中国冶金报社
记者 刘加军 报道
7月3日，《中国冶金报》记者来到上海一处建于上世纪90年代的老旧小区。骄阳之下，老旧燃气管网改造正在施工中。《中国冶金报》记者看到，现场摆放的，不再是传统的切削套丝机，而是一台台静谧精准、丝纹如铸的数控滚丝机。只见工人师傅将钢管的一端送入滚丝机，先定尺切断，然后喂入滚轮，十几秒后加工完成的钢管退出。《中国冶金报》记者伸手一摸，螺纹丝滑微热，镀锌层完好无损，钢管内壁平滑如初。
“如果拿切削螺纹和滚压螺纹相比，前者像儿时家里新买的洗衣板上的搓衣齿，粗糙还有些剌手；后者似钟表里的游丝，温润光滑精准流畅，充分展现了阿基米德螺线的优美与生命力。这个加工工艺，正在引发全球金属管道连接技术的革命。”上海泛华紧固系统有限公司董事长周俊对《中国冶金报》记者说。
01切削套丝：隐患难除是其“胎里毛病”
螺纹连接，是钢管行业历史最悠久、应用最广泛的连接方式。时至今日，全球99%以上的钢管螺纹仍采用的是切削套丝加工方式，城市燃气管道也在其中。燃气管道系统中钢管、阀门、三通、调压器、燃气表等均为工厂标准化产品，但与之相连接的管道螺纹接口往往是在施工现场加工而成的，其质量受刀具、设备、人员、材料和环境的多重影响。因此，接口的螺纹质量直接影响了系统中标准元器件的功能，成为影响整个管网安全运行的致命环节。
不幸的是，延续了近一个世纪的切削套丝传统工艺，隐藏着无法根除的隐患，属于“胎里毛病”。
“切削螺纹加工就像屠夫分解猪肉‘去皮、切肉、断骨’。”周俊捡起一根换下来的钢管，指着切削螺纹部分解释道，“旋转的刀具，把钢管的镀锌层像‘去皮’一样给削掉了，把锌铁合金层像‘切肉’一样给挖掉了，‘丢盔卸甲’赤裸的丝扣，安装时就从这里开始锈蚀；切削套丝还会‘断骨’，切削螺纹处，钢管的壁厚和金属都减少了超过1/3，导致连接处承载能力下降≥50%，在长期风吹雨淋后接口更容易出现松动、渗漏，甚至断裂。另外，切削在螺纹表面留下的积屑瘤和鳞刺，导致螺纹表面的粗糙度增加，严重影响接口的密封性能。”
“你说，切削套丝是不是花钱买了个隐患？”周俊幽默地问道。
相关资料显示，美国地震工程学会（EERI）、加州紧急服务办公室以及地质灾害调查机构（GEER）针对2019年7月份美国加州里奇克雷斯特7.1级地震的官方技术勘察报告证实：住宅入户支管和燃气表组普遍采用了传统切削螺纹，在强震及余震剪切力作用下，这些因切削而壁厚减薄的应力集中点发生了脆性断裂或拉脱，导致燃气大量泄漏并引发大火。
“这种套丝工艺的燃气管道，往往都是在接口处出现问题，所以从安全的角度出发，即使其余管体完好，我们也必须更换。”施工现场的一位工程师介绍道。
那么，切削套丝螺纹对接口有效壁厚的影响到底有多大？GB/T 3901 DN40/DN50加厚钢管管壁厚度为4.5毫米，切削套丝后管壁实际厚度为2.24毫米～3.02毫米，全段螺纹根部有效壁厚明显减小，在沉降、振动、外力扰动及地震等情况下，接口处更需要关注强度安全裕度。
周俊对此做过大量对比实验。结果显示，成千上万个采用切削工艺的管螺纹连接点，恰恰是整个管网中最薄弱、最容易出问题的环节。对于燃气管道而言，这意味着泄漏风险和次生灾害；对于消防管道，这意味着关键时刻可能失效；对于千家万户的暖通系统，这意味着管网的效率与寿命大打折扣。
连接密封性不行，靠密封带多缠几圈如何？这确实是常规做法。但是，切削套丝螺纹会影响高层避雷效果。
