CN103088270A - 一种x70大变形钢热煨弯管的制作工艺方法 - Google Patents

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冯斌
白世武
李玉卓
李桂芝
王永胜
赵玉朋
李烨铮
孙旭辉
袁欣然
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Abstract

本发明是一种X70大变形钢热煨弯管的制作工艺方法。本方法是：1)用的母管为采用控轧控冷钢板制成的直缝埋弧焊钢管；2)将以上母管，进行中频感应加热弯制，采用整体加热淬火弯制工艺，感应加热温度为950～1050℃，推进速度为40～80mm/min，采用外部喷水冷却方式，冷却速度不小于20℃/s；3)将通过2)工艺弯制成形的热煨弯管放入加热炉中进行整体加热，加热温度为700～850℃，保温1.0～2.0小时后进行淬火；然后再进行整体回火，回火温度为350～550℃，回火保温时间为1.5～2.5小时。本方法制作的弯管强度和韧性满足X70标准要求、纵向拉伸应力比和均匀延伸率较高、弯管的纵向变形能力良好。

Description

一种X70大变形钢热煨弯管的制作工艺方法
技术领域
本发明是一种用于长输油气管道应变设计地区敷设的X70大变形钢热煨弯管的制作工艺方法。涉及金属管的处理和管道系统技术领域。
背景技术
目前，热煨弯管常用的制作工艺方法有：局部淬火(只有弯曲段淬火)加回火、整体淬火加回火、局部淬火不回火、整体淬火不回火。其中局部淬火加回火工艺的应用最为广泛，它有利于消除弯管加工过程造成的残余应力，制作出的弯管整体质量较为稳定，低温韧性良好。但采用该工艺会使弯曲段和直管段之间产生加热温度过渡区(在加热淬火时存在较大的温度梯度)，往往会造成该区域的组织不均匀，进而对该区域的性能造成不利影响。采用整体淬火加回火工艺可有效消除过渡区，使弯管整体(包括直管段、弯曲段的管体和焊缝)的组织性能更加均匀、稳定，目前X80及以上钢级的热煨弯管常采用这种制作工艺。
中国专利201110042499.9提出了一种X70钢级弯管和管件的制备方法，可制作出高强度、高韧性和良好焊接性能的X70热煨弯管。中国专利200710178676.X公开了一种高强度热弯管的制造方法，可制作出满足工程技术条件要求的大口径厚壁热煨弯管。但这些专利中均未考虑弯管的变形能力，也没有提到反映弯管纵向变形能力的关键指标，如纵向拉伸应力比、均匀延伸率和应力应变曲线形状等。采用这些方法制作热煨弯管，会使母管通过控轧控冷等先进技术所获得的组织发生本质改变，虽然最终可获得满足工程技术要求的强度和韧性，但纵向拉伸应力比、均匀延伸率等指标显著降低，致使弯管的变形能力无法满足采用应变设计的特殊地段管线的安全需求。
发明内容
本发明的目的是发明一种用于长输油气管道应变设计地区敷设的强度和韧性满足X70标准要求、纵向拉伸应力比和均匀延伸率较高、弯管的纵向变形能力良好的X70大变形钢热煨弯管的制作工艺方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
1)本X70大变形钢热煨弯管的制作工艺方法用的母管为采用控轧控冷钢板制成的直缝埋弧焊钢管；其组成成分的重量百分比为：C：0.05～0.10％；Mn：1.40～1.80％；Si：0.10～0.30％；P：≤0.015％；S：≤0.005％；Nb：0.02～0.07％；Ti：0.01～0.03％；Al：0.01～0.04％；V：0～0.06％；Cr：0～0.30％；Mo：0.10～0.30％；Cu：0.10～0.30％；Ni：0.10～0.35％；N：≤0.008％；碳当量Ceq：0.37～0.45％；冷裂系数Pcm：≤0.25％；
2)将以上成分的母管，进行中频感应加热弯制，采用整体加热淬火弯制工艺，即直管段也进行加热淬火，感应加热温度为950～1050℃，推进速度为40～80mm/min，采用外部喷水冷却方式，冷却速度不小于20℃/s；
3)将通过2)工艺弯制成形的热煨弯管放入加热炉中进行整体加热，加热温度为700～850℃(位于Ac1～Ac3之间的临界区温度)，保温1.0～2.0小时后进行淬火；然后再进行整体回火，回火温度为350～550℃，回火保温时间为1.5～2.5小时。
本发明采用中频感应加热弯制工艺实现弯管的成形，整体加热淬火使弯管各位置组织均匀、稳定，为后续的热处理做好准备。
本发明采用临界区加热淬火加回火工艺实现弯管的最终热处理。临界区处于Ac1～Ac3之间的温度范围，属于不完全相变区，只发生部分奥氏体化。在临界区加热时，碳和合金元素在铁素体和奥氏体中重新分布，可使弯管获得兼具良好强度和塑性的双相组织(铁素体加贝氏体组织或贝氏体加M-A组织)，双相组织通过具有不同特性的两种组织相(硬相和软相)的复合，使各相优点得以发挥，同时使它们的缺点由于其他相的存在而减少或消除。整体回火进一步改善弯管的强度和韧性，使弯管最终具有良好的强韧性和变形能力。
采用本发明可制作管径为610～1016mm、壁厚为10～30mm的X70大变形钢热煨弯管，弯管具有良好的强韧性和可焊性，并具有良好的纵向变形能力，弯管各位置的性能均匀，可满足长输油气管道应变设计地区用热煨弯管的要求。
采用本发明制作出的X70大变形钢热煨弯管具有铁素体加贝氏体或贝氏体加M-A双相组织。弯管横、纵向屈服强度Rt0.5大于485Mpa，抗拉强度Rm大于570Mpa，-20℃冲击韧性吸收功大于200J；弯管横向屈强比Rt0.5/Rm小于0.90；弯管纵向屈强比Rt0.5/Rm小于0.85，应力比Rt1.5/Rt0.5大于1.08，Rt2.0/Rt1.0大于1.03，均匀延伸率UEL大于7.0％，拉伸应力应变曲线形状为“圆拱顶”形(Round-House)。
本发明制作出的X70大变形钢热煨弯管可用于长输油气管道应变设计地区弯管的敷设。本发明可指导未来更高钢级并具有良好变形能力的热煨弯管研发，在地震断裂带、沉陷区、冻土带和地质灾害区等特殊地段热煨弯管的设计应用方面具有广泛的前景。
具体实施方式
实施例1.本例是制作管径为813mm、壁厚为14mm的X70大变形钢热煨弯管。用的母管为采用控轧控冷钢板制成的直缝埋弧焊钢管。其组成成分的重量百分比为：C：0.07％；Mn：1.65％；Si：0.21％；P：0.010％；S：0.004％；Nb：0.05％；Ti：0.02％；Al：0.016％；V：0.01％；Cr：0.12％；Mo：0.15％；Cu：0.16％；Ni：0.22％；N：0.006％；碳当量Ceq：0.43％；冷裂系数Pcm：0.19％；
先将以上成分的母管，进行中频感应加热弯制，采用整体加热淬火弯制工艺，煨制成90°弯管，弯曲半径为母管直径的6倍。感应加热温度为950～1000℃，推进速度为65～70mm/min，外部喷水冷却，冷却速度20～30℃/s；
然后将弯制成形的热煨弯管放入加热炉中进行整体加热，加热温度为750±20℃(位于Ac1～Ac3之间的临界区温度)，保温1.5小时后淬火，最后进行整体回火，回火温度为400℃±20℃，回火保温时间为2.0小时。
经检测，该弯管各位置性能均匀，各项性能均达到X70标准要求，纵向拉伸应力比、均匀延伸率较高，应力应变曲线为“圆拱顶”形，纵向变形能力良好，可用于长输油气管道应变设计地区弯管的敷设。具体检测结果如下：
Figure BDA0000105088610000031
Figure BDA0000105088610000041
实施例2.本例是制作管径为1016mm、壁厚为21mm的X70大变形钢热煨弯管。用的母管为采用控轧控冷钢板制成的直缝埋弧焊钢管。其组成成分的重量百分比为：C：0.05％；Mn：1.68％；Si：0.15％；P：0.005％；S：0.002％；Nb：0.022％；Ti：0.013％；Al：0.025％；V：0.002％；Cr：0.014％；Mo：0.25％；Cu：0.22％；Ni：0.26％；N：0.002％；碳当量Ceq：0.42％；Pcm：0.18％；
先将以上成分的母管，进行中频感应加热弯制，采用整体加热淬火弯制工艺，煨制成45°弯管，弯曲半径为母管直径的6倍。感应加热温度为1000～1050℃，推进速度为45～50mm/min，外部喷水冷却，冷却速度20～30℃/s；
然后将弯制成形的热煨弯管放入加热炉中进行整体加热，加热温度为780±20℃(位于Ac1～Ac3之间的临界区温度)，保温2.0小时后淬火，最后进行整体回火，回火温度为500℃±20℃，回火保温时间为1.5小时。
经检测，该弯管各位置性能均匀，各项性能均达到X70标准要求，纵向拉伸应力比、均匀延伸率较高，应力应变曲线为“圆拱顶”形，纵向变形能力良好，可用于长输油气管道应变设计地区弯管的敷设。具体检测结果如下：
Figure BDA0000105088610000042
本两例制作出的X70大变形钢热煨弯管具有铁素体加贝氏体或贝氏体加M-A双相组织。弯管横、纵向屈服强度Rt0.5大于485Mpa，抗拉强度Rm大于570Mpa，-20℃冲击韧性吸收功大于200J；弯管横向屈强比Rt0.5/Rm小于0.90；弯管纵向屈强比Rt0.5/Rm小于0.85，应力比Rt1.5/Rt0.5大于1.08，Rt2.0/Rt1.0大于1.03，均匀延伸率UEL大于7.0％，拉伸应力应变曲线形状为“圆拱顶”形(Round-House)。可用于长输油气管道应变设计地区弯管的敷设。

