CN101701315B

CN101701315B - 海底管线钢管的制造方法

Info

Publication number: CN101701315B
Application number: CN2009101537107A
Authority: CN
Inventors: 叶培荣; 马福平; 杨连河; 李虎昌
Original assignee: CNOOC Kingland Pipeline Co Ltd
Current assignee: CNOOC Kingland Pipeline Co Ltd
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: CN101701315A

Abstract

本发明公开了一种海底管线钢管的制造方法，其工艺流程包括原料检验、钢管焊接、焊缝热处理，所述钢管焊接采用高频感应焊，其原料的化学成分包括有：C：0.04-0.08％；Si≤0.25％；Mn≤1.65％；P≤0.020％；S≤0.005％；Nb+V+Ti≤0.15％；Ce≤0.41％。本发明由于采用了上述技术方案，确定化学成份为低碳、低锰和微合金化并控制有害元素的最大数值和微合金元素含量比值，达到细化晶粒和提高产品性能指标，产品具有高强度，耐腐蚀和抗高压的性能。

Description

海底管线钢管的制造方法

技术领域

本发明涉及冶金行业，尤其是X70级高强度海底管线用ERW钢管的制造方法。

背景技术

目前ERW高频直缝焊管是输送石油和天然气用管道中一种常用的高品质、中小口径钢管，2006年国内首次采用ERW钢管用于海底管线工程，一般规格为φ219mm-φ610mm，由于ERW钢管具有强度高、输送压力高、管径精度高、生产效率高、经济实用性好等众多优点，在输油、输气用管道领域得到优先广泛的使用。X70级高强度海底管线用钢管具有耐腐蚀、高强度和抗高挤压力的优点，发明成功可广泛适用于海底和环境条件相对较差并伴有腐蚀介质的海洋石油油气输送管线，查询了国内外网络数据库检索和查阅了相关文献，未查证有关X70级高强度海底管线用钢管的相同专利文献和公开报导，国内目前仅限于X60级钢级的海底管线钢管的生产，同时X70级高强度海底管线用钢管实际国内年需求量呈现出逐年上升的趋势，目前国内X70级海底管线用钢管长期依赖国际市场进口或以无缝管替代，但是无缝管具有价格高、精度差和壁厚不均匀的弱点，由此研制X70级高强度海底管线用钢管具有非常重大的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种海底管线钢管的制造方法，产品具有高强度，耐腐蚀和抗高压的性能。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：海底管线钢管的制造方法，其工艺流程包括热轧钢卷板检验、钢管焊接、焊缝热处理，所述热轧钢卷板的化学成分重量百分比为：C＝0.04-0.08％；Si≤0.25％；Mn≤1.65％；P≤0.020％；S≤0.005％；Nb+V+Ti≤0.15％；Ce≤0.41％，余量为Fe和不可避免的杂质，所述钢管焊接采用高频感应焊。

海底管线钢管的横向材料屈服强度的下限515Mpa，纵向材料屈服强度的上限为585Mpa。

所述钢管焊接过程中焊缝开口角为3.5度。

焊缝热处理采用4架中频热处理机进行，其中1#出口温度750℃-800℃、2#出口温度900℃-930℃、3#出口温度950℃-980℃、4#出口温度950℃-980℃。

本发明由于采用了上述技术方案，确定化学成份为低碳、低锰和微合金化并控制有害元素的最大数值和微合金元素含量比值，达到细化晶粒和提高产品性能指标，产品具有高强度，耐腐蚀和抗高压的性能。

附图说明

图1为本发明海底管线钢管的制造方法的生产工艺流程图。

图2为焊缝开口角的结构示意图。

具体实施方式

图1所示为本发明海底管线钢管的制造方法的生产工艺流程：

1、原料检验。对热轧钢卷板进行检验，控制碳、锰及其它合金元素的含量。所述热轧钢卷板的化学成分重量百分比为：C＝0.04-0.08％；Si≤0.25％；Mn≤1.65％；P≤0.020％；S≤0.005％；Nb+V+Ti≤0.15％；Ce≤0.41％，余量为Fe和不可避免的杂质。

由于ERW钢管在成型时由于加工硬化现象导致纵向屈服强度升高，且屈强比升高。但钢管横向拉伸试验时由于需要压平而出现包辛格效应，导致钢管横向屈服强度下降。为了避免出现纵向强度升高超出标准要求和横向下降超出要求，采用原材料横向屈服强度比规定下限高30MPa，纵向屈服强度比规定上限小20MPa的性能设计模式。即横向材料屈服强度的下限515Mpa，纵向材料屈服强度的上限为585Mpa。

2、开卷对焊。热轧钢卷板经纵剪机组剪切至预定的宽度，复卷后储存。纵剪钢带开卷后，经过矫平，将头尾切断，采用惰性气体保护焊进行对焊，并送入活套。

3、活套储料。采用外进内出，下进上出式螺旋活套，长达2000余米的储料量，可以保证供料，满足焊管连续生产。

4、钢板铣边。钢带进入成型前，两侧边经铣边机铣至设定的宽度和坡口，以满足高质量成型和焊接工艺要求。

5、钢管成型。将钢带通过一系列主动和被动轧辊，以连续的方式使钢带弯曲变形成圆形钢管。

6、钢管焊接。采用固态高频焊机对成型后的钢管高频感应焊进行焊接。X70海底管线用钢管的焊接采用高频感应焊的方式，并对焊接工艺参数进行了优化。首先是焊缝开口角度，如图2所示，焊缝开口角α是指挤压辊2前管坯1两边缘的夹角，通常采用3度，开口角大小与烧化过程的稳定性有关，它对焊接质量的影响很大。减小开口角时，边缘之间的距离也减小，从而使邻近效应加强。这样，在其他条件相同的情况下，便可增大边缘的加热温度，从而提高了焊接速度。但开口角不能过小，如过小会使会合点到挤压辊中心线的距离加长，从而导致边缘并非在最高温度下受到挤压，这样焊接质量降低。如果开口角过大，则邻近效应减小，焊接速度降低，功率消耗增加。在实际生产中，确定移动导向辊3的纵向位置来调整开口角大小，在导向辊3不能纵向调整的情况下，可用导向环厚度或压下封闭孔或导向辊3来调整开口角的大小。通过试验最终确定3.5度的开口角α。

