力學(xué)性能

鋼材力學(xué)性能是保證鋼材最終使用性能（機(jī)械性能）的重要指標(biāo)，它取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理制度。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)不同的使用要求，規(guī)定了拉伸性能（抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率）以及硬度、韌性指標(biāo)，還有用戶(hù)要求的高、低溫性能等。

①抗拉強(qiáng)度（σb）

試樣在拉伸過(guò)程中，在拉斷時(shí)所承受的最大力（Fb），除以試樣原橫截面積（So）所得的應(yīng)力（σ），稱(chēng)為抗拉強(qiáng)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(diǎn)（σs）

具有屈服現(xiàn)象的金屬材料，試樣在拉伸過(guò)程中力不增加（保持恒定）仍能繼續(xù)伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力，稱(chēng)屈服點(diǎn)。若力發(fā)生下降時(shí)，則應(yīng)區(qū)分上、下屈服點(diǎn)。屈服點(diǎn)的單位為N/mm2（MPa）。

上屈服點(diǎn)（σsu）：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力； 下屈服點(diǎn)（σsl）：當(dāng)不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)，屈服階段中的最小應(yīng)力。

屈服點(diǎn)的計(jì)算公式為：

式中：Fs--試樣拉伸過(guò)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(zhǎng)率（σ）

在拉伸試驗(yàn)中，試樣拉斷后其標(biāo)距所增加的長(zhǎng)度與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比，稱(chēng)為伸長(zhǎng)率。以σ表示，單位為%。計(jì)算公式為：σ=（Lh-Lo）/L0*100%

式中：Lh--試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度，mm； L0--試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度，mm。

④斷面收縮率（ψ）

在拉伸試驗(yàn)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(chēng)為斷面收縮率。以ψ表示，單位為%。計(jì)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(biāo)

金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力，稱(chēng)為硬度。根據(jù)試驗(yàn)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(duì)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(yàn)力（F）壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗(yàn)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(jì)算公式為：

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

測(cè)定布氏硬度較準(zhǔn)確可靠，但一般HBS只適用于450N/mm2（MPa）以下的金屬材料，對(duì)于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，布氏硬度用途最廣，往往以壓痕直徑d來(lái)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(yàn)力作用下，保持30s（秒）測(cè)得的布氏硬度值為120N/ mm2（MPa）。

用途

無(wú)縫鋼管用途很廣泛。一般用途的無(wú)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(lèi)供應(yīng)：a、按化學(xué)成分和機(jī)械性能供應(yīng)；b、按機(jī)械性能供應(yīng)；c、按水壓試驗(yàn)供應(yīng)。按a、b類(lèi)供應(yīng)的鋼管，如用于承受液體壓力，也要進(jìn)行水壓試驗(yàn)。3、專(zhuān)門(mén)用途的無(wú)縫管有鍋爐用無(wú)縫管、地質(zhì)用無(wú)縫鋼管及石油用無(wú)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(guò)熱處理交貨的稱(chēng)熱軋或冷拔（軋）狀態(tài)或制造狀態(tài)；經(jīng)過(guò)熱處理交貨的稱(chēng)熱處理狀態(tài)，或根據(jù)熱處理的類(lèi)別稱(chēng)正火（�；�）、調(diào)質(zhì)、固溶、退火狀態(tài)。訂貨時(shí)，交貨狀態(tài)需在合同中注明。重量交貨狀態(tài)：
實(shí)際重量－－交貨時(shí)，其產(chǎn)品重量是按稱(chēng)重（過(guò)磅）重量交貨；
理論重量－－交貨時(shí)，其產(chǎn)品重量是按鋼材公稱(chēng)尺寸計(jì)算得出的重量。

生產(chǎn)工藝

①熱軋無(wú)縫鋼管主要生產(chǎn)工序（△主要檢驗(yàn)工序）：

管坯準(zhǔn)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(yàn)△(無(wú)損、理化、臺(tái)檢) →入庫(kù)

