CN101205593A - 一种x80钢弯管及其弯制工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X80钢弯管及其弯制工艺。弯管由X80钢制成，该钢重量百分比组成为：C 0.06～0.15％，Si 0.1～0.3％，Mn 1.4～2.0％，P≤0.015％，S≤0.01％，Cr 0～0.45％，Mo 0～0.3％，Cu 0～0.3％，Ni 0～0.5％，Nb 0.05～0.15％，Ti 0～0.06％，V 0～0.06％，控制Ceq 0.36～0.44％，Pcm 0.17～0.23％。该钢制控轧钢板制成钢管后，再采用感应加热弯曲工艺弯制得弯管。在弯制过程中通过控制感应加热温度、弯制速度、冷却速度等参数，使所制弯管性能完全能够满足X80钢级弯管的技术要求，可用作石油、天然气输送管道用的弯管。
Description
技术领域
本发明属于钢铁领域，尤其是涉及一种X80钢弯管及其弯制工艺。
背景技术
弯管可根据要求采用无缝钢管、直缝焊管或螺旋焊管等钢管进行弯制。而大口径弯管主要采用直缝焊管、螺旋焊管大口径弯管通过中频加热、弯曲的工艺进行制作。钢管两端固定，采用感应局部加热，在机械的带动下沿一定的弯曲半径以一定的速度运动，局部加热区就会按弯曲半径逐步弯制成具有特定曲率半径的弯管，经变形后的钢管根据性能要求，采用喷水等冷却方式控制其组织和性能达到技术要求规定的性能指标。目前大型弯管生产，多为低强度弯管，对X70钢以上的弯管特别是对X80钢以上的厚壁弯管研究和生产较少。
对X80钢板国内已开始生产，并进行了钢管的生产，其性能水平达到技术标准的要求，如于2004年5月26日授权公告、专利号为ZL01126611.2的中国发明专利，公开了宝钢的“一种低碳低合金钢及所制管材”发明专利，可生产X60-80级的管材。钢管生产仅通过钢板的成型和焊接后即可完成，钢管的性能取决钢板本身和焊接工艺，而钢板是经先进的控轧控冷生产，热加工和热处理有机结合，保证了钢板以至钢管达到高的强韧性配合。但弯管的生产与钢管生产明显不同，钢板经焊制成钢管后，在弯制过程中，还需两次加热过程，必然导致控轧控冷钢板组织的变化和性能的降低。弯制后采用喷水冷却，虽在一定程度上能减小性能下降的程度，但由于加热和冷却的连续空间条件的限制，因此效果不会很显著，所以采用普通X80钢管弯制成的弯管难以达到X80钢性能的要求。另外再加热温度及冷却速度会直接影响材料的室温组织和性能，特别是厚壁弯管，由于冷却速度过低，会导致弯管的性能显著降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服普通X80钢在弯制过程中因加热、弯制、冷却导致弯管性能降低的弊病，提供了一种X80钢弯管及其弯制工艺，所生产弯管的强度大于555MPa，低温冲击韧性大于120J，性能完全能够满足X80钢弯管的技术要求，可用作石油、天然气高压输送用X80弯管。
本发明要解决上述的技术问题是通过以下的技术方案实现的：
一种X80钢弯管，由X80钢制成，所述X80钢化学成分的重量百分比组成为：
C 0.06～0.15％，Si 0.1～0.3％，Mn 1.4～2.0％，P≤0.015％，S≤0.01％，Cr 0～0.45％，Mo 0～0.3％，Cu 0～0.3％，Ni 0～0.5％，Nb 0.05～0.15％，Ti 0～0.06％，V 0～0.06％，控制碳当量Ceq 0.36～0.44％，冷裂系数Pcm 0.17～0.23％。
上述X80钢弯管的管径为508～1422mm、壁厚为15～40mm、曲率半径为3～10m。
上述X80钢弯管的弯制工艺，是采用X80钢控轧钢板制造钢管，再采用感应加热弯曲工艺，感应加热温度为950～1100℃，弯制速度20～80mm/s，钢管加热弯制后，迅速喷水冷却，冷却速度大于15℃/s。
作为本发明的一种改进，当弯管管径为508～1016mm、壁厚为15～30mm时弯曲速度为20～80mm/s；弯管管径为1016～1422mm、壁厚为20～40mm时，弯曲速度为20～50mm/min；弯管壁厚大于26mm时，采用外部喷水冷却的同时在弯管内部增加喷雾冷却。
