CN101880818A - 一种x80弯管和管件用钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种X80弯管和管件用钢的制备方法；按质量百分比由C：0.1～0.25％、Mn：1.3～2％、Si：0.3～0.5％、P≤0.010％、S≤0.005％、Al：0.01～0.05％、Ca：0.002-0.005％、N≤0.0008％，余量为Fe；控制Mo/P≥10，碳当量0.40-0.58％；经氧吹熔炼、Ca处理，精炼，真空炉脱气，制成板坯，经粗轧，精轧，制成钢板；经成型，埋弧焊接，感应加热煨制成弯管；本弯管屈服强度555-705MPa，抗拉强度625-825MPa，屈强比≤0.93，伸长率≥25％，-35～-50℃的夏比冲击韧性达到60-300J。

Description

一种X80弯管和管件用钢的制备方法
技术领域
本发明涉及一种强度级别达到X80、低温韧性优良的弯管和管件用钢的制备方法，适用于大口径高压输气管道工程干线和站场管线的连接。
背景技术
我国西气东输、西部、中俄、中亚等管道建设中，拟建设数十座压气站和数十座输配气站场及100座以上的阀室，需要大量站场钢管、弯管和管件。站场极限温度达到-30～-40℃，有的站场最低气温低于-46℃，厚度达到50-70mm。根据管道工艺设计要求，部分站场钢管、弯管和管件需裸露在寒冷的外部环境下服役，对材料抗脆性起裂能力是一个严峻的挑战。特别选用X80钢级(屈服强度≥555MPa)，其屈服强度超过了目前低温压力容器钢的最高钢级水平(490MPa)，低温脆断的敏感性相对提高。目前的管件冲击韧性只能达到-30℃平均夏比冲击韧性不低于40J、最小值不低于30J的标准要求，而且稳定性差，特别是壁厚较大时更是如此，难于保障-30℃以下低温环境管道安全性要求，迫切需要兼备高强度和优良低温韧性的弯管和管件用钢及制造工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种具备高强度、高韧性、良好焊接性能的X80钢级管件，适用于-35～-50℃，厚度达到15-70mm，管径508mm-1422mm，与油气管道建设配套的弯管和管件产品，满足重大油气管道工程建设需求。
为了保证弯管和管件的强度、低温韧性、焊接性，必须对其化学成分进行合理设计。为了使弯管和管件具有良好的工艺性能，综合机械性能稳定，采用Mn-Nb-Mo合金体系，并在弯管和管件母管成分设计时确保材料淬透性达到设计要求，并对C当量进行合理控制。
本发明中的X80弯管和管件成分设计主要考虑以下几个方面：一是采用低碳微合金钢，在确保可焊性的情况下，C含量与干线管相比适当增加。二是填加Mo等强碳化物形成元素，提高材料淬透性。三是充分利用钢中Ni的固溶强化和微合金化元素Nb、V、Ti等碳氮化物的沉淀强化，使原奥氏体晶粒保持细化，以保证钢板在焊接、多次热加工和淬火、回火热处理后晶粒细小。
弯管和管件由于要进行热加工，对焊缝性能有严格要求，所以必须对焊材及焊接工艺严格要求。通常焊接状态焊缝金属的低温韧性依靠含Ti-B焊接金属的细晶粒针状铁素体来达到。弯管和管件制造过程中，焊态组织由于进一步的变形和淬火热处理而破坏，造成焊缝金属韧性下降。为了改善热处理后焊缝金属的韧性，必须降低焊缝金属中的氧含量，所以必须采用专们的焊接材料(低氧焊材)。同时，对焊接道次和热输入量进行严格控制，防止晶粒长大，为后续的热加工准备好条件。
本发明所述的一种具有优良综合性能的X80弯管和管件用钢的制备方法，其要点如下：
(1)本发明的一种具有优良综合性能的X80弯管和管件用钢的质量百分比组成如下：
C：0.1～0.25％；Mn：1.3～2％；Si：0.3～0.5％；P≤0.010％；S≤0.005％，Al：0.01～0.05％；Ca 0.002-0.005％，N≤0.0008％，余量为Fe；在此基础上还可添加质量百分比Nb：0.03～0.10％；Ti：0.02～0.06％；V：0.03～0.07％中的一种或两种以上的合金元素；还可添加0.15～0.5％的Mo，0.15～1.5％的Ni，0.1～0.50％的Cr等合金元素。同时控制Mo/P≥10，以减小偏析和回火脆性。碳当量0.40-0.58％。具体成分根据厚度的不同可进行调整。