②冷軋（拔）無(wú)縫鋼管主要生產(chǎn)工序：

坯料準(zhǔn)備→酸洗潤(rùn)滑→冷軋（拔）→熱處理→矯直→精整→檢驗(yàn)

一般的無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)工藝可以分為冷拔與熱軋兩種，冷軋無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)流程一般要比熱軋要復(fù)雜，管坯首先要進(jìn)行三輥連軋，擠壓后要進(jìn)行定徑測(cè)試，如果表面沒(méi)有響應(yīng)裂紋后圓管要經(jīng)過(guò)割機(jī)進(jìn)行切割，切割成長(zhǎng)度約一米的坯料。然后進(jìn)入退火流程，退火要用酸性液體進(jìn)行酸洗，酸洗時(shí)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(shuō)明鋼管的質(zhì)量達(dá)不到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。外觀上冷軋無(wú)縫鋼管要短于熱軋無(wú)縫鋼管，冷軋無(wú)縫鋼管的壁厚一般比熱軋無(wú)縫鋼管要小，但是表面看起來(lái)比厚壁無(wú)縫鋼管更加明亮，表面沒(méi)有太多的粗糙，口徑也沒(méi)有太多的毛刺。

熱軋無(wú)縫鋼管的交貨狀態(tài)一般是熱軋狀態(tài)經(jīng)過(guò)熱處理后進(jìn)行交貨。熱軋無(wú)縫鋼管在經(jīng)過(guò)質(zhì)檢后要經(jīng)過(guò)工作人員的嚴(yán)格的手工挑選，在質(zhì)檢后要進(jìn)行表面涂油，然后緊接著是多次的冷拔實(shí)驗(yàn)，熱軋?zhí)幚砗笠�進(jìn)行穿孔的實(shí)驗(yàn)，如果穿孔擴(kuò)徑過(guò)大就要進(jìn)行矯直矯正。在矯直后再由傳送裝置傳送到探傷機(jī)進(jìn)行探傷實(shí)驗(yàn)，最后貼上標(biāo)簽、進(jìn)行規(guī)格編排后放置到到倉(cāng)庫(kù)當(dāng)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(yàn)（或探傷）→標(biāo)記→入庫(kù) 無(wú)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(wú)縫鋼管的規(guī)格用外徑*壁厚毫米數(shù)表示。

熱軋無(wú)縫管外徑一般大于32mm，壁厚2.5-200mm，冷軋無(wú)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(wú)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(wú)縫管主要用于流體輸送管道。45、40Cr等中碳鋼制成的無(wú)縫管用來(lái)制造機(jī)械零件，如汽車(chē)、拖拉機(jī)的受力零件。一般用無(wú)縫鋼管要保證強(qiáng)度和壓扁試驗(yàn)。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(shí)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(guò)粗軋和精軋，最終厚度為1~20mm。同時(shí)，由于鋼板的寬厚比小，尺寸精度要求相對(duì)低，不容易出現(xiàn)板形問(wèn)題，以控制凸度為主。對(duì)于組織有要求的，一般通過(guò)控軋控冷來(lái)實(shí)現(xiàn)，即控制精軋的開(kāi)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(yàn)（探傷）→標(biāo)記→入庫(kù)。

質(zhì)量要求

（一）質(zhì)量要求

①鋼的化學(xué)成分：鋼的化學(xué)成分是影響無(wú)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(dāng)控制

c. 有害元素：嚴(yán)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(xué)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(yùn)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(jì)參數(shù)和調(diào)整參數(shù)，工具質(zhì)量及其潤(rùn)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(zhǎng)度：正常長(zhǎng)度、定（倍）尺長(zhǎng)度、長(zhǎng)度允許偏差

e. 鋼管彎曲度：表示鋼管的彎度：每米鋼管長(zhǎng)度的彎曲度、鋼管全長(zhǎng)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(xiǎn)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(xiàn)、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(lái)的。

