【深度】进步二十年——中国的无缝钢管生产技术

 　　1无缝钢管生产简介

　　近20年来,我国无缝钢管生产飞速发展,取得了举世瞩目的成就,钢管产量增长4.49倍,钢管品种结构方面的矛盾已得到基本缓解,产品质量已基本满足国内市场需求;2003年全国无缝钢管产量达699.5万t,出口56.1万t,进口53.1万t,成为世界上无缝钢管生产、消费第一大国和净出口国。

　　目前，世界上无缝钢管生产领域的各种先进机型,我国都已拥有并掌握了其技术诀窍,能生产各种管材,主要品种的产量已处于世界领先地位,生产技术指标正努力赶超世界先进水平。

　　2无缝钢管生产的发展

　　产量分析

　　近20年来,随着新机组的建成投产和老机组技术改造的完成,无缝钢管产量大幅度增加,平均年增产28.59万t,平均年增长率9.34%。1984～2000年平均年增加18.01万t,增长率8.29%;而2000～2003年,产量平均年增加70.93万t,平均年增长率达18.97%。20年间发展最快的是2001~2002年，产量增加108.1万t,年增长率达21.60%,只有1997～1998年产量出现下滑，减产13.8万t，增长率为-3.83%。

　　品种分析

　　从产品品种看,我国无缝钢管产品结构不合理,专用管比例偏低。一般用途无缝钢管超过60%,专用管只有25%～35%,并且专用管中有10%的低中压锅炉管。

　　(1)油井管

　　2003年我国油井管产量128.5万t,自给率已达80%,占无缝钢管总产量的18.38%。天津钢管公司Φ250mm机组投产后,不仅生产出按API标准要求的J、K、N、C、P钢级套管,而且根据市场需求开发出具有自主知识产权的TP系列套管,如:抗挤毁系列、抗腐蚀系列、抗高温系列热采井用套管、超深井特殊扣气密性套管等。

　　其中TP130TT高抗挤毁套管的抗挤毁强度达167MPa以上;TP110TSS高抗挤毁抗腐蚀套管在酸性腐蚀条件下加载720h不断裂;TP140V套管下井深度已达6300m;NC-3Cr抗二氧化碳腐蚀套管也已批量发往塔里木油田下井使用。

　　另外,宝钢、成都无缝钢管厂也开发出具有自主知识产权的抗挤毁系列、抗腐蚀系列套管。

　　(2)高压锅炉管

　　2001年我国高压锅炉管产量近7万t,约占无缝钢管总产量的1%;Φ114mm以下管的自给率较高;而Φ273mm以上钢管95%要靠进口。

　　近几年随着电力工业的快速发展,极大地带动了高压锅炉管生产,2003年其产量达16万t,预计2004年产量可超过30万t。

　　随着产量的提高,品种上也有新突破,如60万kW以上机组用T91已能批量生产。但与电力、锅炉行业发展相比,目前高压锅炉管生产在数量、品种上均有一定差距,主要表现在钢种不全、品种规格不齐、管体表面缺陷多、钢质纯净度不够、组织性能不稳定。

　　(3)管线管

　　随着管线钢板技术的发展及焊管成型、焊接技术的进步,管线用焊管的应用范围逐步扩大,特别是在大口径组距范围,焊管的优势更加明显,加上成本因素,焊管已在管线管领域占有主导地位,并限制了无缝管线管的发展。

　　2003年无缝管线管产量约30万t,钢级包括X42～X65,品种有陆上管线管和海底管线管。目前高钢级管线管生产采用微合金化加热处理工艺,无缝管生产成本明显高于焊管,而且随着钢级的提高,如X80以上钢级管线管对碳当量的限制,无缝钢管的常规工艺很难满足用户要求。

　　目前各无缝钢管厂都在为提高管线管的抗腐蚀性能,及低温、高温环境中使用性能的稳定性而开展科研工作。

　　(4)气瓶管、蓄能器管

　　气瓶管、蓄能器管的开发成功,突破了传统气瓶、蓄能器顶挤生产工艺的束缚,使气瓶、蓄能器的生产效率大大提高,且产品表面质量及壁厚精度得到改善。

　　2003年气瓶管、蓄能器管产量超过8万t,占无缝钢管总产量的1%。气瓶管的发展走过了艰难路程,气瓶管成材率从20世纪80年代初不足50%,提高到目前的85%以上。随着城市燃气出租车的兴起,对气瓶管的需求量还会不断增加。

　　(5)不锈钢无缝管

　　2003年我国不锈钢无缝管产量为13万t,用于石化、化肥、电站和航空等行业的约占20%;轻工、环保、供水等一般用途管约占60%,还有20%为不合格品。

　　从规格组距方面分析,我国小口径无缝钢管的产能过剩,总体装备水平低;中口径无缝钢管生产能力、装备水平和品种质量都能满足市场要求;大口径尤其是Φ325～Φ660mm厚壁无缝钢管的生产能力严重不足,且质量差、效率低。

