力學性能

鋼材力學性能是保證鋼材最終使用性能（機械性能）的重要指標，它取決于鋼的化學成分和熱處理制度。在鋼管標準中，根據(jù)不同的使用要求，規(guī)定了拉伸性能（抗拉強度、屈服強度或屈服點、伸長率）以及硬度、韌性指標，還有用戶要求的高、低溫性能等。

①抗拉強度（σb）

試樣在拉伸過程中，在拉斷時所承受的最大力（Fb），除以試樣原橫截面積（So）所得的應力（σ），稱為抗拉強度（σb），單位為N/mm2（MPa）。它表示金屬材料在拉力作用下抵抗破壞的最大能力。

②屈服點（σs）

具有屈服現(xiàn)象的金屬材料，試樣在拉伸過程中力不增加（保持恒定）仍能繼續(xù)伸長時的應力，稱屈服點。若力發(fā)生下降時，則應區(qū)分上、下屈服點。屈服點的單位為N/mm2（MPa）。

上屈服點（σsu）：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應力； 下屈服點（σsl）：當不計初始瞬時效應時，屈服階段中的最小應力。

屈服點的計算公式為：

式中：Fs--試樣拉伸過程中屈服力（恒定），N（牛頓）So--試樣原始橫截面積，mm2。

③斷后伸長率（σ）

在拉伸試驗中，試樣拉斷后其標距所增加的長度與原標距長度的百分比，稱為伸長率。以σ表示，單位為%。計算公式為：σ=（Lh-Lo）/L0*100%

式中：Lh--試樣拉斷后的標距長度，mm； L0--試樣原始標距長度，mm。

④斷面收縮率（ψ）

在拉伸試驗中，試樣拉斷后其縮徑處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，稱為斷面收縮率。以ψ表示，單位為%。計算公式如下：

式中：S0--試樣原始橫截面積，mm2； S1--試樣拉斷后縮徑處的最少橫截面積，mm2。

⑤硬度指標

金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力，稱為硬度。根據(jù)試驗方法和適用范圍不同，硬度又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度、顯微硬度和高溫硬度等。對于管材一般常用的有布氏、洛氏、維氏硬度三種。

A、布氏硬度（HB）

用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗力（F）壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，測量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS（鋼球）表示，單位為N/mm2(MPa)。

其計算公式為：

式中：F--壓入金屬試樣表面的試驗力，N； D--試驗用鋼球直徑，mm； d--壓痕平均直徑，mm。

測定布氏硬度較準確可靠，但一般HBS只適用于450N/mm2（MPa）以下的金屬材料，對于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標準中，布氏硬度用途最廣，往往以壓痕直徑d來表示該材料的硬度，既直觀，又方便。

舉例：120HBS10/1000/30：表示用直徑10mm鋼球在1000Kgf（9.807KN）試驗力作用下，保持30s（秒）測得的布氏硬度值為120N/ mm2（MPa）。

用途

無縫鋼管用途很廣泛。一般用途的無縫鋼管由普通的碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼軋制，產(chǎn)量最多，主要用作輸送流體的管道或結(jié)構(gòu)零件。.2、根據(jù)用途不同分三類供應：a、按化學成分和機械性能供應；b、按機械性能供應；c、按水壓試驗供應。按a、b類供應的鋼管，如用于承受液體壓力，也要進行水壓試驗。3、專門用途的無縫管有鍋爐用無縫管、地質(zhì)用無縫鋼管及石油用無縫管等多種。

交貨狀態(tài)

是指交貨產(chǎn)品的最終塑性變形或最終熱處理的狀態(tài)。一般不經(jīng)過熱處理交貨的稱熱軋或冷拔（軋）狀態(tài)或制造狀態(tài)；經(jīng)過熱處理交貨的稱熱處理狀態(tài)，或根據(jù)熱處理的類別稱正火（常化）、調(diào)質(zhì)、固溶、退火狀態(tài)。訂貨時，交貨狀態(tài)需在合同中注明。重量交貨狀態(tài)：
實際重量－－交貨時，其產(chǎn)品重量是按稱重（過磅）重量交貨；
理論重量－－交貨時，其產(chǎn)品重量是按鋼材公稱尺寸計算得出的重量。

