CN102784812A - 矿浆输送管道用x65钢级hfw钢管制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿浆输送管道用X65钢级HFW钢管制造方法，其主要步骤包括剪切对焊、成型、高频焊接和热处理，所述热处理工序为：正火温度为900～960℃，热处理后的冷却速度为5～13℃/s。本发明的有益效果如下：采用合理的成型工艺保证板边端面实现平行的I型对接，为高频焊接提供良好的边部条件，提高板边的延展性，边部成型充分；采用较小的挤压量和开口角度，降低焊接功率参数，使得钢管焊接过程中内外表面形成均匀的毛刺，利于毛刺的刮除和打断，保证在线生产的连续性；利用本发明所述的方法制造出的矿浆输送管道具有高强度、高韧性、良好的可焊性，生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢管制造方法，尤其是一种矿浆输送管道用X65钢级HFW钢管制造方法，属于钢管制造技术领域。
背景技术
近年来，随着我国经济的强劲发展需求，黑色和有色金属工业得以迅猛发展，由于运输不便，我国西北部等边远地区的矿业企业，运输成本过高。因此，有必要建立长距离的矿浆输送管道。矿浆输送管道是将颗粒状的固体矿料与液体介质相混合，采用泵动力进行高压输送，并在目的地将固体矿料分离出来的一种输送方式。与其他输送方式相比，具有无途耗、投资少、安全、经济和节能环保等特点。数据显示全世界已有20多个国家使用矿浆管道来输送物料，建成投产的长输矿浆管道已有上百条，运输物料品种涉及煤、铁精矿、铜精矿、磷精矿、石灰石、铝土矿等25种之多，年输送量和输送距离均成比例增长。
目前国内矿浆输送管道多为无缝钢管，和无缝管相比，HFW钢管具有生产效率高、尺寸精度好、规格范围宽和成本低等诸多显著特点，具有强大的竞争优势。但生产适用于矿浆输送管道的HFW钢管具有以下技术难点：
成型工艺：因所生产的HFW钢管的厚径比为3.5%～4.5%，已接近FFX成型轧机的设计上限。高频焊管生产过程中，从带钢成型至待焊管坯，焊接对接面都存在不同程度的壁厚V形口，且管壁越厚，管径越小，壁厚V形口越明显，对焊缝强度的负面影响越大，因此，必须采取一定的方法消除壁厚V形口对焊缝强度的影响。形成壁厚V形口是由于管坯对接边边缘存在不可避免的变形盲区，即管坯对接边边缘宽度尺寸相当于管坯厚度的步伐无法变形，仍是平直状。若按开口距离小的内Y形给定焊接热量，则开口距离大的外Y形处焊接温度必然偏低，形成焊缝“冷焊”，焊缝受侧压力后易出现焊缝外侧开裂。因此控制板边成型直接影响高频焊接的状态，保证在焊接挤压辊中，带钢边部的两个端面实现平行的I型对接尤为关键；
焊接工艺：HFW钢管是利用高频电流的集肤效应和邻近效应使管坯的对接边沿达到熔融状态后挤压焊合而成。高钢级大壁厚的HFW钢管需要的焊接功率会更大，可达到高频焊机额定功率的85%~90%。同时HFW钢管在生产时，较高的焊接速度，可以降低氧化物的产生时间，恰当的挤压量可以有利于挤出氧化物以及液态金属，缩短待焊边缘的加热时间，避免出现夹杂等缺陷。因此，焊接速度、焊接功率、挤压量、焊接区V型开口角等工艺参数的匹配至关重要；
热处理工艺：焊接过程温度的梯度分布造成焊缝区域组织粗大，应力集中，因此热处理温度的选择是焊缝质量好坏的关键；
