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众所周知,采用大口径厚壁管道(外径400mm以上,外径与壁厚比为55~90)输送液体和汽体物质是为合理经济的,但是,随着被输送液体和汽体的温度和压力的升高,管道破裂的危险也增大。为了保证管道的有效必需从材料和生产工艺二个方面提高质量以满足性能要求。就钢管生产工艺而言重点在于采用什么方法生产毛坯。
钢管的工作应力及壁厚关系
图1所示为一圆柱形容器,其直径为D,壁厚为长度为L在内压p的作用下,容器的鈥、横截面上都将产生应力日,用截面法将容器沿截面战开,鈥截面上的拉应力为可以类似地推出横截面上的应力仅为上述应カ的一半。传递高压流体的管道的危险截面是鈥截面。设想火电站汽水管汽水压カ为5MPa约50大气压),内直径D为1000mm,壁厚为10mm,汽水管鈥截面上将产生约250MPa的工作应カ。
考虑温度对屈服极限的影响一般中低碳钢是无法胜任的但采用高强度合金钢则不仅价格高而且成形更为困难。因此采用高治金质量的低碳钢制作厚壁管就显得十分经济。
因为壁厚增加一倍,则应力σ降到原来的一半;汽水在管道中长期流动腐蚀不可避免,壁厚大则管道的寿命也可延长2沖孔拉仲法成形大口径厚壁管将加热好的钢锭放入冲孔胎模中先冲一个盲孔,然后放入拔伸胎模中进行拔长而生产厚壁管的方法称为冲孔拉伸法。
厚壁钢管小口径厚壁无缝管是指外径和壁厚之比小的钢管，目前小口径可达到3mm，壁厚小到1mm.。常见规格为：外径mm壁厚mm;;;;小口径厚壁无缝钢管重量公式:[(外径-壁厚)*壁厚]*0.02466=kg/米(每米的重量)
主要用做石油地质钻探管、石油化工用的裂化管、锅炉管、轴承管以及汽车、拖拉机、航空用高精度结构管等。;;;;小口径厚壁无缝钢管材质包括：10#、20#。25#、35#、45#、16Mn等。
生产工艺流程圆管坯→加热→穿孔→三辊斜轧、连轧或挤压→脱管→定径（或减径）→冷却→矫直→水压试验（或探伤）→标记→入库按生产方法不同可分为热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管等，;热轧无缝管一般在自动轧管机组上生产，实心管坯经检查并表面缺陷截成所需长度，在管坯穿孔端端面上定心然后送往加热炉加热在穿孔机上穿孔在穿孔同时不断旋转和前进，在轧辊和顶头的作用下，管坯内部逐渐形成空腔称毛管，再送至自动轧管机上继续轧制 经均整机均整壁厚，经定径机定径，达到规格要求，利用连续式轧管机组生产热轧无缝钢管是较先进的方法，若欲获得尺寸更小和质量更好的无缝管，必须采用冷轧冷拔或者两者联合的方法冷轧通常在二辊式轧机上进行，钢管在变断面圆孔槽和不动的锥形顶头所组成的环形孔型中轧制，冷拔通常在单链式或双链式冷拔机上进行挤压法即将加热好的管坯放在密闭的挤压圆筒内穿孔棒与挤压杆一起运动，使挤压件从较小的模孔中挤出，此法可生产直径较小的钢管。
常用材质为：10#无缝钢管、20#无缝钢管、45#无缝钢管、SA106B无缝钢管、ST45.8-Ⅲ低合金无缝钢管、20cr、40cr、16Mn低合金无缝钢管、Q345D低温合金无缝钢管、27SiMn低合金无缝钢管、12Cr1MoVG合金管、15CrMo、10CrMo910、Cr5Mo合金管、A335P11合金管、10CrMo910(P22)合金管、A335P91(T91)合金管、钢研102(12Cr2MoWVTiB)结构管：（GB/T）、流体管：（GB/T）、中低压锅炉管：（GB/T）、高压锅炉管：（GB/T）、石油裂化管：（GB/T）、液压支柱管：（GB/T）、化肥专用管：（GB/T）、钻探用钢管：（GB/T）、船舶用管：（GB/T）、合金管：（GB/T）、高压合金管：（GB/T）等一系列的钢管产品。材质为：10#、20#、35#、45#、20G、20Gr-50Gr、16Mn-45Mn、27SiMn、Cr5Mo、12CrMo(T12)、12Cr1MoV、10CrMo910、T91、15CrMo、35CrMo、40CrMo等一系列的钢管材质。
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近年来我国钢结构工程建设迅速发展,其中大跨度和空间钢结构等也得到了广泛应用,此类结构的用材特点是大量应用圆管管材,而且随着跨度、荷载的加大,要求更大的直径与壁厚,有时还需要更小的径厚比。如新首都机场大量采用大直径锥形、梭形厚壁管柱,主要规格为D3083×60、D2850X55与D1850X50(图1);新广州电视塔立柱钢管为D2000X50(40),并以很小斜率沿长度方向变径;北京电视塔圆管柱为D1200X60,其径厚比为18;原五棵松体育文化中心方案曾要求采用D1000X100的厚壁无缝钢管,其径厚比仅为8,世界上只有极少数厂家可生产．
厚壁钢管的类别与特点
(1)关于管材的壁厚分类尚无明确统一的标准,若按《冷弯薄壁型钢结枃技术规范》、《钢结构设计规范》规定,圆管(冷加工成型)的厚度不宜大于25mm。故钢结构用管材的壁厚类别可大致可分为:薄壁管一一壁厚＜6mm;中等壁厚管壁厚=8mm~28m;厚壁管一一厚壁t≥30mm。关于圆管的径厚比要求,按局部稳定条件,壁厚不应过小,规范规定相应径厚比限值应不大于而按冷加工(卷制、压制)条件为防止过大性变形与残余应力,壁厚又不应过大,其相应径厚比不宜小于20(按内径计算)。
(2)厚壁管按加工方法可分为以下四类
①热扩无缝钢管一一将已轧制成的厚壁无缝钢管
加热后再次挤压、扩张并拉伸成型, 规格为D720X40(径厚比D/t=16),因为热扩成型,除有冷却过程中的残余应力外,并无小径厚比的冷加工变形和残余应力。但因热扩中温度、速度的不均匀性其壁厚公差可达土25%。一般不适用于钢结构。
②热卷成型管将钢板
均匀加热到900~1000℃后,在卷管机上卷制成型,一般需经二次加热与二次卷制,其性能优于冷卷成型管,且可不受径厚比的限制,但加工成本高、效率低,主要用于锅炉、压力容器工程
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