近二十年我国无缝钢管的发展概况

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1984~2003年，我国的无缝钢管生产得到了飞速发展，取得了举世瞩目的成就，按《中国钢管50年》的观点：这一时期属于提高与发展期。生产量从127.7万吨提高到699.5万吨，增长了4.49倍；从1993年的年产284万吨起，我国已跃居无缝钢管第一生产大国。我国无缝钢管品种结构方面的矛盾已得到根本的缓解，产品质量已基本满足国内市场需求。目前，世界上无缝钢管生产领域的各种先进的机型，我们都已拥有并能掌握其技术诀窍、驾驭其生产出各种管材，主要品种（如油井管）的产量处于世界领先地位，生产技术指标正在努力赶超世界先进水平，我国正在成为无缝钢管生产的强国。
- J" k  ]% w8 a) u6 F) q: v$ @1 1984年以来我国无缝钢管生产机组新建、改造情况
( P+ G# Y" W! f/ A1 ]+ L无缝钢管生产的发展，离不开兴建新机组、改造老机组这两项重要技术支撑，1984~2003年，我国先后主要兴建、改造了20多套无缝钢管机组，下面按机型重点介绍几套机组：
1.1连轧管机组
% U3 A6 [2 ^  B5 ^$ c* ]1.1.1宝钢无缝钢管厂的Φ140mm浮动芯棒连轧管机组
( j6 r1 r5 e+ p1 M3 j# _0 H! \0 V8 R) [! l1986年建成投产的宝山钢铁公司无缝钢管厂是我国全套从德国引进的第一套先进的无缝钢管连轧机组，主要用于生产油井管和锅炉管。该机组的热轧部分由35米环形炉、带导盘的立式桶形辊穿孔机、8机架浮动芯棒连轧管机（机架和水平面成45°倾斜、相临两机架成90°交叉布置）、步进式再加热炉、24架张力减径机等设备组成。设计生产的钢管规格为Φ21.3~139.7mm、壁厚2.0~25mm；生产能力50万吨。其全自动的现代化生产方式让我国许多无缘出国的无缝钢管同行增长了见识、开拓了眼界。该机组的特点是生产节奏快，每分钟可轧4支30米长的钢管；它的建成大幅度地提高了我国油井管、锅炉管的各项技术指标（钢管的内外表面质量、壁厚精度、综合性能、成材率等）及自给率。它可以说是我国现代化无缝钢管发展的里程碑。
4 ?/ E+ I! u0 u" T1.1.2天津钢管公司的Φ250mm限动芯棒连轧管机组
4 }# d$ {9 W2 L5 q0 C: {1992年建成投产的天津钢管公司的Φ250mm限动芯棒连轧管机组（MPM）是由意大利引进的，是我国引进的第一套限动芯棒连轧管机组；主要产品定位于当时国内紧缺的石油套管。热轧主要装备有：48米环形炉、带导盘的立式桶形辊穿孔机、7机架限动芯棒连轧管机（机架和水平面成45°倾斜、相临两机架成90°交叉布置）、步进式再加热炉、12架微张力定径机等。设计生产的钢管规格为Φ114~273mm、壁厚4~40mm；生产能力50万吨。该机组的最大优点是所轧钢管的壁厚精度比采用浮动芯棒工艺的要高1~2个百分点，可轧制D/S>40的薄壁钢管，并配备了在线钢管热测量壁厚、外径和长度仪器能及时监控钢管的几何尺寸；MPM机组的投产极大地提高了我国在世界石油套管市场的占有份额。其产品不但能满足供国内各油田的要求，而且每年出口欧美、中东近10万吨。从而全面提升了我国无缝钢管生产的地位。
1.1.3衡阳钢管厂Φ89mm半浮动芯棒连轧管机组
1997年建成投产的衡阳钢管厂Φ89mm半浮动芯棒连轧管机组是由德国引进的，是我国引进的第一套半限动芯棒连轧管机组；主要产品定位于高压锅炉管。热轧主要装备有：米环形炉、带导板立式锥形辊穿孔机、6机架半浮动芯棒连轧管机（轧机轧辊呈水平-垂直布置）、步进式再加热炉、24架张力定径机等。设计生产的钢管规格为Φ25~89mm、壁厚3~12.5mm；生产能力16.5万吨。其锥形辊穿孔机的传动轴布置在入口侧，辗轧角为10°，（一般锥形辊穿孔机的传动轴大都布置在出口侧，辗轧角为15°）；所采用半浮动芯棒连工艺既有限动芯棒连轧管机的壁厚精度高，又有浮动芯棒连轧管机轧制节奏快的特点，适于生产小口径无缝钢管，该机组具有较大的减壁延伸功能，且表面质量和尺寸精度较好，生产率高。
