鋼管是用途廣泛的長空心管。鋼管的生產方法主要有兩種,分別製成焊接鋼管和無縫鋼管。兩種方法都首先將鋼材鑄造成便於加工的初始形狀,然後透過拉伸鋼材製成無縫鋼管,或透過焊接將邊緣壓合密封。鋼管的生產方法最早出現於19世紀初,並不斷發展演變,最終形成了我們今天使用的現代工藝。每年,鋼管的產量高達數百萬噸。其用途廣泛,使其成為鋼鐵業最常使用的產品。
歷史
人類使用管道已有數千年歷史。或許最早使用管道的是古代的農耕者,他們將溪流和河流的水引到田間灌溉。考古證據表明,早在西元前2000年,中國人就已使用蘆葦管將水輸送到所需之處。其他古代文明也曾使用過陶土管。西元1世紀,歐洲出現了第一批鉛管。在熱帶國家,人們會使用竹管輸水。殖民時期的美國人也使用木材進行類似的輸水作業。 1652年,波士頓建造了第一座自來水廠,使用的是空心原木。


焊接管的成型方法是將鋼帶通過一系列帶有槽輥軋製成圓形。接下來,未焊接的管子經過焊接電極。這些裝置將管子的兩端密封在一起。
早在1840年,鐵匠就已經能夠生產無縫鋼管。其中一種方法是在實心圓鋼坯上鑽孔,然後將鋼坯加熱,並透過一系列模具拉伸成型。這種方法效率低下,因為很難在中心鑽孔,導致鋼管厚度不均,一側比另一側厚。 1888年,一種改進的方法獲得了專利。在這種方法中,實心鋼坯被澆鑄在耐火磚芯上,冷卻後取出磚芯,在中心留下孔洞。此後,新的軋製技術取代了這些方法。
設計
鋼管有兩種類型:無縫鋼管和沿長度方向有一條焊接縫的鋼管。兩者用途不同。無縫鋼管通常更輕,壁更薄,常用於自行車和液體輸送。焊接鋼管更重、更堅固,管徑更均勻,通常也更直,常用於氣體輸送、電線管道和水暖管道等。一般來說,焊接鋼管適用於管道承受壓力較小的場合。
原料
管道生產的主要原料是鋼。鋼主要由鐵組成。合金中可能含有的其他金屬包括鋁、錳、鈦、鎢、釩和鋯。生產過程中有時會使用一些表面處理材料,例如油漆。
無縫鋼管的生產過程是將實心鋼坯加熱成型為圓柱形,然後軋製至拉伸並中空。由於中空部分形狀不規則,因此在軋製過程中,需要用子彈形穿刺器從鋼坯中心穿出。如果鋼管表面有塗層,則需要進行額外的處理。通常,在生產線的末端,會在鋼管上塗抹少量油,以保護鋼管。雖然硫酸並非最終產品的組成部分,但在生產過程中,會使用硫酸來清潔鋼管。
製造過程
鋼管的生產過程有兩種。兩種製程的整體生產過程都包含三個步驟。首先,將鋼材加工成更容易加工的形狀。其次,在連續或半連續生產線上成型鋼管。最後,對鋼管進行切割和加工,以滿足客戶的需求。一些鋼管製造商會使用管材雷射切割機將管材預先切割或掏空,以提高管材的競爭力
無縫鋼管的生產過程是將實心鋼坯加熱成型為圓柱形,然後軋製至拉伸並中空。由於中空部分形狀不規則,因此在軋製過程中,需要用子彈形穿刺器從鋼坯中心穿出。
錠塊生產
1. 煉鋼的方法是將鐵礦石和焦炭(一種富含碳的物質,是煤在缺氧條件下加熱產生的)在熔爐中熔化,然後向液態鋼中通入氧氣以去除大部分碳。之後,將熔化的鋼水澆注到大型厚壁鐵模中,冷卻後製成鋼錠。
2. 為了形成板材、薄板等扁平產品或棒材、桿材等長條產品,鋼錠在巨大的壓力下被置於大型輥筒之間成型。生產鋼坯和板坯
3. 為了生產鋼錠,鋼錠會通過兩組疊放的帶槽鋼輥。這類輥子稱為「兩輥軋機」。在某些情況下,會使用三台輥子。輥子的安裝方式是使它們的槽口重合,並沿相反方向運動。這種運動使鋼材被擠壓和拉伸成更細更長的鋼錠。當操作員反轉輥子時,鋼材會被拉回,使其變得更細且更長。這個過程會重複進行,直到鋼材達到所需的形狀。在此過程中,被稱為機械手的機器會翻轉鋼材,以確保每一面都得到均勻的加工。
