CN103484788A - 一种耐硫化氢腐蚀的高强度x80ms螺旋埋弧焊管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐硫化氢腐蚀的高强度X80MS螺旋埋弧焊管及其制造方法，所述焊管的化学成分为C：≤0.05wt％，Si：0.17～0.20wt％，Mn：≤1.70wt％，P：≤0.005wt％，S：≤0.0008wt％，Cu：0.22～0.25wt％，Ni：0.25～0.30wt％，Cr：≤0.02wt％，Nb：0.04～0.10wt％，V：≤0.05wt％，Ti：0.03～0.06wt％，Mo：0.20～0.28wt％，Al：0.026～0.035wt％，B≤0.0002wt％，其余为铁和不可避免的杂质。螺旋焊管采用X80MS钢级板卷，其加工工序包括：开卷、矫平、铣边、预弯、成型、内焊、外焊、定尺切割、管端扩径、超声波检查、X射线检查、水压、管端倒棱、成品检查。本发明的X80MS钢级螺旋缝埋弧焊管强度高，具有较好的耐H₂S腐蚀性能，适合高压大流量油田集输管线或输送酸性油气介质使用。

Description

一种耐硫化氢腐蚀的高强度X80MS螺旋埋弧焊管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种焊管及其制造方法，尤其是一种耐硫化氢腐蚀的高强度X80MS钢级螺旋埋弧焊管及其制造方法。 

背景技术

H₂S是石油和天然气中最具有腐蚀作用的有害介质之一，严重地影响着油气输送管线的使用寿命，其中氢致开裂(HIC)和硫化物应力开裂(SSCC)是H₂S酸性腐蚀的主要形式，制约着油气输送管道的安全服役。 

HIC产生的原因一股认为是，硫化氢溶于水形成的酸性溶液与管壁金属通过电化学反应使钢内吸收氢，氢原子在钢内夹杂物或其它微观组织结构等不连续区域聚集并形成分子氢，产生很高压力，形成阶梯型裂纹和(或)氢鼓泡，使管壁或零构件的有效厚度减薄，当其受到外应力作用时，易于破坏或失效。SSCC开裂是外加应力、残余应力和氢压力共同作用引起的氢聚集区开裂，开裂方向垂直于管面并有迟延的特征。 

全球高含H₂S天然气产量将达到400亿方，约占30％，对耐酸管的需求量较大。我国大部分油气田中含有的硫化氢浓度含量较高，尤其是四川、新疆等地集输管线处于酸性腐蚀环境，使用的钢管主要是低强度的耐酸管，无法承受高压大流量输送。但高钢级耐酸管，强度、硬度比较高，极易发生HIC和SSCC，因此开发腐蚀环境用高强度X80MS耐酸性钢管势在必行。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种管体高强度、耐酸性能好的X80MS钢级耐硫化氢腐蚀螺旋埋弧焊管及其制造方法。 

一种耐硫化氢腐蚀的高强度X80MS螺旋埋弧焊管，所述焊管的化学成分为C：≤0.05wt％，Si：0.17～0.20wt％，Mn：≤1.70wt％，P：≤0.005wt％，S：≤0.0008wt％，Cu：0.22～0.25wt％，Ni：0.25～0.30wt％，Cr：≤0.02wt％，Nb：0.04～0.10wt％，V：≤0.05wt％，Ti：0.03～0.06wt％，Mo：0.20～0.28wt％，Al：0.026～0.035wt％，B≤0.0002wt％，其余为铁和不可避免的杂质。 

开发出一种高强度X80MS钢级耐硫化氢腐蚀直缝埋弧焊管制造技术方案，包括以下步骤：开卷、矫平、铣边、预弯、成型、内焊、外焊、定尺切割、 管端扩径、超声波检查、X射线检查、水压、管端倒棱、成品检查。 

1)钢板铣边：根据钢管设计的直径和厚度选取钢板，铣边后内外焊坡口角度各60°～90°、钝边高度8～10mm，以消除合缝后产生的“内紧外松”现象，获得有利于成型咬合的坡口形状； 

2)钢板成型；根据卷板实物屈服强度水平，采用外控成型方式，根据成型钢管设计尺寸调整转盘角度，精密测量控制各成型辊的位置与角度，调整1#和3#辊间距和倾角，合理调整2#辊压下量，确保钢管成型后具有良好的圆度和低的残余应力。 

3)内焊：内焊的工艺为：第一号焊丝采用直流反接，电流1400±200A，电压34±2V；第二号焊丝采用交流，电流520±50A，电压38±2V；焊接速度为1.35～1.75m／min。 