(2)上述材料经氧吹转炉熔炼、煨Si-Ca丝对钢中夹杂物进行球化处理，再转入精炼炉脱S、P有害杂质，之后在真空炉脱O、N、H有害气体，采用连续铸造及连铸过程中的电磁搅拌(减小偏析)制成厚板坯，加热至1200℃，1000℃～1100℃粗轧，700℃～950℃精轧，轧后冷却速度15℃～50℃/s，制成热轧钢板；钢板经U-O成型(用压力机将钢板先压制成U型、接着压制成O型)，或J-C-O成型(首先用压力机将钢板边部压制成J型、接着压制成U型、然后压制成O型)，或R-B成型(钢板滚压弯曲成型)，然后进行直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0.5-1.5％扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。
(3)经(2)工艺所得焊管经过930-1030℃感应加热煨制成10-90°的弯管，同时在管子内外喷水冷却，然后加热至550-700℃、2小时回火，回火后水冷(减小回火脆性)。
(4)经(2)工艺所得焊管经过1000-1200℃加热及多次热机械成型制成管件，然后加热至900-1030℃，保温0.5-2小时、水淬，后加热至550-700℃、2-3小时回火，回火后水冷(减小回火脆性)。
发明效果
采用本发明可生产管径508mm-1422mm的X80弯管和管件，其中弯管壁厚15-35mm，管件壁厚达到30-70mm，且兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，可满足-35～-50℃现场焊接施工和油气输送要求，弯管和管件各个部位性能均匀。屈服强度555-705Mpa，抗拉强度625-825Mpa，屈强比≤0.93，伸长率≥25％，-35～-50℃的夏比冲击韧性达到60-300J。
具体实施方式
实施例1：
合金成分：C：0.10％；Mn：1.60％；Si：0.32％；P：0.009％；S：0.003％；Al：0.03％；Ca：0.003％；N：0.0007％；Nb：0.07％；Ti：0.03％；Mo：0.25％；Ni：0.33％；余量为Fe和不可避免的杂质；Mo/P＝28。碳当量0.44％。
制造工艺：上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，采用连续铸造及连铸过程中的电磁搅拌(减小偏析)制成约为250mm的厚板坯，加热至约1200℃，1000℃～1100℃粗轧，700℃～950℃精轧，轧后冷却速度20℃～30℃/s，制成厚度约为30mm热轧钢板。钢板再经J-C-O成型，采用多道次直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0.8-1.2％扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。焊管经过930-1030℃感应加热煨制成90°的弯管，同时在管子内外强力喷水冷却，然后加热至650±15℃、2小时回火，回火后水冷。
性能特点：采用本发明生产的厚度约为30mm、管径1219mm的X80感应加热弯管，兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，可满足-35～-50℃现场焊接施工和油气输送要求，弯管各个部位性能均匀。屈服强度645Mpa，抗拉强度701Mpa，屈强比0.92，伸长率25％，-46℃的夏比冲击韧性达到91-300J。
实施例2：
合金成分：C：0.12％；Mn：1.63％；Si：0.37％；P：0.010％；S：0.004％；Al：0.03％；Ca：0.003％；N：0.0007％；Nb：0.08％；Ti：0.04％；Mo：0.26％；Ni：0.57％；Cr：0.19％；余量为Fe和不可避免的杂质；Mo/P＝26。碳当量0.52％。
制造工艺：上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，采用连续铸造及连铸过程中的电磁搅拌(减小偏析)制成约为250mm的厚板坯，加热至约1200℃，1000℃～1100℃粗轧，700℃～950℃精轧，轧后冷却速度25℃～35℃/s，制成厚度约为52mm热轧钢板。钢板再经U-O成型，直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0.8-1.2％扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。焊管经过1100-1200℃加热及多次热机械成型制成三通，然后加热至960±15℃，保温1.5小时、水淬，后加热至650±15℃、2小时回火，回火后水冷。