其原因主要有两个方面：一是切削套丝螺纹因无导电性优于碳钢的锌层，在与有锌层的内螺纹玛钢件连接时形成阻碍雷电流流动的“非等电位”联结；二是填充物多或连接不紧密，产生大接触电阻，也构成有碍于雷电流快速传导的“非等电位”联结。
“去年发生过一起事故，在燃气管道维修时，管道口上方3米处突然出现燃烧，一直没弄清楚原因。后来分析就是因为有静电，而静电的产生就是管道导电性不好。”燃气行业的一位资深专家给《中国冶金报》记者举例。
如何在不破坏钢管表面保护层的前提下加工出高精度、高强度的螺纹？这个问题困扰了全球管道行业近80年。
02“长缨在手”：“切”到“压”引发管道革命
2008年，做了10多年欧美螺纹紧固件成型与检测技术引进的周俊，决定向这个世纪难题发起挑战。
周俊在泛华公司的实验室里向《中国冶金报》记者展示了一台滚丝机的工作过程：“不是用刀具去切削金属管，而是用一组螺纹滚压轮，通过一定的外力，作用于空心金属圆管的螺纹丝扣部分，让螺纹‘长’出来。”
图为记者了解机组性能
看似简单的原理背后，是近20年的艰难攻关。锥管螺纹滚压成型与钢管变形之间的矛盾，曾是全球工程师公认的工艺难题。钢管是具有不圆度的空心薄壁件，滚压时极易变形，而锥管螺纹又有严格的锥度要求，两者之间的平衡极难把握；如果是直缝焊管，还要防止焊缝开裂。
因此，在空心薄壁件上，滚压出阿基米德螺线，无异于在豆腐上刻花。
周俊的团队从国内外历史文献中汲取精华，反复试验、不断迭代，历时近20年。2017年“一种用于滚压管螺纹的滚压头及其设备和应用该设备加工的管圆柱毛坯”获得中国发明专利授权。此后10余年间，围绕这一核心技术，团队累计获得中国内地发明专利8项、中国香港1项、美国与日本各3项，以及英国、德国、法国、加拿大、澳大利亚、印度等国专利各1项。
“冷滚压不切削金属，所以不会破坏镀锌管的表面锌层。”周俊拿起一根滚压螺纹钢管，指着螺纹表面说，“它只是通过滚挤压变形，让金属的组织晶粒更加细化，螺纹表面更加光滑。这大大提升了钢管螺纹的密封性和耐压性能。”
“泛华公司攻克了困扰行业多年的锥管螺纹滚压成型难题，拥有多项国际专利，这是中国钢管行业的骄傲。”上海钢管行业协会副秘书长卢致逵对此高度评价。
今日长缨在手，何时缚住苍龙？革命性技术的硬核优势体现在数据上。
第一是强度。滚压后的管螺纹表面产生冷作硬化效应，金属晶粒被挤压得更加致密，质量没有减少，强度显著提升，堪比钢管焊接连接。
第二是防腐与密封。镀锌层完好保留，没有剥离。在燃气与消防管道应用中，这一优势尤为关键——滚压螺纹的镀锌钢管，热浸镀锌层完好保留，同时起到了金属硬密封作用，结合生料带，密封性更加可靠。
第三是精度。滚压成型的螺纹表面粗糙度远优于切削螺纹，螺纹牙型更加完整与一致，在工程实践中实现了金属管连接质量的高一致性、重复性与可追溯性。
第四是效率。滚压工艺生产效率比切削加工高，操作简单，易于实现自动化，滚压模具寿命长。
第五是安全。滚压螺纹工艺不产生危险的车屑，也没有金属飞溅，滚压螺纹机的转速不超过100转/分钟，加工过程仅使用少量的润滑油，加工噪声也远低于切削加工，因而对安全生产和环境保护十分友好。
《中国冶金报》记者亲自上手加工了一根，十几秒完成。只见螺纹光滑如镜，手触如婴儿皮肤，完全没有毛刺感。