1.1.4包头无缝钢管厂Φ180mm限动芯棒连轧管机组
7 O3 v# d0 L: C  g2000年包头无缝钢管厂Φ180mm限动芯棒连轧管机组（MINI-MPM，即少机架限动芯棒连轧管机）建成投产，该机组是由意大利引进的，是我国引进的第一套（MINI-MPM）限动芯棒连轧管机组；热轧主要装备有：环形炉、带导板的立式锥形辊穿孔机、5机架限动芯棒连轧管机（轧机轧辊呈水平-垂直布置、相临两机架成90°交叉布置）、步进式再加热炉、12架微张力定径机、24架张力减径机等。设计生产的钢管规格为Φ60~245mm、壁厚3.2~25mm；生产能力20万吨，产品主要为油井管和锅炉管。该机组既保留MPM的特点，又大大降低机电设备投资和基建费用；由于连轧机架采用液压压头代替传统的机电系统调整轧机，可以实现在轧制过程中进行辊缝的调整，也可以根据予设定的位置，适时地调整辊缝，使钢管的头尾轧成锥形，以改善钢管头尾的壁厚偏差2，提高成材率。
1.1.5鞍山无缝钢管厂Φ159mm限动芯棒连轧管机组
2 K7 v" a# `! z! T! U5 G# @) a. n2002年鞍山无缝钢管厂通过对灵山Φ140mm狄塞尔轧管机组的技术改造，建成了一套Φ159mm限动芯棒连轧管机组（MINI-MPM，即少机架限动芯棒连轧管机），该连轧机是由德国引进的，热轧主要装备有：21m环形炉、带导板的立式锥形辊穿孔机、5机架限动芯棒连轧管机（轧机轧辊呈水平-垂直布置、相临两机架成90°交叉布置）、感应式再加热炉、12架微张力定径机等。设计生产的钢管规格为Φ60~159mm、壁厚3.2~25mm；生产能力15200.万吨。机组特点一是锥形辊穿孔机辗轧角为3°；二是定径前钢管再加热采用电感应（这应该是国内无缝钢管生产线上首家使用电感应线圈再加热）。
9 G% L/ b( N8 E8 `' j* S1.1.6天津钢管公司Φ168mm限动芯棒连轧管机组
! d- ]2 F  ]+ b  B2003年天津钢管公司为使产品系列化，填补市场短缺的钻杆、油管等缺口，建成了由世界最先进的三辊连轧管机（PQF）、FQS脱管机和带导盘锥形辊穿孔机及24机架张减机组成的Φ168mm限动芯棒连轧管机组。这是世界上第一套PQF机组。轧制钢管规格范围：Ф32.0~168.3X2.50~22.0mm；设计年产25万吨。 PQF机组投产后以生产高强度（P110以上）和具有自主知识产权的特殊钢级油井用管、高压锅炉管及不锈钢管为主，从而满足国内外市场的需求。该机组的最大优势是：由于三辊孔型的半径差小于两辊，轧件变形更加均匀、平稳，使产品的壁厚精度和表面质量高于MPM轧制的钢管；由于采用了在线脱棒工艺，使机组轧制节奏可达24秒/支；既全部保留了限动芯棒工艺壁厚精度高、不用脱棒机的优点，又具有半浮动芯棒的生产效率。
& g& K  I+ `& h+ Q! {8 i1.2精密轧管（Accu-Rool）机组
1 b: D6 v+ M2 i& O. U0 }1.2.1烟台鲁宝无缝钢管厂Φ114mm轧管机组
