精密轧制无缝钢管及其性能分析

作者简介：张玉（1989.08—），男，民族：汉，山东省临沂市，本科，研究方向：机械制造

摘要：随着化工等行业的不断发展，现阶段为满足高质量的化工生产、制作、加工等需求，高质量、高精度的精密轧制无缝钢管广泛投入使用。为进一步保障钢管的使用质量，使其充分满足化工行业的各项工作要求，在加工、设计钢管时，可以采取合理措施，仔细检验分析钢管的各项性能。因此精密轧制无缝钢管及其性能分析受到广泛关注，相关理论研究及实践探索大量涌现。基于此，简单分析精密轧制无缝钢管的概念和应用现状，深入探讨相关的性能试验分析方法，以供参考。

关键词：精密钢管；无缝钢管；性能分析

引言：近年来精密轧制无缝钢管在我国各地广泛投入使用，具有可批量生产、体积小、表面强度高、精度高等优点。但结合实际调研可以发现，该类型无缝钢管的使用环境对使用性能提出较为严苛的要求，需要持续优化性能，使钢管达到使用标准。根据该情况，本文围绕精密轧制无缝钢管及其性能的分析开展具体研究。

1.精密轧制无缝钢管概述

1.1概念

精密轧制无缝钢管主要指利用冷拔或冷轧加工工艺处理后的高精密度钢管，具有管道内壁和外壁无氧化层的构造特点，还具有冷弯不变形、压扁无裂缝、高强度、高光洁度等应用优势。

1.2应用

精密轧制无缝钢管具有应用范围广泛的特点，现阶段在机械制造、化工、石油天然气、电力、航空航天、医疗器械制造、船舶设备制作等多个领域中都有应用。例如，在电力行业中，可利用精密轧制无缝钢管制作换热器和锅炉等关键的电力设备，满足供热、供电、发电等需求。在石油天然气领域中，可利用钢管制作天然气输气管道、石油化工设备管道，有效满足石油与天然气的运输、开采、加工等需求。

2.精密轧制无缝钢管性能实验分析

2.1冲击韧性

精密轧制无缝钢管性能分析中，可以采用冲击试验，分析判断钢管横、纵等不同方向的冲击韧性情况。试验过程中选择两种规格不同的钢管，并选择冲击功、温度作为主要的试样值，之后多次测试两种钢管横纵方向的冲击力，取平均值作为最终的试验结果。最终的试验结果表明，两种规格的冲击性能都符合了相应的使用标准要求，并且在同样的试验环境温度中，规格更大的钢管和规格更小的钢管相比，整体的击功更高。此外，还可以分别对比分析两种规格钢管的不同方向冲击韧性情况，试验结果表明，规格更小的精密轧制无缝钢管横向冲击功，会显著低于纵向冲击功。而规格更大的钢管，纵向与横向的冲击功基本一致。

其次，除了冲击试验，还可以利用具体的加工工艺，分析钢管的冲击韧性。例如，可以选择高温强度、常温强度性能、规格一致的两个钢管，之后分别使用斜轧工艺和皮尔格轧制工艺处理两个钢管。最终的实验结果表明，由于斜轧加工工艺会对钢管造成相同的横纵向变形作用力影响，因此两个钢管的横纵向冲击韧性情况差别不大，而使用皮尔格轧制工艺后，钢管会出现纵向变形比横向变形大的情况，从而导致两个钢管的横纵向韧性差异较大[1]。此外，使用这两种工艺测验钢管的冲击韧性，还会在一定程度上影响钢管的延展性、拉伸性等性能，和钢管的金相组织分析结果，存在有无明显带状组织的差异。

2.2腐蚀性能

在分析精密轧制无缝钢管性能时，可以采用显微镜等工具，以微观分析法，检验钢管的耐腐蚀性能是否合格。例如，可以采用透射电镜分析方法，分别对正火状态和热轧状态下的钢管，进行薄膜透射电镜分析处理，进一步明确正火热处理，对珠光体析出相和片层间距造成的影响，最终的实验结果表明，珠光体在平均片层间距较小的情况下，可以起到良好的环境腐蚀抑制效果，钢管具有较高的耐腐蚀性能，反之钢管在长时间下，无法有效抑制环境腐蚀。