4. 鋼錠也可以軋製成板坯,其工藝與鋼坯軋製工藝類似。鋼材透過一對疊放的輥筒進行拉伸。此外,側面還安裝有滾筒筒來控制板坯的寬度。當鋼材達到所需的形狀後,切除不規則的端部,並將板坯或鋼坯切割成較短的鋼段。後續加工
5. 鋼坯在製成管材之前通常需要進一步加工。鋼坯透過軋製裝置軋製成坯料,使其更長更窄。坯料由稱為飛剪的裝置切割。飛剪是一對同步的剪刀,與移動的坯料高速移動並進行切割。這樣可以在不中斷生產過程的情況下有效率地切割。這些坯料被堆疊起來,最終製成無縫管。
6. 鋼坯也需要進行二次加工。為了使其具有延展性,首先要將其加熱至 2200°F (1204°C)。這會在鋼坯表面形成一層氧化膜。這層氧化膜會用除垢器和高壓水槍去除。然後,鋼坯會被送入熱軋機的一系列輥輪,軋製成稱為鋼帶的細長鋼條。這種軋機的長度可達半英里。鋼坯在通過輥輪的過程中會變得越來越薄、越來越長。大約三分鐘內,一塊 6 英吋(15.2 公分)厚的鋼坯就可以變成一條長達四分之一英里的細鋼帶。
7. 拉伸後,鋼材需要進行酸洗。此過程包括將鋼材送入一系列盛有硫酸的酸洗槽中,以清潔金屬。最後,鋼材用冷熱水沖洗,乾燥後捲繞在大型線軸上,包裝好運往製管廠。
8. 鋼捲和鋼坯都可用於製造管道。鋼卷被製成焊接管。首先,鋼捲被放置在放捲機上。隨著鋼捲的展開,鋼捲被加熱。然後,鋼捲通過一系列帶槽的輥子。在通過輥子的過程中,輥子會使鋼捲的邊緣捲曲在一起,從而形成未焊接的管道。
9. 接下來,鋼管通過焊接電極。這些裝置將鋼管的兩端密封在一起。然後,焊縫通過高壓輥,以形成緊密的焊接。之後,鋼管被切割成所需的長度並堆疊以進行後續加工。焊接鋼管是一個連續的生產過程,根據鋼管尺寸的不同,其生產速度最高可達每分鐘 1100 英尺(335.3 公尺)。
10. 當需要無縫鋼管時,生產時使用方形鋼坯。這些鋼坯經過加熱和成型,形成圓柱形,也稱為圓坯。然後將圓坯放入爐中加熱至白熾狀態。加熱後的圓坯在高壓下軋製。這種高壓軋製會使鋼坯拉伸,並在中心形成一個孔。由於該孔的形狀不規則,因此在軋製過程中,使用子彈形沖孔器將孔頭穿過鋼坯中心。沖孔後,鋼管的厚度和形狀可能仍然不規則。為了糾正這些問題,鋼管還需要經過一系列軋機進行最終加工。
11. 兩種類型的管道製造完成後,都可能需要經過矯正機。管道上也可以安裝接頭,以便連接兩段或多段管道。小直徑管道最常見的接頭類型是螺紋連接-在管道末端切割出緊密的螺紋槽。管道也會經過測量機。測量數據以及其他品質控制數據會自動印在管道上。之後,管道會被噴塗一層薄薄的保護油。大多數管道通常都會進行防鏽處理,例如鍍鋅或塗鋅。根據管道的用途,也可以使用其他塗料或塗層。
品質管制
為確保成品鋼管符合規格,採取了多種措施。例如,使用X射線測厚儀來控制鋼材的厚度。此測厚儀的工作原理是利用兩束X射線。一束射線照射已知厚度的鋼材,另一束射線照射生產線上經過的鋼材。如果兩束射線測得的厚度有差異,測厚儀會自動觸發輥筒尺寸調整以進行補償。

管道在生產流程的最後階段還要進行缺陷檢查。一種檢測方法是使用專用機器。這種機器會在管道內注水,然後逐漸增加壓力,以檢驗管道是否能夠承受水壓。不合格的管道將退回報廢。