性能特点：采用本发明生产的厚度约为52mm、管径1219×1219×1219mm的X80三通，兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，可满足-35～-50℃现场焊接施工和油气输送要求，三通各个部位性能均匀。屈服强度669Mpa，抗拉强度731Mpa，屈强比0.92，伸长率26％，-46℃的夏比冲击韧性达到85-262J。
实施例3：
合金成分：C：0.13％；Mn：1.70％；Si：0.39％；P：0.008％；S：0.005％；Al：0.04％；Ca：0.003％；N：0.0008％；Nb：0.09％；Ti：0.05％；Mo：0.35％；Ni：0.62％；Cr：0.21％；余量为Fe和不可避免的杂质；Mo/P＝44。碳当量0.57％。
制造工艺：上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，采用连续铸造及连铸过程中的电磁搅拌(减小偏析)制成约为250mm的厚板坯，加热至约1200℃，1000℃～1100℃粗轧，700℃～950℃精轧，轧后冷却速度25℃～35℃/s，制成厚度约为65mm热轧钢板。钢板再经J-C-O成型，直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0.8-1.2％扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。焊管经过1100-1200℃加热及多次热机械成型制成三通，然后加热至980±15℃，保温100min、水淬，后加热至680±15℃、2小时回火，回火后水冷。
性能特点：采用本发明生产的厚度约为65mm、管径1219×1219×1219mm的X80三通，兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，可满足-35～-50℃现场焊接施工和油气输送要求，三通各个部位性能均匀。屈服强度653Mpa，抗拉强度718Mpa，屈强比0.91，伸长率28％，-46℃的夏比冲击韧性达到73-236J。

Claims (1)

1.一种X80弯管和管件用钢的制备方法，其特征在于：
(1)X80弯管和管件用钢的质量百分比组成如下：
C：0.1～0.25％、Mn：1.3～2％、Si：0.3～0.5％、P≤0.010％、S≤0.005％、Al：0.01～0.05％、Ca：0.002-0.005％、N≤0.0008％，余量为Fe；或在上述组分基础上按质量百分比再添加Nb：0.03～0.10％、Ti：0.02～0.06％、V：0.03～0.07％中的一种或两种以上的合金元素；或添加0.15～0.5％的Mo、0.15～1.5％的Ni或0.1～0.50％的Cr；同时控制Mo/P≥10，碳当量0.40-0.58％；
(2)上述材料经氧吹转炉熔炼、煨Si-Ca丝对钢中夹杂物进行球化处理，再转入精炼炉脱S、P有害杂质，之后在真空炉脱O、N、H有害气体，采用连续铸造及连铸过程中的电磁搅拌制成板坯，加热至1200℃，1000℃～1100℃粗轧，700℃～950℃精轧，轧后冷却速度15℃～50℃/s，制成热轧钢板；钢板经U-O成型，或J-C-O成型，或R-B成型，然后进行直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0.5-1.5％扩径，制成直缝埋弧焊接钢管；
(3)经(2)工艺所得焊管经过930-1030℃感应加热煨制成10-90°的弯管，同时在管子内外喷水冷却，然后加热至550-700℃，2小时回火，回火后水冷；
(4)经(2)工艺所得焊管经过1000-1200℃加热及多次热机械成型制成管件，然后加热至900-1030℃，保温0.5-2小时，水淬，后加热至550-700℃、2-3小时回火，回火后水冷。
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