4)外焊：外焊的工艺为：第一号焊丝采用直流反接，电流1400±300A，电压34±3V；第二号焊丝采用交流，电流500±50A，电压38±2V；焊接速度为1.35～1.75m／min。 

5)采用应力为90％～100％最小屈服强度进行静水压试验，使管体和焊缝具有低的残余应力。 

6)X射线检查和超声波检查：对焊接接头和管母进行检测； 

7)管端坡口加工：按照要求尺寸在钢管两端加工坡口； 

8)外观尺寸检查：根据要求对钢管外观尺寸进行测量； 

本发明的耐酸性X80MS钢级螺旋焊管采用超低C成分设计，采用高纯净冶炼技术和夹杂物变性处理技术，尤其是对S杂质含量控制到0.0008wt％以下，从而大大降低MnS等夹杂物含量，使得板材组织均匀，纯净度高，带状偏析少。添加少量的Cr、Ni和Cu，以降低材料中元素偏析、带状组织等内部缺陷，减少氢原子聚集形核质点，提高板材的抗H₂S腐蚀能力，添加一定量Nb元素确保板材具有高的强韧性。 

优选的铣边工序是保证板卷在焊接过程中能够焊透，并提高焊接速度，改善焊缝形貌，减小焊接线能量，降低焊接残余应力和焊接热输入对焊缝组织和性能的影响，提高焊缝性能。 

优选的内外焊工艺是确保焊缝的强度和韧性满足要求。焊接参数的选 择，充分考虑双丝焊中各丝的作用，调节各丝的电流、电压、伸长率、角度和丝间距，确保焊缝的熔深和良好的焊缝形貌，依据不同板厚尽量选择低的热输入，确保焊缝同时具备良好的韧性和比较低的硬度。 

采用高纯净度的耐H₂S焊丝、焊剂施焊，焊缝组织均匀，过渡到焊缝中的微合金元素少，焊缝中S、P含量低。母材中的P、S含量等杂质都比较低，所以焊接过程中过渡到焊缝中的P、S含量低，也减少了氢的聚集点，增强了焊缝的耐HIC和SSCC能力。过渡到焊缝中的Mo是最有效的耐H₂S腐蚀元素，可和S一起弥散析出，Mo₂C也是S的陷阱。Ti、B的联合作用促进焊缝中细小针状铁素体的形成，确保焊缝具有耐硫化氢腐蚀能力和强韧性。 

焊缝低硬度控制：为提高耐硫化氢腐蚀高强度X80MS螺旋埋弧焊管管材的HIC和SSCC能力，在焊接过程中需对焊缝进行低硬度控制。一方面，耐硫化氢腐蚀焊材中都尽可能降低Mn、Si及合金等含量，避免这些元素在焊接过程中过多过渡到焊缝中，引起焊缝硬度升高。另一方面，根据板厚，调节焊接过程中各丝的电流、电压、伸长率、角度和丝间距，适当选用比较小的热输入，将t8／5控制在19s～27s范围内，达到影响焊缝熔池的形态和冷却速度，在确保一定的强度的同时，可形成比较低的焊缝硬度组织。 

水压试验：采用应力为90％～100％最小屈服强度进行水压试验，管子周长增加0.08％左右，从而达到释放母材和焊缝中应力，预防SSCC发生，并确保钢管水压后尺寸、形状和性能满足要求。 

具体实施方案

实施例1：Φ1219×22mm X80MS钢级耐硫化氢腐蚀螺旋埋弧焊管制造 

1)原料 

采用壁厚为22mm的X80MS钢板，其化学成分分析如下表(wt％)： 

表1 X80MS化学成分分析(wt％) 

2)铣边：铣边后上坡口角度60°、下坡口角度60°，钝边高度9mm； 

3)成型；根据卷板实物屈服强度水平，采用外控成型方式，精密测量控制 各成型辊的位置与角度，调整1#辊倾角为15°和3#辊倾角为21°，合理调整2#辊压下量1mm～3mm，测量弹复量为-70mm，确保钢管成型后具有良好的圆度和低的残余应力。 

4)内焊：第一号焊丝采用直流反接，电流1500A，电压34V；第二号焊丝采用交流，电流520A，电压38V；焊接速度为1.50m／min。 

5)外焊：外焊的工艺为：第一号焊丝采用直流反接，电流1650A，电压33V；第二号焊丝采用交流，电流500A，电压38V；焊接速度为1.50m／min。 

6)水压试验：对扩径后的钢管进行90％最小屈服强度静水压试验，试验压力为17.5Mpa，保压时间15S，管子周长增加0.09％； 

10)管端坡口加工：对管端进行加工，上坡口角度为10°，下坡口角度为30°，钝边为1.0±0.5mm； 

11)超声波检验：对焊缝及热影响区进行100％超声波检测，用于检测扩径、水压产生的缺陷； 

12)X射线检查：对钢管内外焊缝进行100％的工业电视检查和管端拍片，用于检测扩径、水压产生的缺陷； 

13)外观尺寸检查：根据要求对钢管外观尺寸进行测量； 

钢管理化及耐蚀性能如下： 

1)化学成分分析 

表2 X80MS焊缝主要化学成分分析(wt％) 

