钢管是用途广泛的长空心管。钢管的生产方法主要有两种,分别制成焊接钢管和无缝钢管。两种方法都首先将钢材铸造成便于加工的初始形状,然后通过拉伸钢材制成无缝钢管,或者通过焊接将边缘压合密封。钢管的生产方法最早出现于19世纪初,并不断发展演变,最终形成了我们今天使用的现代工艺。每年,钢管的产量高达数百万吨。其用途广泛,使其成为钢铁行业最常用的产品。
历史
人类使用管道已有数千年历史。或许最早使用管道的是古代的农耕者,他们将溪流和河流的水引到田间灌溉。考古证据表明,早在公元前2000年,中国人就已使用芦苇管将水输送到所需之处。其他古代文明也曾使用过陶土管。公元1世纪,欧洲出现了第一批铅管。在热带国家,人们使用竹管输水。殖民时期的美国人也使用木材进行类似的输水作业。1652年,波士顿建造了第一座自来水厂,使用的是空心原木。


焊接管的成型方法是将钢带通过一系列带槽辊轧制成圆形。接下来,未焊接的管子经过焊接电极。这些装置将管子的两端密封在一起。
早在1840年,铁匠们就已经能够生产无缝钢管。其中一种方法是在实心圆钢坯上钻孔,然后将钢坯加热,并通过一系列模具拉伸成型。这种方法效率低下,因为很难在中心钻孔,导致钢管厚度不均,一侧比另一侧厚。1888年,一种改进的方法获得了专利。在这种方法中,实心钢坯被浇铸在耐火砖芯上,冷却后取出砖芯,在中心留下孔洞。此后,新的轧制技术取代了这些方法。
设计
钢管有两种类型:无缝钢管和沿长度方向有一条焊接缝的钢管。两者用途不同。无缝钢管通常更轻,壁更薄,常用于自行车和液体输送。焊接钢管更重、更坚固,管径更均匀,通常也更直,常用于气体输送、电线管道和水暖管道等。一般来说,焊接钢管适用于管道承受压力较小的场合。
原料
管道生产的主要原材料是钢。钢主要由铁组成。合金中可能含有的其他金属包括铝、锰、钛、钨、钒和锆。生产过程中有时会使用一些表面处理材料,例如油漆。
无缝钢管的生产工艺是将实心钢坯加热成型为圆柱形,然后轧制至拉伸并中空。由于中空部分形状不规则,因此在轧制过程中,需要用子弹形穿刺器从钢坯中心穿出。如果钢管表面有涂层,则需要进行额外的处理。通常,在生产线的末端,会在钢管上涂抹少量油,以保护钢管。虽然硫酸并非最终产品的组成部分,但在生产过程中,会使用硫酸来清洁钢管。
制造过程
钢管的生产工艺有两种。两种工艺的整体生产过程都包含三个步骤。首先,将钢材加工成更易于加工的形状。其次,在连续或半连续生产线上成型钢管。最后,对钢管进行切割和加工,以满足客户的需求。一些钢管制造商会使用管材激光切割机对管材进行预先切割或掏空,以提高管材的竞争力
无缝钢管的生产工艺是将实心钢坯加热成型为圆柱形,然后轧制至拉伸并中空。由于中空部分形状不规则,因此在轧制过程中,需要用子弹形穿刺器从钢坯中心穿出。
锭块生产
1. 炼钢的方法是将铁矿石和焦炭(一种富含碳的物质,是煤在缺氧条件下加热产生的)在熔炉中熔化,然后向液态钢中通入氧气以去除大部分碳。之后,将熔化的钢水浇注到大型厚壁铁模中,冷却后制成钢锭。
2. 为了形成板材、薄板等扁平产品或棒材、杆材等长条产品,钢锭在巨大的压力下被置于大型辊筒之间成型。生产钢坯和板坯
3. 为了生产钢锭,钢锭会通过两组叠放的带槽钢辊。这类辊子被称为“两辊轧机”。在某些情况下,会使用三台辊子。辊子的安装方式是使它们的槽口重合,并沿相反方向运动。这种运动使钢材被挤压和拉伸成更细更长的钢锭。当操作员反转辊子时,钢材会被拉回,使其变得更细更长。这个过程会重复进行,直到钢材达到所需的形状。在此过程中,被称为机械手的机器会翻转钢材,以确保每一面都得到均匀的加工。