本发明所提供的上述成分的X80钢，C及其它合金元素如Mn、Mo、Ni、Cu、Nb等的总合金含量按碳当量Ceq必须大于0.36％，其中C含量必须大于0.06％，保证弯管材料具有高的淬透性，从而保证弯制冷却后获得贝氏体组织或贝氏体+马氏体组织；但由于弯管在实际施工时，还需要与管线钢管进行对接焊接，其可焊性也是应该重视的关键问题，因此，其总合金含量按碳当量Ceq必须小于0.44％，其中C含量必须小于0.15％。
上述材料经控制轧制和控制冷却轧制成钢板，采用埋弧自动焊制成直缝或螺旋钢管。钢管通过感应圈两端固定在弯管机上，其中一端可延特定半径的转动，感应圈的宽度为20～40mm，感应圈内通高压冷却水，在感应圈的弯管推进方向面上，均匀开设出水孔，使加热的钢管直接在弯制过程中喷水冷却。
弯制加热温度、时间和冷却速度对最终的组织和性能有很大的影响。本发明提供的钢种，含碳量较低，且含大量强碳化物形成元素，若温度低于950℃，会因奥氏体化不充分，Ti、Nb、V等碳化物不能充分固溶，使奥氏体中碳及合金元素的含量不足而导致淬透性降低，性能不足；而若温度过高，尤其是超过1100℃时，奥氏体晶粒发生异常长大，使弯管的性能降低，所以加热温度控制在950～1100℃温度范围内。
加热时间与钢管的弯制速度有关，感应加热速度快，但必须保证其壁厚截面均温，应控制弯制速度为20～80mm/min，保证加热时间大于0.5min。弯制速度随壁厚的增加而降低，即增加厚壁钢管的加热时间，以保证其完全透烧。冷却速度是影响最终性能的一个关键因素，本发明所提供的X80钢，冷却速度应控制在大于15℃/s，以保证获得贝氏体组织或贝氏体+马氏体组织。冷却方式采用由感应圈直接喷水冷却，但对壁厚大于26mm的弯管，采用外部喷水冷却难以达到所规定的冷却速度要求，因此，应在弯管内部增加喷雾冷却，以保证其冷却速度达到所要求的要求。
上述弯制工艺所生产的弯管，其性能达到强度大于555MPa，低温冲击韧性大于120J，完全能够满足X80钢弯管的技术要求，可用作石油、天然气输送管道用的弯管。
具体实施方式
本发明下面将结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
由化学成分为C 0.09％，Si 0.2％，Mn 1.9％，P 0.012％，S 0.01％，Cr 0.43％，Mo 0.2％，Ni 0.2％，Nb 0.05％，Ti 0.02％，V 0.01％的X80控扎钢板，采用直缝埋弧焊制成Φ711×21mm的钢管，在弯管机上制成曲率半径为4266mm的弯管。弯制工艺为：温度970±20℃，速度为58±2mm/min，喷水冷却。
经检测弯管性能达到X80钢级弯管规定的技术指标，具体检测结果如下：
| 取样位置及方向 | 屈服强度σt0.5(MPa) | 抗拉强度σb(MPa) | 延伸率(％)δ50mm | 夏比冲击 | 晶粒度 | ||
| 过渡 | 外弧纵向(左) | 580 | 657 | 34％ | 320 | 9 | |
| 外弧纵向(右) | 592 | 672 | 34％ | 340 | 9 | ||
| 弯曲区 | 内弧纵向 | 579 | 670 | 35％ | 330 | 8～9 | |
| 内弧横向 | 570 | 675 | 35％ | 340 | 8～9 | ||
| 外弧纵向 | 602 | 683 | 33％ | 325 | 7～8 | ||
| 外弧横向 | 590 | 680 | 34％ | 340 | 8～9 | ||
| 焊缝横向 | / | 650 | / | 150 | 8～9 | ||
| 中性区横向 | 580 | 683 | 34％ | 350 | 8～9 | ||
| 标准要求 | 管体 | ≥555 | ≥691 | 20％ | ≥120J | ≥6 | |
| 焊缝 | / | ≥621 | / | ≥90J | ≥6 | ||
实施例2
