厚壁无缝钢管大品牌品质优

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。

在钢管超声波探伤中通常称壁径比 t/D∧0.2 的钢管为超厚壁钢管。 对此种钢管的探伤， 若采用常规的横波反射法已无法探测其纵向内壁缺陷， 需采用特殊的方法检测。 曾发生过未经探伤的超厚壁钻铤管在使用过程中发现有大量纵向内壁缺陷，导致项目工期延误， 造成巨大经济损失的情况。 因此，亟待研究出一种探测超厚壁钢管纵向内壁缺陷的方法。 本研究通过对超厚壁钢管超声波探伤纵向内壁缺陷的大量试验和分析， 利用变型横波探测其纵向内壁缺陷， 使得钢管壁厚的检测范围增大， 经实际验证取得了很好效果。
1 钢管横波反射法探伤原理
钢管横波反射法探伤是超声波倾斜入射到钢管表面时， 在有机玻璃和钢管的界面上产生折射和波型转换， 且折射波与入射波的方向关系符合斯奈尔定律， 当入射角 α 选择在 临界角 αⅠ和第二临界角 αⅡ之间时， 钢管中只产生单一横波， 从而实现钢管内外壁缺陷的同时探测。 其入射角的选择必须满足以下 2 个条件： ①声束入射后在钢管中仅产生折射横波； ②折射横波声束能扫查到钢管内壁。

2 超厚壁钢管的探伤方法
分析超声波倾斜入射时的反射、 折射和波型转换现象可知， 当入射角小于 αⅠ时， 钢管中的超声波为折射纵波和折射横波同时存在， 折射纵波在钢管外壁上发生波型转换， 产生反射横波（即变型横波）投射到钢管内壁上， 以此来检测超厚壁钢管的内壁缺陷（通过改变探头的入射角可以使变型横波与钢管内壁相切或相交）。由超声波斜入射至有机玻璃/钢界面的声压往复透射率（图 2）可知， 当入射角 α 小于 临界角（27.6°）时， 入射波转换为折射横波的声压往复透射率 TLS 很低， 不足 10%， 即透射到钢管中的折射横波强度很弱， 探测超厚壁钢管内壁缺陷效果极差； 而入射波转换为折射纵波的声压往复透射率TLL 较高， 约 25%［1］， 这说明在折射过程中大部分能量存在于折射纵波中， 折射纵波在管壁反射后产生的变型横波也具有较高的能量［2］， 所以对内壁缺陷的探伤灵敏度明显高于折射横波。 用变型横波斜射法检测超厚壁钢管内壁缺陷是一种较为理想的方法， 这在实践中已得到充分证明。

“6年时间建造一个核电站，3年时间在等待锻件。”10年前说起我国对核电建设中的关键锻件大口径厚壁无缝钢管无法自主生产的窘境，曾有许多业内人士无奈地发出这句感慨。

“自主制造万吨级重型设备已不是难事，我们的目标是中国“极端制造”领跑世界。”如今再谈及这一话题，清华大学机械工程系重型装备研究团队成员的眼里已满是自信的光芒。

从2009年内蒙古3.6万吨垂直挤压机挤出 根厚壁无缝钢管打破国外垄断，到2015年青海6.8万吨挤压和模锻双功能重型压机挤出世界 长度的无缝钢管实现国际领先，短短几年技术创新突破，我国自主生产电力用高端耐热无缝钢管替代进口并跻身国际市场的夙愿正在成为现实。

“联手清华大学5年攻坚克难，世界首台6.8万吨重型压机能够完成95%以上的航空模锻件的生产，首根碳钢无缝钢管长达12.8米，直径630毫米，壁厚110毫米。”近日发布这一消息的青海康泰锻铸机械有限责任公司备受瞩目，公司技术研发部部长安杰告诉记者，6.8万吨多功能压机是目前世界上惟一具备模锻和挤压两个功能的 吨位的压机，可挤压生产核电和高参数超超临界火电机组高合金、难变形、大口径厚壁新型管材，也可锻造出航空、航天工业等领域大型和特大型钛合金、高温合金、超高强度金属等难变形锻件。

为什么要自主研发大吨位重型压机生产厚壁无缝钢管？世界 长度意味着什么？项目主要负责人清华大学机械工程系重型装备研究所教授吴任东给出了答案。

大口径厚壁无缝钢管是60万千瓦以上超临界、超超临界火力发电项目必不可少的装备，其制造依赖于重型压机，然而重型压机的制造技术却长期被国外垄断，我国一度只能高价进口。作为装备大国、电力大国，只有打破这样的尴尬处境才能真正在国际领域占有一席之地。

不仅如此，制造万吨级重型设备标志着一个 的制造能力，涉及设计、制造、运输、安装等诸多技术难题，属于“极端制造”领域，成功虽极其不易，但没人不想抢占先机。对已经积累了深厚技术经验的中国来说，打破国外垄断只是阶段性成果，领先国际水平形成 优势并掌握市场定价权才能在竞争中立于不败之地。

“更重要的，在应用领域，更长、更厚的无缝钢管是今后产品发展的方向。”吴任东说，随着电站功率增大以及海上钻油深度不断增加，对厚壁钢管的口径要求越来越大，而高合金钢管普遍存在难以焊接的问题也对厚壁钢管的长度提出更高要求。“值得一提的是，经过论证，6.8万吨重型压机已具备挤压生产长度18米、外径1.5米的难变形合金大口径厚壁钢管，这远远超过了世界同类其他设备的水平。”

据了解，截至目前，6.8万吨重型压机项目已累计完成投资11亿元，完成了压机工艺主辅设备安装及调试。在2015年的四次试制过程中，6.8万吨压机均成功挤出长度超过14米的厚壁钢管，尤其是高合金、大口径钢管的调试成功验证了压机当初设计的挤压功能和各项技术数据已达到设计指标，也证明挤压功能已经满足生产要求。

作为完全自主研发的建设项目，企业的更多突破也丰富了“世界先进水平”的内涵。安杰介绍，在挤压工艺完成过程中，一线技术人员解决了压机镦粗、穿孔前的外表面除鳞问题以及压机挤管前的外圆及内孔的玻璃润滑问题，为成功挤出世界 长度钢管奠定了坚实的基础。