性能要求：与油气输送管道相比，矿浆输送管道由于输送介质为多相混合流体，其所面临的流体力学问题更加复杂，对钢管本身性能要求也就更高。矿浆输送管道对压力的要求比油气输送管道要高很多；同时矿浆输送管道要求高强度、高韧性和良好的可焊性。矿浆管道用X65钢级要求夏比冲击试验温度为-20℃，水压检验压力值最大可达37MPa，而依据API Spec 5L水压值计算要求，对8-5/8″＜钢管外径≤20″钢级为X42~X80的HFW钢管的试验压力限制值为3000psi（20.7MPa），以适应静水压试验机的能力，这对静水压试验机现场工作造成一定的难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有高强度、高韧性、良好可焊性和生产成本低的矿浆输送管道用X65钢级HFW钢管制造方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种矿浆输送管道用X65钢级HFW钢管制造方法，其主要步骤包括剪切对焊、成型、高频焊接和热处理，所述热处理为：正火温度为900～960℃，冷却速度为5～13℃/s。
所述成型工序为：利用FFX轧机卷贴弯曲时的张力效应，最大限度地将弯矩加到带钢边部，通过调整工作板宽及粗成型机架的轧辊参数，利用轧辊渐开线特性，对带钢最边部给予小段过弯曲；成型过程开口角度为6°，挤压量为6.5mm。
所述高频焊接为感应焊，焊接功率为600～800KW，焊接速度为15±1m/min。
本发明的具体加工工序如下：拆卷矫平、剪切对焊、母材探伤、板边加工、成型、高频焊接、热处理、空冷水冷、定径矫直、在线喷标、定尺切管、理化试验、机械平头、水压试验、超声波焊缝探伤、管端探伤和成品检查。
本发明的有益效果如下：
（1）采用合理的成型工艺保证板边端面实现平行的I型对接，为高频焊接提供良好的边部条件，提高板边的延展性，边部成型充分；采用较小的挤压量和开口角度，降低焊接功率参数，使得钢管焊接过程中内外表面形成均匀的毛刺，利于毛刺的刮除和打断，保证在线生产的连续性；
（2）热处理过程用中频感应加热对焊缝进行焊后正火热处理，根据不同热处理温度下奥氏体晶粒的大小、成分的均匀性、相变后的组织和性能，合理确定热处理的正火温度和冷却速度，达到焊缝组织细化和消除应力集中。
（3）利用本发明所述的方法制造出的矿浆输送管道具有高强度、高韧性和良好的可焊性，且生产成本低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的规格分别为Φ356×12.5、Φ356×14和Φ273.1×12.5的X65钢级HFW钢管的焊缝夏比冲击试验冲击功柱状图；
其中，纵坐标表示冲击功分布，纵坐标表示处于某个冲击功范围的钢管百分数，左侧柱表示规格为Φ356×12.5的钢管，中侧柱表示规格为Φ356×14的钢管，右侧柱表示规格为Φ273.1×12.5的钢管。
具体实施方式
本发明所述的矿浆输送管道用X65钢级HFW钢管的具体生产过程如下：
1、卷板经开卷、矫平。
2、剪切对焊：首先对板边进行预热，焊缝焊接后进行退火处理，去除焊缝焊接后的残余应力，防止变形与开裂，保证焊接对头进入精成型机组后不会因为受力断裂。
3、母材探伤：对卷板母材进行超声波分层检验。
4、板边加工：采用剪边和刨边相组合的方式，将钢带两边单侧去掉10～20mm，以保证去除卷板因钢坯及轧制过程中的板边缺陷，同时使成型前的钢带宽度均匀、边部质量良好，为焊接做好准备。
5、成型：利用FFX轧机卷贴弯曲时的张力效应，最大限度地将弯矩加到带钢边部，通过调整工作板宽及粗成型机架的轧辊参数，利用轧辊渐开线的特性，对带钢最边部给予一小段“过弯曲”，为高频焊接提供良好的边部条件，提高板边的延展性，边部成型充分，带钢边部的两个端面都成功实现平行的I型对接。同时内外表面形成均匀的毛刺，利于毛刺的刮除和打断。成型过程开口角度为6°，挤压量为6.5mm，由于本发明规格产品的壁厚大，材质高，采用的较小的挤压量、开口角度比较有利。