1989年建成的烟台鲁宝无缝钢管厂Φ114mm Accu-Rool机组是世界上第一套Accu-Rool轧管机组，设计年产Φ：83~159（219）mm、S：4~20mm无缝钢管7.1万吨。Accu-Rool轧管机由美国A/S公司提供设备；穿孔机、定径机和精整区设备由烟台钢管厂承担。Accu-Rool轧管机是一种采用锥形辊、辗轧角、旋转式大导盘和限动芯棒的技术密集型斜轧延伸机；锥形轧辊的直径从变形区入口到出口逐渐增大，轧辊的圆周速度和变形区中金属的流动速度都是递增的，从而减小了金属的扭转变形及圆周切应力。3该机组的Accu-Rool轧管机是卧式的。其工艺特点是产品质量好，壁厚偏差可达到±（3~5）%；钢管D/S可达35；比自动轧管机组减少一个工序（轧管、均整工序合并为一个轧管工序）使轧后管长达到16m，成本低；轧制过程中轧件温度是生高的，轧后荒管的温度达1050~1150℃，所以在机组设计平面布置时，不必担心荒管的定径温度，没有必要设置再加热炉或预留再加热炉的位置。可节省项目投资。
) b2 w7 U# M! U1.2.1攀钢集团成都无缝Φ180mm机组
# m* Z  G4 Y6 M* D4 K3 z( k. h- [, ]: S1997年攀钢集团成都无缝厂建成了一套Φ80mm Accu-Rool轧管机组，设计年产Φ：102~273mm、S：3.5~25mm无缝钢管20万吨，以石油用管为主，还生产锅炉管、船舶用管、合金结构管、不锈钢管等。主要设备有：环形炉、带导盘的卧式锥形辊穿孔机、Accu-Rool轧管机、12架二辊式微张力定径机。关键设备和自动控制部分由引进，穿孔机、轧管机及定径机三大主机为中国华美钢管工程公司；与美国ITAM公司联合制造。工艺特点是生产的灵活性大，轧管机调整方便，能用等径、扩径和减径三种方式进行大批量生产，即用一种规格的管坯（或毛管）生产不同规格的成品管以生产高精度管为特长。
6 K9 X0 h4 q  p2 L1.2.3此外，还新建了北满Φ140mm轧管机组，设计年产Φ：89~159mm、S：4~20mm无缝钢管7万吨；上海钢管厂Φ100mm轧管机组，设计年产Φ：76~108mm无缝钢管4万吨。
: W0 s* V- q  `* o' K# p1.3三辊轧管（ASSEL）机组
1.3.1大冶钢厂的Φ170mm机组
大冶钢厂从德国全套引进了1套Φ170mm三辊轧管机组（ASSEL），1995年建成投产。该机组包括：高性能锥形辊穿孔机、带液压快开装置的阿塞尔轧管机、12架单独传动的二辊减径机、回转定径机等热轧设备，其穿孔机是我国引进的第一套现代化的锥形辊穿孔机，由于锥形辊穿孔机轧辊线速度的变化与穿孔时金属流动的速度变化相适应，穿轧过程中轧件无扭转现象，使得毛管的表面质量好；设计生产的钢管规格为Φ102~180mm、壁厚4~40mm；生产能力10万吨，产品定位于轴承管及结构管。该机组的最大特点是轧制厚钢管的壁厚精度高，可达±（3~5）%，是我国重要的厚壁管生产基地。
1.3.2此外：天津无缝钢管厂Φ140mm机组，ASSEL轧机是从德国引进的，1995年建成投产，可年产外径51~141mm、壁厚4.5~20mm钢管7万吨。无锡西姆莱斯Φ100mm机组，1996年建成，主要设备是从西班牙引进的二手设备，包括：热定心机、桶形辊穿孔机、轧管机、再加热炉、18架张减机等；新建13m环形炉、高压水除鳞装置等。可年生产外径25~102mm、壁厚2.5~20mm的钢管6万吨。西宁钢厂的Φ140mm机组ASSEL轧机是国内设计制造的。
5 }5 j' E* i) f1.4顶管机组
7 w$ }/ \3 R6 p! _1.4.1常州钢铁厂Φ102mmCPE新型顶管机组
1988年常州钢铁厂通过对Φ76mm机组进行改造，建成投产的Φ102mm新型顶管机组（CPE），这是我国第一套CPE热轧无缝钢管生产机组；其关键设备缩口机及22架张减机是从德国引进的、其它工艺和设备国内设计制造的方式进行的。主要设备有：三辊穿孔机、缩口机、顶管机和22架张减机。设计生产的钢管规格为Φ25~102mm、壁厚2.5~9mm；生产能力9万吨，产品有锅炉管、油管及一般结构管。其工艺特点是使用三辊穿孔机，消除了产生钢管内壁缺陷的工艺因素。2
8 ~3 \+ N5 v5 }: b7 j+ h1.4.2汉口轧钢厂Φ114mm机组