Claims (1)

1.一种X70大变形钢热煨弯管的制作工艺方法，其特征在于：
1)本X70大变形钢热煨弯管的制作工艺方法用的母管为采用控轧控冷钢板制成的直缝埋弧焊钢管；其组成成分的重量百分比为：C：0.05～0.10％；Mn：1.40～1.80％；Si：0.10～0.30％；P：≤0.015％；S：≤0.005％；Nb：0.02～0.07％；Ti：0.01～0.03％；Al：0.01～0.04％；V：0～0.06％；Cr：0～0.30％；Mo：0.10～0.30％；Cu：0.10～0.30％；Ni：0.10～0.35％；N：≤0.008％；碳当量Ceq：0.37～0.45％；冷裂系数Pcm：≤0.25％；
2)将以上成分的母管，进行中频感应加热弯制，采用整体加热淬火弯制工艺，即直管段也进行加热淬火，感应加热温度为950～1050℃，推进速度为40～80mm/min，采用外部喷水冷却方式，冷却速度不小于20℃/s；
3)将通过2)工艺弯制成形的热煨弯管放入加热炉中进行整体加热，加热温度为位于Ac1～Ac3之间的临界区温度的700～850℃，保温1.0～2.0小时后进行淬火；然后再进行整体回火，回火温度为350～550℃，回火保温时间为1.5～2.5小时。
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