6、高频焊接：高钢级大壁厚的HFW钢管生产，为了保证焊缝的焊接质量，需要较高的焊接功率以及焊接速度，同时为了降低高频焊机的负荷，本发明的技术方案是减小挤压量、降低开口角度。由于开口角度小邻近效应强，增加了电流的密度，使热量增高，有利于焊接。但角度不宜过小，过小缝隙过狭，容易跳火放电，影响焊缝质量。挤压量不足，熔融金属不能完全被挤出，易形成灰斑，挤压量过大，熔融金属全部挤出，易形成冷焊，使焊缝强度降低，因此，应将挤压量和开口角调整到适宜的状态。高频焊接为感应焊，焊接功率为600～800KW，焊接速度为15±1m/min。
7、热处理：用中频感应加热对焊缝进行焊后热处理达到焊缝组织细化和消除应力集中，匹配焊接速度的热处理温度选择至关重要。本发明热处理正火温度为900～960℃，能够满足上述要求。
8、空冷水冷：经过正火后的焊缝为了得到良好的金相组织，必须先经过缓慢冷却，待组织不再发生转变后再进行迅速水冷却。本发明冷却速度为5～13℃/s，能满足上述要求。
9、定径矫直：为了保证钢管在成型、热处理、空冷和水冷以后，钢管的外型尺寸满足标准要求，因此要对钢管进行定径矫直，使钢管具有良好的外形尺寸精度和直度。
10、在线喷标：为保证钢管可追溯性，在钢管表面标记钢管的管号和生产日期。
11、定尺切管：采用数控铣切法将焊接后的钢管按用户要求进行定尺长度切割。
12、理化试验：按检验批次对钢管进行化学成分分析、压扁试验、拉伸试验、夏比冲击试验等，确保钢管的理化性能满足API 5L标准和用户要求。。
13、机械平头：按标准和用户要求对钢管的管端进行坡口加工，以便现场管线施工时的钢管对接。
14、水压试验：对钢管进行逐根静水压试验，试验压力不低于标准要求的最小试验压力值，在整个试压过程中不允许有渗漏或爆裂现象。
15、超声波焊缝探伤和管端探伤：根据标准要求对焊接后的钢管焊缝及焊缝两侧热影响区部分进行100%的UT检查。
16、成品检查：产品最终交库前需按标准要求对所有钢管的外观质量和外形尺寸进行检测。
对用上述方法制造出来的规格分别为Φ356×12.5、Φ356×14和Φ273.1×12.5的X65钢级HFW钢管进行焊缝和热影响区检验，检验结果组织为铁素体+珠光体，无回火马氏体组织，标明焊缝组织控制是可行的。
对上述钢管进行力学性能试验和焊缝夏比冲击试验，拉伸试验结果如下表所示：
焊缝夏比冲击试验冲击功柱状图如图1所示，试验温度为-20℃，试样尺寸为10×10×55×2V，技术要求值为：单个值≥36J，平均值≥45J。
由此可见，选择本发明所述的焊接工艺参数生产的钢管理化性能均符合技术要求，力学性能和焊缝夏比冲击均符合标准的要求。
对上述钢管分别进行水压试验、静水压试验、UT试验和成品检验，试验结果也均符合标准要求，表明这种钢管能达到矿浆输送管道高输送压力的要求。
Claims (4)
1.一种矿浆输送管道用X65钢级HFW钢管制造方法，其特征在于，主要步骤包括剪切对焊、成型、高频焊接和热处理，所述热处理为：正火温度为900～960℃，冷却速度为5～13℃/s。
2.根据权利要求1所述的矿浆输送管道用X65钢级HFW钢管制造方法，其特征在于，所述高频焊接为感应焊，焊接功率为600～800KW，焊接速度为15±1m/min。
3.根据权利要求1所述的矿浆输送管道用X65钢级HFW钢管制造方法，其特征在于，所述成型工序为：利用FFX轧机卷贴弯曲时的张力效应，最大限度地将弯矩加到带钢边部，通过调整工作板宽及粗成型机架的轧辊参数，利用轧辊渐开线特性，对带钢最边部给予小段过弯曲；成型过程开口角度为6°，挤压量为6.5mm。
4.根据权利要求1所述的矿浆输送管道用X65钢级HFW钢管制造方法，其特征在于，其具体加工工序如下：拆卷矫平、剪切对焊、母材探伤、板边加工、成型、高频焊接、热处理、空冷水冷、定径矫直、在线喷标、定尺切管、理化试验、机械平头、水压试验、超声波焊缝探伤、管端探伤和成品检查。
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