② 生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的，如軋制工藝參數(shù)設(shè)計(jì)不正確，模具表面不光滑，潤(rùn)滑條件不好，孔型設(shè)計(jì)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(guò)程中，如果因?yàn)榧訜釡囟瓤刂撇划?dāng)，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(guò)大的殘余應(yīng)力，那么也有可能導(dǎo)致鋼管產(chǎn)生表面裂紋。

6．鋼管理化性能：常溫力學(xué)性能、高溫力學(xué)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(xué)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(kuò)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(wú)縫鋼管質(zhì)量檢驗(yàn)方法：

1．化學(xué)成分分析：化學(xué)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(cè)厚儀，兩端不少于8點(diǎn)并記錄。

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

③鋼管長(zhǎng)度檢查：鋼卷尺、人工、自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)。

④鋼管彎曲度檢查：直尺、水平尺（1m）、塞尺、細(xì)線(xiàn)測(cè)每米彎曲度、全長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗(yàn)、標(biāo)識(shí)、鋼管轉(zhuǎn)動(dòng)。

②無(wú)損探傷檢查：

a. 超聲波探傷UT：

對(duì)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(biāo)準(zhǔn)：GB/T 5777-1996 級(jí)別：C5級(jí)

b. 渦流探傷ET：（電磁感應(yīng)）

主要對(duì)點(diǎn)狀（孔洞形）缺陷敏感。 標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 7735-2004

級(jí)別：B級(jí)

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(cè)。

標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 12606-1999 級(jí)別： C4級(jí)

d. 電磁超聲波探傷：

不需要耦合介質(zhì)，可以應(yīng)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(cè)鋼管表面缺陷。

4．鋼管理化性能檢驗(yàn)：

①拉伸試驗(yàn)：測(cè)應(yīng)力和變形，判定材料的強(qiáng)度（YS、TS）和塑性指標(biāo)（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(biāo)距。

備注：試樣斷后伸長(zhǎng)率與試樣尺寸有關(guān) GB/T 1760

②沖擊試驗(yàn)：CVN、缺口C型、V型、功J 值J/cm2

標(biāo)準(zhǔn)試樣10×10×55（mm） 非標(biāo)試樣5×10×55（mm）

③硬度試驗(yàn)：布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、維氏硬度HV等

④液壓試驗(yàn)：試驗(yàn)壓力、穩(wěn)壓時(shí)間、 p=2Sδ/D

5．鋼管工藝性能檢驗(yàn)過(guò)程：

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

L=40～100mm 單位長(zhǎng)度變形系數(shù)=0.07～0.08

②環(huán)拉試驗(yàn)：L=15mm 無(wú)裂紋為合格

③擴(kuò)口和卷邊試驗(yàn)：頂心錐度為30°、40°、60°

④彎曲試驗(yàn)：可代替壓扁試驗(yàn)（對(duì)大口徑管而言）

6．鋼管金相分析：

①高倍檢驗(yàn)（微觀分析）：非金屬夾雜物100x GB/T 10561 晶粒度：級(jí)別、級(jí)差

組織：M、B、S、T、P、F、A-S

脫碳層：內(nèi)、外。

A法評(píng)級(jí)：A類(lèi)-硫化物 B類(lèi)-氧化物 C類(lèi)-硅酸鹽 D-球狀氧化 DS類(lèi)。

②低倍試驗(yàn)（宏觀分析）：肉眼、放大鏡10x以下。

a. 酸蝕檢驗(yàn)法。

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

c. 塔形發(fā)紋檢驗(yàn)法：檢驗(yàn)發(fā)紋數(shù)量、長(zhǎng)度及分布。

（三）中國(guó)現(xiàn)行無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)：

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

2．常用標(biāo)準(zhǔn)：

① GB/T 2102-2006 鋼管的驗(yàn)收、包裝、標(biāo)志和質(zhì)量證明書(shū)。

② GB/T 17395-2008 無(wú)縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差。

③ GB 5310-2008 高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管。

④ GB 9948-2013 石油裂化用無(wú)縫鋼管。

⑤ GB 6479-2013 高壓化肥設(shè)備用無(wú)縫鋼管。

⑥GB 18248-2008 氣瓶用無(wú)縫鋼管。