生產(chǎn)工藝

①熱軋無縫鋼管主要生產(chǎn)工序（△主要檢驗工序）：

管坯準備及檢查△→管坯加熱→穿孔→軋管→鋼管再加熱→定（減）徑→熱處理△→成品管矯直→精整→檢驗△(無損、理化、臺檢) →入庫

②冷軋（拔）無縫鋼管主要生產(chǎn)工序：

坯料準備→酸洗潤滑→冷軋（拔）→熱處理→矯直→精整→檢驗

一般的無縫鋼管的生產(chǎn)工藝可以分為冷拔與熱軋兩種，冷軋無縫鋼管的生產(chǎn)流程一般要比熱軋要復雜，管坯首先要進行三輥連軋，擠壓后要進行定徑測試，如果表面沒有響應裂紋后圓管要經(jīng)過割機進行切割，切割成長度約一米的坯料。然后進入退火流程，退火要用酸性液體進行酸洗，酸洗時要注意表面是否有大量的起泡產(chǎn)生，如果有大量的起泡產(chǎn)生說明鋼管的質(zhì)量達不到相應的標準。外觀上冷軋無縫鋼管要短于熱軋無縫鋼管，冷軋無縫鋼管的壁厚一般比熱軋無縫鋼管要小，但是表面看起來比厚壁無縫鋼管更加明亮，表面沒有太多的粗糙，口徑也沒有太多的毛刺。

熱軋無縫鋼管的交貨狀態(tài)一般是熱軋狀態(tài)經(jīng)過熱處理后進行交貨。熱軋無縫鋼管在經(jīng)過質(zhì)檢后要經(jīng)過工作人員的嚴格的手工挑選，在質(zhì)檢后要進行表面涂油，然后緊接著是多次的冷拔實驗，熱軋?zhí)幚砗笠�進行穿孔的實驗，如果穿孔擴徑過大就要進行矯直矯正。在矯直后再由傳送裝置傳送到探傷機進行探傷實驗，最后貼上標簽、進行規(guī)格編排后放置到到倉庫當中。

圓管坯→加熱→穿孔→三輥斜軋、連軋或擠壓→脫管→定徑（或減徑）→冷卻→矯直→水壓試驗（或探傷）→標記→入庫 無縫鋼管是用鋼錠或?qū)嵭墓芘鹘?jīng)穿孔制成毛管，然后經(jīng)熱軋、冷軋或冷撥制成。無縫鋼管的規(guī)格用外徑*壁厚毫米數(shù)表示。

熱軋無縫管外徑一般大于32mm，壁厚2.5-200mm，冷軋無縫鋼管外徑可以到6mm，壁厚可到0.25mm，薄壁管外徑可到5mm壁厚小于0.25mm，冷軋比熱軋尺寸精度高。

一般用無縫鋼管是用10、20、30、35、45等優(yōu)質(zhì)碳結(jié)鋼16Mn、5MnV等低合金結(jié)構(gòu)鋼或40Cr、30CrMnSi、45Mn2、40MnB等合結(jié)鋼熱軋或冷軋制成的。10、20等低碳鋼制造的無縫管主要用于流體輸送管道。45、40Cr等中碳鋼制成的無縫管用來制造機械零件，如汽車、拖拉機的受力零件。一般用無縫鋼管要保證強度和壓扁試驗。熱軋鋼管以熱軋狀態(tài)或熱處理狀態(tài)交貨；冷軋以熱處理狀態(tài)交貨。

熱軋，顧名思義，軋件的溫度高，因此變形抗力小，可以實現(xiàn)大的變形量。以鋼板的軋制為例，一般連鑄坯厚度在230mm左右，而經(jīng)過粗軋和精軋，最終厚度為1~20mm。同時，由于鋼板的寬厚比小，尺寸精度要求相對低，不容易出現(xiàn)板形問題，以控制凸度為主。對于組織有要求的，一般通過控軋控冷來實現(xiàn)，即控制精軋的開軋溫度、終軋溫度.圓管坯→加熱→穿孔→打頭→退火→酸洗→涂油（鍍銅）→多道次冷拔（冷軋）→坯管→熱處理→矯直→水壓試驗（探傷）→標記→入庫。