为保障焊缝的焊接质量将焊缝中的夹杂物尽可能全部挤出，采用大挤压量的工艺参数。通过低倍宏观测量，金属流线角度为80度，通过放大100倍测量熔合线宽度，外侧为0.12mm，内侧为0.08mm，中间为0.03mm。焊缝组织为铁素体和珠光体。

7、焊缝热处理。为了消除焊缝应力，改善焊缝金相组织，降低焊缝硬度，提高焊缝冲击韧性和耐腐蚀性，就必须对焊缝进行热处理。由于海管壁厚通常在10mm以上，因此选择4架中频热处理机进行焊缝热处理。热处理工艺为正火工艺。为了保障焊缝内壁热处理充分且外壁不因温度过高而晶粒粗大，选择适当的温度，1#出口温度750℃-800℃、2#出口温度900℃-930℃、3#出口温度950℃-980℃、4#出口温度950℃-980℃。经金相检验分析，外侧热处理宽度为21mm，内侧热处理宽度为15mm。焊缝无未回火马氏体组织存在。

8、空冷水冷。经过热处理后的焊缝采用60米空冷段进行空冷，为了保障焊缝不存在未回火马氏体组织，还要进行水冷。

9、钢管定径。钢管的直径、椭圆度和直度靠定径段来实现和保障。

为降低钢管加工硬化的程度，采用4mm的定径减径量。经飞锯切断后对钢管进行取样试验，机械性能试验结果下表：

据ERW制管过程采集的质量工艺数据统计和分析，若钢管在成形过程外部受拉、内部受压并且伴有塑性变形，而在试验时反之外层受压、内层受拉产生反向塑性变形，此过程将造成材料的性能下降，同时在高强度条件下必须保证产品的等韧性，由此若不及时改善材料和产品性能将达不到设计和使用的要求，必须研究调整产品材料的理化性能技术指标，确定化学成份为低碳、低锰和微合金化并控制有害元素的最大数值和微合金元素含量比值，达到细化晶粒和提高产品性能指标；在制管的焊接过程中分析确定控制温度和工艺数据，适当提高温度和加大焊接前的开口角度是保证焊缝质量的关键，依据X70级高强度海底管线用钢管的性能测算许可温度和开口角度，使这二项指标与现行工艺参数有效结合，由此可以得到稳定的制造工艺和等韧性的效果。

本发明通过材料理化性能指标中低碳、低锰和微合金化和提高屈服强度下限获得了产品性能的稳定，通过成型、减径和水压工艺缓解了材料应力对产品的影响，确保了材料至制管过程包辛格效应不明显，提高焊接温度采取加大焊接输出功率满足温度控制要求，配置以较大的横向挤压量和热处理正火技术，使焊接后的ERW钢管焊缝金相组织和测量的性能指标与母材基本一致，X70级高强度海底管线用钢管达到焊缝与母材等韧性结果，钢管经TBS成型和精成型合理分配了减径量获得了焊接前的成型效果，调整并辅之合理的开口角值和工艺、保证了焊缝质量稳定。

本发明X70级高强度海底管线用钢管的最大特点和优点是产品材料的技术条件确定准确，提供了保证，X70级高强度海底管线用钢管在制管过程获取的成型工艺、焊接工艺和热处理工艺数据，可适用于从φ219mm到φ610mm规格X70级高强度海底管线用钢管的制造，从原料理化性能指标的调整，达到预期控制制管过程横向屈服强度下降的机率，在即使产生包辛格效应时能充分保持高强度海管最小屈服强度的规定，在提高焊接温度和成型焊前开口角并适当加大焊接挤压量后，保证了焊接质量的可靠性，得到稳定的性能指标包括屈服强度、抗拉强度和伸长率，焊缝冲击性能达到与母材等韧性，杜绝了以往在制管后管体的材料性能下降达不到规定的要求，确定了X70级高强度海底管线用钢管最佳工艺和路线，保证了生产和产品质量满足海底用高强度钢管要求，同时达到优化制造工艺、降低制造成本和缩短制造周期的目的。

Claims

1.海底管线钢管的制造方法，其工艺流程包括热轧钢卷板检验、钢管焊接、焊缝热处理，其特征在于：所述热轧钢卷板的化学成分重量百分比为：C＝0.04-0.08％；Si≤0.25％；Mn≤1.65％；P≤0.020％；S≤0.005％；Nb+V+Ti≤0.15％；Ce≤0.41％，余量为Fe和不可避免的杂质，所述钢管焊接采用高频感应焊，海底管线钢管的横向材料屈服强度的下限515Mpa，纵向材料屈服强度的上限为585Mpa，所述钢管焊接过程中焊缝开口角为3.5度，所述焊缝热处理采用4架中频热处理机进行，其中1#出口温度750℃-800℃、2#出口温度900℃-930℃、3#出口温度950℃-980℃、4#出口温度950℃-980℃。