　　3技术装备分析

　　(1)机组自动控制水平提高。目前,大多数机组实现了全生产线的计算机控制与管理,轧机普遍可进行全自动、半自动和手工操作,有效地避免了许多人为因素造成的生产事故,从而确保产品质量稳定在较高水平。一些先进的连轧机组还采用轧辊调整全液压压头代替传统的机电系统调整轧机,可在轧制过程中实现对辊缝的调整,也可根据预设定位置,适时调整辊缝,使钢管的头尾轧成锥形,以改善钢管头尾的壁厚偏差,提高成材率;同时,计算机网络管理也得到广泛应用。

　　(2)在线检测手段齐备。多套机组分别采用了双通道、多通道的射线热测壁厚、激光/超声波热测壁厚和激光热测径、测长等仪器;实现了在线监控产品质量的目的。成品检测方面,各机组均配备了无损检测设备,超声波探伤、漏磁探伤、涡流探伤获得广泛应用;一些先进检测手段,如超声波相控阵探伤技术、阵列式涡流探伤技术等也在管材检测方面进行了生产试验,可有效地防止带缺陷的管子流出生产厂。

　　(3)近20年来我国新建的多套各种先进的轧管机组,数量之多、机型之全堪称世界之最;对各类轧管机也有了较深入的研究;在产品品种、质量上取得了较大突破,开发了许多具有自主知识产权的产品,在世界无缝钢管界占有重要地位。无缝钢管的产量增长了4.45倍,但管坯加热炉的炉型较单一,各机组均使用环形炉加热管坯。因管坯加热质量的影响,致使有些高精度轧机未能充分发挥其特长,有些产品的壁厚精度达不到设计水平。

　　与之相对的，1983年后日本兴建的4套无缝钢管机组中,有2套采用步进炉加热管坯;美国1983年后新建的2套无缝钢管机组均采用步进炉加热管坯;俄罗斯1988年建造的无缝钢管机组也采用步进炉加热管坯,这一现象很值得深思。

　　4新技术——PQF优点简介

　　工艺上的改进

　　采用PQF技术,可使轧制过程中的稳定性提高,孔型过充满/欠充满之类的现象大大减少或消除。

　　尾端飞翅的消除使工具寿命、金属收得率和轧制稳定性提高。辊缝处的纵向拉应力临界作用减弱,使轧制薄壁管和难变形钢种的能力提高。3个轧辊上的压力分布基本均匀,且平均值尤其是峰值较低,可通过提高单机架延伸系数来减少机架数量,降低设备投资。钢管离开轧机时其横截面上的温差很小,从而提高了轧辊和芯棒的寿命。轧辊磨损均匀,使孔型在轧辊两次车削加工之间能保持原设计形态。可使用较薄壁的空心内冷芯棒,从而提高了芯棒冷却效果,降低了芯棒消耗。可进行低温轧制,并能使用较少的机架轧制薄壁管。三辊孔型能对同一规格的芯棒进行较大的间隙调整,而不会明显影响管壁的同心度,从而可减少芯棒的规格数。

　　使成品管及工具寿命受益

　　PQF技术可使壁厚精度显著提高,不仅有较好的内表面质量,而且外表面非常光滑;钢管外径和壁厚精度高;生产的灵活性大大提高;薄壁管(母管D/S可达58)和高合金钢均能轧制;收得率显著提高;成品管的晶粒度较细;生产效率较高;工具消耗大大降低(达50%)。

　　5在建机组

　　目前国内正在建设中的无缝钢管机组有:

　　攀钢集团成都无缝钢管厂Φ340mmMPM机组,设计年产Φ219～Φ406mm钢管50万t;

　　衡阳钢管厂Φ273mmMPM机组,设计年产Φ13917～Φ36110mm钢管50万t。

　　这些机组的自动控制和在线检测水平很高。随着这些机组的投产会进一步提升我国无缝钢管制造业的整体水平,为我国的无缝钢管发展注入新的活力。

　　5结语

　　我国积极引进国外先进实用技术和依靠自己力量大规模地对原有大中型钢管企业进行技术改造,建成了几家年生产能力50万t以上的具有世界先进技术水平的国有大型骨干企业。

　　为满足飞速发展的电站、建筑结构和石油化工、机械业对特大口径(Φ426～Φ11000mm)、厚壁(20～200mm)无缝钢管的需求,改变当前我国特大口径、特厚壁无缝钢管生产能力严重不足且质量差、效率低的局面,及对大口径(Φ610mm左右)、高钢级(X60以上)无缝管线管的要求,很有必要尽快改造或新建产能在10万t左右的特大口径无缝钢管机组,以减少进口量。

　　目前,我国各无缝钢管生产厂家基本上是各自为政,所有品种都生产,没能真正充分发挥各机组的特长;如果能形成战略联盟,各机组既有分工又有合作,最大限度地发挥各自特长,那么我国无缝钢管不但在产量上是世界第一,而且在品种、质量上也会登上一个新高峰,可以早日成为无缝钢管的生产强国。