質(zhì)量要求

（一）質(zhì)量要求

①鋼的化學成分：鋼的化學成分是影響無縫鋼管性能最主要的因素之一，也是制定軋管工藝參數(shù)和鋼管熱處理工藝參數(shù)的主要依據(jù)。

a. 合金元素：有意加入，根據(jù)用途

b. 殘余元素：煉鋼帶入，適當控制

c. 有害元素：嚴格控制（As、Sn、Sb、Bi、Pb），氣體（N、H、O）

爐外精煉或電渣重熔：提高鋼中化學成分的均勻性和鋼的純凈度，減少管坯中的非金屬夾雜物并改善其分布形態(tài)。

②鋼管幾何尺寸精度和外形

a. 鋼管外徑精度：取決于定（減）徑方法、設(shè)備運轉(zhuǎn)情況、工藝制度等。

外徑允許偏差 δ=（D-Di）/Di ×100% D： 最大或最小外徑mm

Di：名義外徑mm

b. 鋼管壁厚精度：與管坯的加熱質(zhì)量，各變形工序的工藝設(shè)計參數(shù)和調(diào)整參數(shù)，工具質(zhì)量及其潤滑質(zhì)量等有關(guān)

壁厚允許偏差： ρ=（S-Si）/Si×100% S：橫截面上最大或最小壁厚

Si：名義壁厚mm

C．鋼管橢圓度：表示鋼管的不圓程度。

d. 鋼管長度：正常長度、定（倍）尺長度、長度允許偏差

e. 鋼管彎曲度：表示鋼管的彎度：每米鋼管長度的彎曲度、鋼管全長的彎曲度

f. 鋼管端面切斜度：表示鋼管端面與鋼管橫截面的傾斜程度

g. 鋼管端面坡口角度和鈍邊

5．鋼管表面質(zhì)量：表面光潔要求

a. 危險性缺陷：裂紋、內(nèi)折、外折、軋破、離層、結(jié)疤、拉凹、凸包等。

b. 一般性缺陷：麻坑、青線、劃傷、碰傷、輕微的內(nèi)、外直道、輥印等。

產(chǎn)生原因：

① 由于管坯的表面缺陷或內(nèi)部缺陷所帶來的。

② 生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，如軋制工藝參數(shù)設(shè)計不正確，模具表面不光滑，潤滑條件不好，孔型設(shè)計及調(diào)整不合理。

③ 管坯（鋼管）在加熱軋制，熱處理以及矯直過程中，如果因為加熱溫度控制不當，變形不均勻，加熱冷卻速度不合理或矯直變形量太大而產(chǎn)生過大的殘余應力，那么也有可能導致鋼管產(chǎn)生表面裂紋。

6．鋼管理化性能：常溫力學性能、高溫力學性能、低溫性能、抗腐蝕性能。鋼管的理化性能主要取決于鋼的化學成分，組織結(jié)構(gòu)和鋼的純凈度以及鋼管的熱處理方式等。

7．鋼管工藝性能：壓扁、擴口、卷邊、彎曲、焊接等。

8．鋼管金相組織：低倍組織（宏觀）、高倍組織（微觀） M、B、P、F、A、S

9．鋼管特殊要求：合同附件、技術(shù)協(xié)議。

（二）無縫鋼管質(zhì)量檢驗方法：

1．化學成分分析：化學分析法、儀器分析法（紅外C—S儀、直讀光譜儀、zcP等）。

①紅外C—S儀：分析鐵合金，煉鋼原材料，鋼鐵中的C、S元素。

②直讀光譜儀：塊狀試樣中的C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Ni、Cn、A1、W、V、Ti、B、Nb、As、Sn、Sb、Pb、Bi