由化学成分为C 0.06％，Si 0.25％，Mn 1.45％，P 0.015％，S 0.008％，Cr 0.45％，Mo 0.3％，Cu0.1％，Ni 0.3％，Nb 0.1％，Ti 0.03％，V 0.03％的X80控扎钢板，采用直缝埋弧焊制成Φ1016×30.4mm的钢管，在弯管机上制成曲率半径为6096mm的弯管。弯制温度1080±20℃，速度为78±2mm/min，采用外部喷水冷却的同时在弯管内部增加喷雾冷却。
经检测弯管性能达到X80钢弯管规定要求，具体检测结果如下：
| 取样位置及方向 | 屈服强度σt0.5(MPa) | 抗拉强度σb(MPa) | 延伸率(％)δ50mm | 夏比冲击 | 晶粒度 | ||
| 过渡 | 外弧纵向(左) | 620 | 705 | 32％ | 285 | 10 | |
| 外弧纵向(右) | 613 | 705 | 32％ | 290 | 10 | ||
| 弯曲区 | 内弧纵向 | 579 | 675 | 33％ | 290 | 8～9 | |
| 内弧横向 | 568 | 665 | 33％ | 285 | 8～9 | ||
| 外弧纵向 | 584 | 685 | 34％ | 275 | 7～8 | ||
| 外弧横向 | 580 | 685 | 33％ | 275 | 8～9 | ||
| 焊缝横向 | / | 675 | / | 145 | 8～9 | ||
| 中性区横向 | 580 | 687 | 35％ | 285 | 8～9 | ||
| 标准要求 | 管体 | ≥555 | ≥621 | 20％ | ≥120J | ≥6 | |
| 焊缝 | / | ≥621 | / | ≥90J | ≥6 | ||
实施例3
化学成分为C 0.08％，Si 0.15％，Mn 1.6％，P 0.011％，S 0.007％，Cr 0.3％，Mo 0.1％，Cu 0.2％，Ni 0.4％，Nb 0.15％，Ti 0.04％，V 0.02％的X80控扎钢板，采用直缝埋弧焊制成Φ1219×40mm的钢管，在弯管机上制成曲率半径为7314mm的弯管。弯制工艺为：温度930±20℃，速度为20±2mm/min，采用外部喷水冷却的同时在弯管内部增加喷雾冷却。
经检测弯管的性能达到X80钢级弯管所规定的技术指标，具体检测结果如下：
| 取样位置及方向 | 屈服强度σt0.5(MPa) | 抗拉强度σb(MPa) | 延伸率(％)δ50mm | 夏比冲击 | 晶粒度 | ||
| 过渡 | 外弧纵向(左) | 560 | 690 | 35％ | 260 | 9 | |
| 外弧纵向(右) | 592 | 705 | 34％ | 260 | 9 | ||
| 弯曲区 | 内弧纵向 | 575 | 665 | 35％ | 275 | 8～9 | |
| 内弧横向 | 570 | 675 | 33％ | 265 | 8～9 | ||
| 外弧纵向 | 565 | 694 | 33％ | 285 | 7～8 | ||
| 外弧横向 | 565 | 680 | 34％ | 255 | 8～9 | ||
| 焊缝横向 | / | 690 | / | 145 | 8～9 | ||
| 中性区横向 | 570 | 675 | 35％ | 240 | 8～9 | ||
| 标准要求 | 管体 | ≥555 | ≥621 | 20％ | ≥120J | ≥6 | |
| 焊缝 | / | ≥621 | / | ≥90J | ≥6 | ||
实施例4
由化学成分为C 0.15％，Si 0.1％，Mn 2％，P 0.008％，S 0.009％，Cr 0.2％，Cu 0.3％，Nb 0.12％，Ti 0.06％，V 0.01％的X80控扎钢板，采用直缝埋弧焊制成Φ1420×35mm的钢管，在弯管机上制成曲率半径为8520mm弯管。
弯制工艺为：温度1000±20℃，速度为50±2mm/min，采用外部喷水冷却的同时在弯管内部增加喷雾冷却。
经检测弯管性能达到X80钢级弯管规定指标，检测结果如下：
| 取样位置及方向 | 屈服强度σt0.5(MPa) | 抗拉强度σb(MPa) | 延伸率(％)δ50mm | 夏比冲击 | 晶粒度 | ||
| 过渡 | 外弧纵向(左) | 570 | 680 | 29％ | 240 | 9 | |
