CN102127698A

CN102127698A - 一种x100钢级弯管和管件的制备方法

Info

Publication number: CN102127698A
Application number: CN 201110043324
Authority: CN
Inventors: 冯耀荣; 刘迎来; 牛靖
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Tubular Goods Research Institute
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2011-07-20
Also published as: WO2012113118A1

Abstract

本发明涉及一种X100钢级弯管和管件的制备方法；质量百分比由C：0.12～0.20％、Mn：1.35～2％、Si：0.3～0.5％、P≤0.010％、S≤0.005％、Al：0.015～0.05％、Ca：0.002-0.005％、N≤0.007％，或添加Nb、Ti、V、Mo、Ni、Cr、Cu、B元素，余量为Fe组成；上述材料经熔炼、控轧空冷，制成热轧钢板；再经成型、直缝埋弧焊接，制成直缝埋弧焊接钢管；经感应加热煨制及热处理制成弯管，或经多次热机械成型制成管件；兼备高强度、良好低温韧性和焊接性。

Description

一种X100钢级弯管和管件的制备方法

技术领域

本发明涉及一种强度级别达到X100钢级，韧性优良的弯管和管件的制备方法，弯管和管件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

我国大口径高压输气管道建设中，压气站和输配气站场及阀室，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X100钢级(屈服强度≥690MPa)，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。目前我国还不能生产冲击韧性达到-30℃及以下温度平均夏比冲击韧性不低于50J、最小值不低于40J的弯管和管件，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X100钢级弯管和管件，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X100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。

本发明的所述的一种具有优良综合性能的X100弯管和管件用钢及其制备方法，其要点如下：

(1)本发明的一种具有优良综合性能的X100弯管和管件用钢的质量百分比组成如下：

C：0.12～0.20％；Mn：1.35～2％；Si：0.3～0.5％；P≤0.010％；S≤0.005％，Al：0.015～0.05％；Ca 0.002-0.005％，N≤0.007％，并控制Al∶N≥2∶1，余量为Fe；或在此基础上可按质量百分比添加Nb：0.035～0.11％；Ti：0.02～0.06％；V：0.03～0.07％中的一种或两种以上的合金元素，并控制Nb+V+Ti≤0.15％；或可添加0.18～0.5％的Mo，0.18～1.5％的Ni，0.18～0.60％的Cr，0.15～0.25％的Cu，0.001～0.003％的B合金元素。同时控制Mo/P≥10，以减小偏析和回火脆性。碳当量0.42-0.65％。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等有害杂质，之后在真空炉脱O、N、H等有害气体，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20℃～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0.6-1.5％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600-700℃、2-3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1050-1200℃加热及多次热机械成型制成管件，然后加热至900-1000℃，保温0.5-2小时、水淬，后加热至600-700℃、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X100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690-840Mpa，抗拉强度760-990Mpa，屈强比≤0.93，伸长率≥25％，-35～-50℃的夏比冲击韧性达到60-250J。

具体实施方式

实施例1：

合金成分：C：0.12％；Mn：1.68％；Si：0.36％；P：0.009％；S：0.003％；Al：0.03％；Ca：0.003％；N：0.007％；Nb：0.07％；Ti：0.03％；Mo：0.25％；Ni：0.30％；Cr：0.23％；Cu：0.17％；B：0.0015％；余量为Fe和不可避免的杂质。碳当量0.47％。

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640±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X90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725Mpa，抗拉强度791Mpa，屈强比0.92，伸长率28％，-46℃的夏比冲击韧性达到70-245J。

实施例2：

合金成分：C：0.15％；Mn：1.69％；Si：0.37％；P：0.010％；S：0.004％；Al：0.03％；Ca：0.003％；N：0.007％；Nb：0.08％；Ti：0.04％；Mo：0.29％；Ni：0.51％；Cr：0.23％；Cu：0.25％；B：0.0025％；余量为Fe和不可避免的杂质。碳当量0.56％。

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℃、2.5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X90三通，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719Mpa，抗拉强度782Mpa，屈强比0.92，伸长率27％，-46℃的夏比冲击韧性达到68-232J。

实施例3：

合金成分：C：0.18％；Mn：1.73％；Si：0.39％；P：0.008％；S：0.005％；Al：0.04％；Ca：0.003％；N：0.006％；Nb：0.07％；Ti：0.04％；V：0.03％；Mo：0.38％；Ni：0.61％；Cr：0.29％；Cu：0.19％；B：0.0027％；余量为Fe和不可避免的杂质。碳当量0.63％。

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950±15℃，保温100min、水淬，后加热至660±15℃、3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X100三通，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706Mpa，抗拉强度788Mpa，屈强比0.90，伸长率26％，-46℃的夏比冲击韧性达到66-226J。

Claims

1.一种X100钢级弯管和管件的制备方法，其特征在于：

(1)X100弯管和管件用钢的质量百分比组成如下：

C：0.12～0.20％；Mn：1.35～2％；Si：0.3～0.5％；P≤0.010％；S≤0.005％，Al：0.015～0.05％；Ca 0.002-0.005％，N≤0.007％，Al∶N≥2∶1，余量为Fe；或在上述组分基础上按质量百分比添加Nb：0.035～0.11％；Ti：0.02～0.06％；V：0.03～0.07％中的一种或两种以上的合金元素，Nb+V+Ti≤0.15％；或添加0.18～0.5％的Mo，0.18～1.5％的Ni，0.18～0.60％的Cr，0.15～0.25％的Cu，0.001～0.003％的B合金元素，控制Mo/P≥10，碳当量0.42-0.65％；

(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杂质，之后在真空炉脱O、N、H气体，采用连续铸造及连铸过程中的电磁搅拌制成厚板坯，加热至1200℃，1000℃～1100℃粗轧，700℃～950℃精轧，轧后冷却速度20℃～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0.6-1.5％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600-700℃、2-3小时回火，回火后水冷；

(4)经(2)工艺所得焊管经过1050-1200℃加热及多次热机械成型制成管件，然后加热至900-1000℃，保温0.5-2小时、水淬，后加热至600-700℃、2-3小时回火，回火后水冷。