最令人震撼的是节材数据：在保证相同连接强度的前提下，采用滚压管螺纹技术生产的钢管壁厚比切削螺纹减少约20%。这意味着，每生产100万吨钢管，就能节约20万吨钢材——对于年产亿吨级的中国钢管行业而言，这是一个天文数字。此外，密封带用量更是减少90%以上。
图为现场加工
“滚压接口防腐从‘加工后补救’转向‘尽量保留原始防腐体系’，这保证了整个管网系统的防腐完整性和长期耐久性，为GB/T 51455-2023相关条款的实施提供了技术支撑。”周俊说，“也为管网全生命周期‘永垂不朽’（与建筑同寿命），节省国家海量的城市管网更新费用提供了一种可能性。”
“更为关键的是，滚压螺纹技术不是实验室的技术，而是已在上海历经16年逾20万居民用户天然气外墙立管新建与改造工程验证可靠的技术。”一位深度参与上海燃气旧管网改造15年的资深专家介绍说。
“这个小区正在拆迁，你可以看到16年前滚压螺纹钢管的接口怎么样。”周俊带《中国冶金报》记者来到一个正在拆迁的小区，这是上海第一个试点滚压管螺纹技术的燃气用直径32热浸镀锌焊接钢管户外立管改造小区。
没有锈蚀，没有开裂，没有变形，当然更加不会泄漏，这是15年前的滚压螺纹燃气管道给《中国冶金报》记者的第一观感。
2018年，上海燃气有限公司根据上海市住建委的文件要求，在天然气旧管网改造中全面推广使用滚压管螺纹新设备、新技术、新工艺。
此后，这项技术从上海走向全国——武汉、南京、香港、无锡、乌鲁木齐、深圳、徐州等地的燃气管道上，都留下了滚压螺纹钢管的身影。2024年1月份，上海市燃气行业协会《燃气钢管滚压圆锥外螺纹连接技术规程》团体标准发布；当年底，上海首个成片高层建筑燃气外墙立管敷设改造项目完工，由于全面采用滚压管螺纹等新技术，7栋40年房龄1100户居民燃气表、管的内迁外工程，仅用了一个半月便高质量竣工了。2024年底完工的上海市中心苏河湾46层超高层住宅燃气外墙立管项目，全球首次在超高层外墙立管敷设中采用滚压管螺纹连接工艺。该工艺表现出了优异的结构安全适应性与超群的施工装配效率。
“上海市燃气行业协会《燃气钢管滚压圆锥外螺纹连接技术规程》团体标准的发布，是新质生产力在管螺纹加工领域的体现，是钢管外螺纹加工技术的革命性突破，节能且环保，经济和社会效益显著。从更宏观的视角看，这项技术正在推动整个管道加工机械领域的升级换代。它不仅仅是工艺的改进，还是一整套装备、标准、检测体系的全面革新。它撬动的，不仅是一个细分领域的技术进步，还是中国制造向中国智造迈进的生动注脚。”卢致逵告诉《中国冶金报》记者。
“我们不仅要让这项技术服务中国市场，还要让它走向世界。我们也欢迎广大科技工作者和投资机构与我们深度合作，让滚压管螺纹技术向更高、更广、更深发展。”周俊说。
从16年前上海燃气管网的单点试验、课题研发、逐步应用到今天上海燃气旧管网改造的全面推广，再到消防系统全球性的应用；从地方标准的制定，到团体标准的发布；从国内市场的深耕，到海外市场的拓展……滚压螺纹钢管技术正在书写一部中国管业引领世界管业发展的产业传奇。
“目前，我们还在完善不锈钢管与有色金属管的滚压管螺纹技术，如果这项技术在不锈钢管及有色金属管上普及，对缺少镍等战略矿产资源的中国而言，其意义更加不言而喻。”周俊坦言。
在浦东的这处燃气改造工地，一位有着20多年工龄的老管道工对《中国冶金报》记者说：“以前切削螺纹，铁屑满天飞，管子还容易生锈；现在好了，干干净净，螺纹还漂亮。这技术，早该来了！”