③N—0儀：氣體含量分析N、O

2．鋼管幾何尺寸及外形檢查：

①鋼管壁厚檢查：千分尺、超聲測厚儀，兩端不少于8點并記錄。

②鋼管外徑、橢圓度檢查：卡規(guī)、游標卡尺、環(huán)規(guī)，測出最大點、最小點。

③鋼管長度檢查：鋼卷尺、人工、自動測長。

④鋼管彎曲度檢查：直尺、水平尺（1m）、塞尺、細線測每米彎曲度、全長彎曲度。

⑤鋼管端面坡口角度和鈍邊檢查：角尺、卡板。

3．鋼管表面質(zhì)量檢查：100%

①人工肉眼檢查：照明條件、標準、經(jīng)驗、標識、鋼管轉(zhuǎn)動。

②無損探傷檢查：

a. 超聲波探傷UT：

對于各種材質(zhì)均勻的材料表面及內(nèi)部裂紋缺陷比較敏感。

標準：GB/T 5777-1996 級別：C5級

b. 渦流探傷ET：（電磁感應）

主要對點狀（孔洞形）缺陷敏感。 標準：GB/T 7735-2004

級別：B級

c. 磁粉MT和漏磁探傷：

磁力探傷，適用于鐵磁性材料的表面和近表面缺陷的檢測。

標準：GB/T 12606-1999 級別： C4級

d. 電磁超聲波探傷：

不需要耦合介質(zhì)，可以應用于高溫高速，粗燥的鋼管表面探傷。

e. 滲透探傷：

熒光、著色、檢測鋼管表面缺陷。

4．鋼管理化性能檢驗：

①拉伸試驗：測應力和變形，判定材料的強度（YS、TS）和塑性指標（A、Z）

縱向，橫向試樣 管段、弧型、圓形試樣（￠10、￠12.5）

小口徑、薄壁 大口徑、厚壁 定標距。

備注：試樣斷后伸長率與試樣尺寸有關(guān) GB/T 1760

②沖擊試驗：CVN、缺口C型、V型、功J 值J/cm2

標準試樣10×10×55（mm） 非標試樣5×10×55（mm）

③硬度試驗：布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、維氏硬度HV等

④液壓試驗：試驗壓力、穩(wěn)壓時間、 p=2Sδ/D

5．鋼管工藝性能檢驗過程：

①壓扁試驗：圓形試樣 C形試樣（S/D>0.15） H=（1+2）S/（∝+S/D）

L=40～100mm 單位長度變形系數(shù)=0.07～0.08

②環(huán)拉試驗：L=15mm 無裂紋為合格

③擴口和卷邊試驗：頂心錐度為30°、40°、60°

④彎曲試驗：可代替壓扁試驗（對大口徑管而言）

6．鋼管金相分析：

①高倍檢驗（微觀分析）：非金屬夾雜物100x GB/T 10561 晶粒度：級別、級差

組織：M、B、S、T、P、F、A-S

脫碳層：內(nèi)、外。

A法評級：A類-硫化物 B類-氧化物 C類-硅酸鹽 D-球狀氧化 DS類。

②低倍試驗（宏觀分析）：肉眼、放大鏡10x以下。

a. 酸蝕檢驗法。

b. 硫印檢驗法（管坯檢驗，顯示低培組織及缺陷，如疏松、偏析、皮下氣泡、翻皮、白點、夾雜物等。

c. 塔形發(fā)紋檢驗法：檢驗發(fā)紋數(shù)量、長度及分布。

（三）中國現(xiàn)行無縫鋼管標準：

1．現(xiàn)行無縫鋼管標準：共有47項 其中：GB 25 項 HB 3 項 特殊用途19項；基礎(chǔ) 2項 產(chǎn)品 45項

2．常用標準：

① GB/T 2102-2006 鋼管的驗收、包裝、標志和質(zhì)量證明書。

② GB/T 17395-2008 無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差。

③ GB 5310-2008 高壓鍋爐用無縫鋼管。

④ GB 9948-2013 石油裂化用無縫鋼管。

⑤ GB 6479-2013 高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管。

⑥GB 18248-2008 氣瓶用無縫鋼管。