1993年武钢汉口轧钢厂从德国引进的Φ114mmCPE热轧管机组二手设备是德国曼内斯曼-德马克公司20世纪80年代初期在传统顶管机基础上开发的，2002年开始试生产，设计规格为Φ21.3~114mm、壁厚2~12mm；生产能力10万吨，产品有锅炉管、油管及一般结构管。其工艺特点是使用三辊穿孔机，消除了产生钢管内壁缺陷的工艺因素。2该生产线热轧设备由17.5m环形炉、导盘式狄塞而穿孔机、封头机、顶管机、松棒机、脱棒机、再加热炉、8架二辊式定径机/20架三辊式张减机等组成。其特点上定径机与张减机串联组合使用。产品主要是高压锅炉管和高压化肥管4
1.4.3武汉471厂Φ1100mm机组
该厂于1990年开始研制电站锅炉用高温、高压大口径无缝钢管。95年通过对原有生产线进行技术改造并从日本住友引进了相关技术，1996年建成了顶管生产线。生产规格：外径：200～1100mm；壁厚：20～200mm；长度：≤8500mm。产品品种：电站锅炉用高压、高温钢管，电力工业用钢管，化学工业用钢管，机械结构用管，压力容器用管及离心铸造的管摸；年产量：2万吨。
6 {8 t! A9 V! {$ G2 t其热加工生产线由一台45MN（4500吨）立式水压机用于冲孔；一台20MN（2000吨）卧式水压机用于1次或多次顶伸“U”型坯，实现减壁减径，成型钢管；七座车底炉（3X6米和4X11米，用于加热管坯和毛管）；气割设备（用于切头尾及取样）等设备组成。顶管所需的管坯为八角形钢锭。最大管坯锭重26吨。工艺特点为每支管子最多顶5道次，管坯降温后需再加热，反复加热、顶伸，直到加工成要求尺寸。
! l) h" c: L( E2 r  y1.5其它机型
) G& Y; W0 u2 [0 q其间包头的Φ400mm自动轧管机组、攀钢集团成都无缝厂的Φ216mm、Φ318mm皮尔格轧管机组及Φ650mm热扩机组都进行了多次技术改造，使产量和质量均有了很大提高，为我国大口径无缝钢管生产做出了较大的贡献。

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2无缝钢管生产的发展
" G0 a" g$ K. p  P+ w2.1产量分析
从（1984~2003年）我国无缝钢管产量及冷拔比例图表中可看出，近20年来，随着新机组的建成投产，无缝钢管产量大幅度增加，平均年增加产量28.59万吨，增长率为22.34%；前16年（1984~2003年）平均年增加18.01万吨，增长率为14.10%； 2000年以后增长速度更快，2000~2003年，平均年增加70.93万吨，增长率达17.06%；。以前极不合理的冷拔比例过高的现象（1982年为37.3%）已经有所改变，但冷拔无缝钢管产量自1992年以来基本保持不变，说明虽然我们热轧管产量增加很快，冷拔管产量并没有如人们常说的“以热代冷”而减少，仍维持在20%左右；而美国一般低于10%、日本低于5%；今后我们在小规格热轧管的品种结构方面仍有许多工作要做。
  N( D7 ?/ _' j+ H; e- p' }$ [2.2品种分析
2 t: x; T1 r! i! r油井管、气瓶管、蓄能器管、管线管
3技术装备分析
# K. J1 @1 [9 J0 L" k+ y' E9 n3.1现状
+ u; x" J8 m5 H% N" O* J2 Y3 k$ w" P$ }目前，各机组均实现了全生产线的计算机控制与管理，各轧机都可进行全自动、半自动和手工操作；轧制表、轧制工具等工艺参数的计算机应用，可有效地避免了许多人为因素造成的生产事故，从而确保了产品质量可在一个高水平上的稳定。一些先进的机组还采用了计算机网络管理，取消了纸张报表，实现了通过计算机传递数据信息、报表的无纸办公。
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。