4. 钢锭也可以轧制成板坯,其工艺与钢坯轧制工艺类似。钢材通过一对叠放的辊筒进行拉伸。此外,侧面还安装有辊筒来控制板坯的宽度。当钢材达到所需的形状后,切除不规则的端部,并将板坯或钢坯切割成较短的钢段。后续加工
5. 钢坯在制成管材之前通常需要进一步加工。钢坯通过轧制装置轧制成坯料,使其更长更窄。坯料由称为飞剪的装置切割。飞剪是一对同步的剪刀,与移动的坯料高速运动并进行切割。这样可以在不中断生产过程的情况下高效切割。这些坯料被堆叠起来,最终制成无缝管。
6. 钢坯也需要进行二次加工。为了使其具有延展性,首先要将其加热到 2200°F (1204°C)。这会在钢坯表面形成一层氧化膜。这层氧化膜会用除垢器和高压水枪去除。然后,钢坯会被送入热轧机的一系列辊轮,轧制成称为钢带的细长钢条。这种轧机的长度可达半英里。钢坯在通过辊轮的过程中会变得越来越薄、越来越长。大约三分钟内,一块 6 英寸(15.2 厘米)厚的钢坯就可以变成一条长达四分之一英里的细钢带。
7. 拉伸后,钢材需要进行酸洗。此过程包括将钢材送入一系列盛有硫酸的酸洗槽中,以清洁金属。最后,钢材用冷热水冲洗,干燥后卷绕在大型线轴上,包装好运往制管厂。
8. 钢卷和钢坯都可用于制造管道。钢卷被制成焊接管。首先,钢卷被放置在放卷机上。随着钢卷的展开,钢卷被加热。然后,钢卷通过一系列带槽的辊子。在通过辊子的过程中,辊子会使钢卷的边缘卷曲在一起,从而形成未焊接的管道。
9. 接下来,钢管通过焊接电极。这些装置将钢管的两端密封在一起。然后,焊缝通过高压辊,以形成紧密的焊缝。之后,钢管被切割成所需的长度并堆放起来以进行后续加工。焊接钢管是一个连续的生产过程,根据钢管尺寸的不同,其生产速度最高可达每分钟 1100 英尺(335.3 米)。
10. 当需要无缝钢管时,生产时使用方形钢坯。这些钢坯经过加热和成型,形成圆柱形,也称为圆坯。然后将圆坯放入炉中加热至白炽状态。加热后的圆坯在高压下轧制。这种高压轧制会使钢坯拉伸,并在中心形成一个孔。由于该孔的形状不规则,因此在轧制过程中,使用子弹形冲孔器将孔头穿过钢坯中心。冲孔后,钢管的厚度和形状可能仍然不规则。为了纠正这些问题,钢管还需要经过一系列轧机进行最终加工。
11. 两种类型的管道制造完成后,都可能需要经过矫直机。管道上还可以安装接头,以便连接两段或多段管道。小直径管道最常见的接头类型是螺纹连接——在管道末端切割出紧密的螺纹槽。管道还会经过测量机。测量数据以及其他质量控制数据会自动印在管道上。之后,管道会被喷涂一层薄薄的保护油。大多数管道通常都会进行防锈处理,例如镀锌或涂锌。根据管道的用途,还可以使用其他涂料或涂层。
质量控制
为确保成品钢管符合规格,采取了多种措施。例如,使用X射线测厚仪来控制钢材的厚度。该测厚仪的工作原理是利用两束X射线。一束射线照射已知厚度的钢材,另一束射线照射生产线上经过的钢材。如果两束射线测得的厚度存在差异,测厚仪会自动触发辊筒尺寸调整以进行补偿。

管道在生产流程的最后阶段还要进行缺陷检查。一种检测方法是使用专用机器。这种机器会向管道内注水,然后逐渐增加压力,以检验管道是否能够承受水压。不合格的管道将被退回报废。