同时在钢管的腐蚀性能检测分析中，可以判断钢管的腐蚀风险、腐蚀程度等情况。例如，可以绘制快慢速极化曲线，之后利用曲线在钢管中，对无损区域和裂纹活化区（尖部）的电化学腐蚀情况、腐蚀差异进行分析判断，确定硫化物应力腐蚀诱发开裂的概率。在此过程中，可以灵活设置不同速度的扫描条件，通过快速扫描速度，可以在整体实验过程中，对试样钢管表面的裸露状态实时监测，有效反映出表面的应力腐蚀情况、裂纹活化区的电化学行为，通过慢速的扫描条件，可以有效反映出钢管中非裂纹活化区域的电化学行为。最终的实验结果表明，快速扫描条件下的腐蚀电位，存在低于慢速扫描曲线的情况，整体的裂纹活化区电化学活性高，钢管不容易出现腐蚀问题。

2.3拉伸强度

拉伸强度是精密轧制无缝钢管的关键力学性能指标，可以设置不同的实验条件，监测钢管的拉伸性能、屈服强度、抗拉强度等实际情况。实验过程中可以设定合适的在线快冷参数，将钢管在线快冷处理和轧制处理，之后对钢管进行力学性能检测，分析判断钢管的具体拉伸强度。实验结束后可以绘制完善的试验钢轧态和过快冷后拉伸性能对比图，通过分析图像，能够清晰明确钢管在周向上和轴向上都有较为均匀、良好的拉伸性能，整体的在线快冷控制良好，在线快冷钢管的平均屈服强度，与未经过在线快冷处理的轧态钢管相比显著提高，二者的屈服强度的提高率也存在较大的差异。但未经过在线快冷精密无缝钢管的延伸率平均值较高，与在线快冷处理后钢管的延伸率相比，平均值更高，经过在线快冷的钢管的整体延伸率，会呈现降低的趋势，但仍然可以有效满足标准钢管的使用标准要求。

此外，可以使用高温试验检测钢管的拉伸强度，选择两组材料和规格不同的钢管作对照组，分别设置不同的温度条件，按照横纵向将钢管高温拉伸。最终综合比对钢管的高温力学性能，能够发现两类钢管高温拉伸强度、横纵向拉伸强度之间无明显差别。

2.4温度性能

精密轧制无缝钢管性能分析中，可以重点关注钢管温度性能、冷却性能方面的检测，使用超高压射流超快冷却传热方法，合理设置传热边界条件，观察钢管在实验全程的温度情况、冷却情况、传热隔热情况。通常在钢管的初期冷却阶段，钢管表面会处于膜沸腾的状态，冷却而产生的水雾，也会在钢管表面覆盖，如果数量较多，还会导致钢管表面形成性质稳定的过热蒸汽膜，该膜产生后，会阻碍钢管表面和冷却介质直接接触，钢管整体的换热系数较小[2]。

同时在观察期间，实验人员还可以调整实验温度，分析钢管在不同温度条件下的表面温度情况和具体的换热系数。例如，在实验温度下降幅度较小的情况下，冷却介质会出现急剧沸腾的情况，导致大量的热量流失，存在较大的温差，此时钢管的换热系数会呈现近似线性增长的趋势。在温度进一步下降的情况下，如果钢管的冷却速度较快，已经达到尖端或边缘等位置，温度就会出现逐渐降至冷却介质沸点以下的情况，钢管也会进入到对流冷却阶段，整体的换热系数会达到最高峰。

此外，为进一步保障实验的精准性，还可以采用有限元模型，分析验证传热边界条件的设置可行性、有效性，绘制不同实验阶段的钢管冷却温度变化曲线图，和热电偶实测温度对比，检查传热边界条件设置的准确性。

结论：综上所述，性能因素会直接影响精密轧制无缝钢管的整体使用质量。必须聚焦精密轧制无缝钢管应用优势、应用范围等方面的应用情况概述，采取合理措施，分析与优化钢管的韧性、腐蚀性、拉伸性等性能，保障钢管投入使用时获得良好的使用效果。

参考文献：

张涛，毛飞，郑世建.斜轧轧管与皮尔格轧管对大口径薄壁无缝钢管性能影响[J].冶金标准化与质量，2024，62（04）：49-53.

张策，马辉，高琦，等.无缝钢管超高压射流超快冷却传热机理分析与组织性能控制[J].金属热处理，2024，49（11）：69-76.