当也会影响壁厚精度。 

(4)管坯的定心和加热。定心孔偏心和加热不均匀(阴阳面)都将造成壁厚不均。 

(5)穿孔机的刚度、结构和调整。穿孔机的机身刚度不够,其上的锁紧机构不可靠;顶杆的定心装置调整不准确,运行不可靠和距离机身较远;轧制中心线的调整,一般采用低于轧机中线,其目的是提高轧件的稳定性,若调整过大,因轧制线下移后,变形区内工具之间的相对关系发生了非对称变化,也会影响毛管的壁厚不均。 




无缝管线管主要用于井口附近输送高压油气。随着硫化氢腐蚀问题的日益严重,抗硫无缝管线管的研制迫在眉睫,而抗硫性能的好坏是关键。探讨了影响抗氢致裂纹(HIC)性能的介质与材料因素,认为Cu、Ni的加入可以提高无缝管线管材料的HIC性能,降低钢中的S含量,经喷硅钙粉处理还可降低氢鼓泡的敏感性。

        随着石油和天然气开采的日益深入,开采条件复杂且处于含硫环境的油气井越来越多,硫化氢腐蚀问题非常尖锐。近年来,国内外对抗硫无缝管线管的需求不断增加。无缝管线管主要用于井口附近输送高压油气,是采用无缝管生产方式制造的没有焊缝的钢管。本文拟对抗硫无缝管线管的研制作一讨论。

1 试验方法
        根据ISO3183标准,采用浸入法,在实验室冶炼7炉1 t钢锭,经过锻造、穿孔、顶管及张减制造成管,在钢管上截取20 mm×100 mm×5 mm板厚或管厚试样,将其浸入按标准规定配置的溶液中,96 h后取出并垂直轧向取截面,用金相法计算3个参量(裂纹长度率CLR、裂纹厚度率CTR、开裂敏感率CSR),以此来比较抗氢致裂纹(HIC)敏感性。

2 影响HIC性能的因素

2.1 介质因素

1) pH值。大量的研究结果表明,在pH为1~6的范围内,氢鼓泡的敏感性随pH的增加而降低,当pH>6时,则不发生氢鼓泡[1]。
2) H2S浓度。硫化氢的浓度愈高,则氢鼓泡的敏感性愈大。
3) 氯离子。在pH 值为3.5~4.5 的范围内,Cl-的存在,使腐蚀速度增加,氢鼓泡的敏感性增加。
4) 温度。25℃时CLR ,氢鼓泡的敏感性 于25℃时,升温使腐蚀反应及氢扩散速度加快,从而氢鼓泡的敏感性增加。而高于25℃以后,由于H2S浓度的下降,反而使氢鼓泡的敏感性下降。
5) 时间。试验采用96 h作为对比,一般情况下随试验时间的增加,腐蚀程度趋向严重。

2.2 材料因素

2.2.1 化学成分的影响
在实验室冶炼了一轮根据不同级别设计的钢种,具体成分见表1,并对其进行HIC浸泡试验。从浸泡后的试样表面观察,B2、B6、B7的鼓泡面积明显多于B9、B10,裂纹敏感性指标结果见表2。从表2 可看出,B2、B6、B7 的抗HIC 性能明显劣于B9、B10。表1 中B2、B6、B7 钢种不含Cu、Ni,而B9、B10 钢种则含有Cu、Ni。由此可见,Cu、Ni 的加入,使腐蚀产物在钢的表面形成了保护膜,抑制了表面的腐蚀反应,从而降低氢的逸出,减少了氢从环境中进入钢的基体,降低氢鼓泡敏感性,增加了抗HIC 的性能,这与Oriani 的研究结果[2] 非常吻合,而且Oriani 还指出只有加入0.2 %的Ni 及大于0.2 %的Cu才能产生效果。



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