3.2新技术--PQF简介
3.2.1孔型设计
1 n2 x, o- n: I4 T采用三辊设计的孔型比传统的两辊设计的孔型圆度好，且孔型的半径差小，有利于轧件的均匀变形和轧辊的均匀磨损。轧槽底部和轧槽顶部之间的圆周速度差较小，从而能在稳定的条件下使轧制时的金属变形更加均匀。凸缘面积(不与轧辊或芯棒接触的管子面积。也就是辊缝处壁厚/外经的凸起面积 ) 有所减小，即流向凸缘的金属量减少了。这一优点在轧制不受外端及其它机架约束的钢管尾端时尤为重要。事实上钢管尾端在三辊式轧管机上轧制时受控是由于凸缘面积较小（比二辊式的小30%左右）以及轧槽底部与轧槽顶部间的圆周速度差较小的缘故。因此，能避免或大大减少管端折叠和飞刺形成。因圆周压应力较高，从而能在轧制时使辊缝处产生的纵向拉应力的危险性大大降低。孔型中芯棒的稳定性较高。
3 {! D% t8 k9 y: O6 y7 g3.2.2工艺上的改进方面
8 w0 _5 ~& a; }# N$ a# a# v# u# R较高的轧制稳定性：造成管子缺陷的孔型过充满/未充满之类的现象大大减少或消除。尾端飞刺的消除使工具寿命、金属收得率和轧制稳定性有所提高。辊缝处的纵向拉应力临界作用的减弱,使轧制薄壁管和难变形钢种的能力有所提高。三个轧辊上的压力分布基本均匀,而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。管子离开轧机时其横截面上的温差非常小，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。
$ N3 M/ F  a' ?3.2.3使成品管子及工具寿命受益
管子壁厚精度得到显著的提高；较好的内表面质量，外表面特别光滑；管子外径和壁厚精度高；生产的灵活性大大提高；薄壁管（D/s＝母管直径/壁厚可达58）和高合金钢都能轧制；收得率显著提高；成品管的晶粒度较细；效率较高；工具消耗大大降低（达50%）。
8 ?2 P! P, ^+ A7 j7 d9 x! Y9 M3.3在建机组
" F0 ?1 x! r  L$ E: ~/ o1 R* V% `6 w当前，国内还有几套无缝钢管机组正在建设中，如：攀成钢Φ340mmMPM机组，设计年生Φ219~406mm钢管50万吨；；衡阳钢管Φ273mmMPM机组，设计年生Φ139.7~361mm钢管50万吨；天津钢管公司Φ219mmASSEL机组，设计年生Φ89~219mm钢管10万吨。这些机组的自动控制和在线检测水平都非常高，随着这些机组的投产势必进一步提升我国无缝钢管制造业的整体水平；增加产量，为我国的无缝钢管发展注入新的活力。
4结语
4.1近20年来我们新建的多套各种先进的机型轧管机组，数量之多、机型之全堪称世界之最；对各类轧管机有了较深的研究，在产品品种、质量上取得了较大的突破，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；但在管坯加热炉的炉型选择上还是显得有些单一，各机组均使用环形炉加热管坯，因管坯加热质量原因，致使我们有些高精度轧机没能充分发挥其特长，产品的壁厚精度并不是很高；而1983年后日本兴建的四套无缝钢管机组有三套采用步进炉加热管坯；美国1983年后新建两套无缝钢管机组均采用步进炉加热管坯，俄罗斯1997建造的无缝钢管机组也是采用步进炉加热管坯，其轧管机水平与我们的相近，而钢管的壁厚精度要高与我们；这是值得引起我们从事无缝钢管生产的人们深思的的一个问题；步进炉的加热质量优于环行炉在这里就不讨论了；
4.2生产厂家基本上是各自为政，所有品种都轧，没能真正充分发挥各机组的特长，如能形成像日本JIF、法德瓦鲁勒克-曼内斯曼、德兴集团那样的战略联盟，各机组既有分工又有合作，最大限度地发挥各自的特长，我国无缝钢管不但在产量上是世界第一，在品种、质量上也会登上一个新的高峰。