| 外弧纵向(右) | 580 | 685 | 29％ | 230 | 9 | ||
| 弯曲区 | 内弧纵向 | 578 | 680 | 30％ | 260 | 8～9 | |
| 内弧横向 | 568 | 675 | 30％ | 235 | 8～9 | ||
| 外弧纵向 | 575 | 685 | 29％ | 245 | 7～8 | ||
| 外弧横向 | 574 | 670 | 30％ | 265 | 8～9 | ||
| 焊缝横向 | / | 690 | / | 135 | 8～9 | ||
| 中性区横向 | 576 | 685 | 30％ | 265 | 8～9 | ||
| 标准要求 | 管体 | ≥555 | ≥621 | 20％ | ≥120J | ≥6 | |
| 焊缝 | / | ≥621 | / | ≥90J | ≥6 | ||
实施例5
由化学成分为C 0.12％，Si 0.3％，Mn 1.8％，P 0.009％，S 0.005％，Mo 0.15％，Cu 0.15％，Ni 0.5％，Nb 0.08％，Ti 0.01％，V 0.04％的X80控扎钢板，采用直缝埋弧焊制成Φ508×20mm的钢管，在弯管机上制成曲率半径为3048mm的弯管。弯制工艺为：温度1050±20℃，速度为20±2mm/min，喷水冷却。
经检测弯管性能达到X80钢级弯管所规定的技术指标，具体检测结果如下：
| 取样位置及方向 | 屈服强度σt0.5(MPa) | 抗拉强度σb(MPa) | 延伸率(％)δ50mm | 夏比冲击 | 晶粒度 | ||
| 过渡 | 外弧纵向(左) | 560 | 680 | 31％ | 250 | 10 | |
| 外弧纵向(右) | 570 | 700 | 34％ | 240 | 9 | ||
| 弯曲区 | 内弧纵向 | 560 | 670 | 35％ | 285 | 8～9 | |
| 内弧横向 | 570 | 680 | 33％ | 270 | 8～9 | ||
| 外弧纵向 | 555 | 670 | 33％ | 285 | 7～8 | ||
| 外弧横向 | 566 | 680 | 34％ | 255 | 8 | ||
| 焊缝横向 | / | 690 | / | 155 | 8～9 | ||
| 中性区横向 | 574 | 675 | 32％ | 260 | 8～9 | ||
| 标准要求 | 管体 | ≥555 | ≥621 | 20％ | ≥120J | ≥6 | |
| 焊缝 | / | ≥621 | / | ≥90J | ≥6 | ||
Claims (6)
1.一种X80钢弯管，由X80钢制成，其特征在于：所述X80钢重量百分比组成为C 0.06～0.15％，Si 0.1～0.3％，Mn 1.4～2.0％，P≤0.015％，S≤0.01％，Cr 0～0.45％，Mo 0～0.3％，Cu 0～0.3％，Ni 0～0.5％，Nb 0.05～0.15％，Ti 0～0.06％，V 0～0.06％，控制Ceq 0.36～0.44％，Pcm 0.17～0.23％。
2.根据权利要求1所述的X80钢弯管，其特征在于：弯管的管径为508～1422mm、壁厚为15～40mm、曲率半径为3～10m。
3.根据权利要求1或2所述的X80钢弯管的弯制工艺，是采用X80钢控轧钢板制造钢管，再采用感应加热弯曲工艺，其特征在于：感应加热温度为950～1100℃，弯制速度20～80mm/s，钢管加热弯制后，迅速喷水冷却，冷却速度大于15℃/s。
4.根据权利要求3所述的X80钢弯管的弯制工艺，其特征在于：所述弯管管径为508～1016mm、壁厚为15～30mm，弯曲速度为20～80mm/s。
5.根据权利要求3所述的X80钢弯管的弯制工艺，其特征在于：所述弯管管径为1016～1422mm、壁厚为20～40mm，弯曲速度为20～50mm/min。
6.根据权利要求3所述的X80钢弯管的弯制工艺，其特征在于：所述弯管壁厚大于26mm，采用外部喷水冷却的同时在弯管内部增加喷雾冷却。
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