2)横向拉伸性能 

表3 X80MSΦ1219×22mm横向拉伸试验结果 

3)夏比冲击韧性、DWTT及弯曲试验结果 

表4 X80MSΦ1219×22mm冲击、DWTT及弯曲试验结果 

4)焊接接头维氏硬度 

表5 X80MSΦ1219×22mm母材、焊缝和热影响区维氏硬度(HV₁₀) 

5)耐蚀性能试验 

表6 X80MSΦ1219×22mm耐酸管HIC敏感参数测试结果 

表7 X80MSΦ1219×22mm焊缝试样SSCC四点弯曲测试结果 

实施例2：Φ1016×18.4mm X80MS钢级耐硫化氢腐蚀螺旋埋弧焊管制造 

1)原料 

采用壁厚为18.4mm的X80MS钢板，其化学成分分析如下表(wt％)： 

表8 X80MS化学成分分析(wt％) 

2)铣边：铣边后上坡口角度90°、下坡口角度70°，钝边高度8.5mm； 

3)成型；根据卷板实物屈服强度水平，采用外控成型方式，精密测量控制各成型辊的位置与角度，调整1#辊倾角为16°和3#辊倾角为23°，合理调整2#辊压下量1mm～3mm，测量弹复量为-45mm，确保钢管成型后具有良好的圆度和低的残余应力。 

4)内焊：第一号焊丝采用直流反接，电流1550A，电压34V；第二号焊丝采用交流，电流520A，电压38V；焊接速度为1.70m／min。 

5)外焊：外焊的工艺为：第一号焊丝采用直流反接，电流1450A，电压33V；第二号焊丝采用交流，电流500A，电压38V；焊接速度为1.70m／min。 

6)水压试验：对扩径后的钢管进行95％最小屈服强度静水压试验，试验压力为19Mpa，保压时间15S，管子周长增加0.10％； 

10)管端坡口加工：对管端进行加工，上坡口角度为10°，下坡口角度为30°，钝边为1.0+0.5mm； 

11)超声波检验：对焊缝及热影响区进行100％超声波检测，用于检测扩径、水压产生的缺陷； 

12)X射线检查：对钢管内外焊缝进行100％的工业电视检查和管端拍片，用于检测扩径、水压产生的缺陷； 

13)外观尺寸检查：根据要求对钢管外观尺寸进行测量； 

钢管理化及耐蚀性能如下： 

1)化学成分分析 

表9 X80MS焊绛主要化学成分分析(wt％) 

2)横向拉伸性能 

表10 X80MSΦ1016×18.4mm横向拉伸试验结果 

3)夏比冲击韧性、DWTT及弯曲试验结果 

表11 X80MSΦ1016×18.4mm冲击、DWTT及弯曲试验结果 

4)焊接接头维氏硬度 

表12 X80MSΦ1219×18.4mm母材、焊缝和热影响区维氏硬度(HV₁₀) 

5)耐蚀性能试验 

表13 X80MSΦ1016×18.4mm耐酸管HIC敏感参数测试结果 

表14 X80MSΦ1016×18.4mm焊缝试样SSCC四点弯曲测试结果 

由此可见，本螺旋焊管实物的主要性能检测结果和耐硫化氢X80MS钢级螺旋焊管的主要性能要求对比，利用本发明的技术制造的耐酸性螺旋焊管，达到了耐硫化氢腐蚀的高强度X80MS螺旋埋弧焊管的技术要求。以上所述，仅是本发 明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (6)

1.一种耐硫化氢腐蚀的高强度X80MS螺旋埋弧焊管，其特征在于：所述焊管的化学成分为C：≤0.05wt％，Si：0.17～0.20wt％，Mn：≤1.70wt％，P：≤0.005wt％，S：≤0.0008wt％，Cu：0.22～0.25wt％，Ni：0.25～0.30wt％，Cr：≤0.02wt％，Nb：0.04～0.10wt％，V：≤0.05wt％，Ti：0.03～0.06wt％，Mo：0.20～0.28wt％，Al：0.026～0.035wt％，B≤0.0002wt％，其余为铁和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述高强度X80MS螺旋埋弧焊管的制造方法，其特征在于，包括：开卷、矫平、铣边、预弯、成型、内焊、外焊、定尺切割、管端扩径、超声波检查、X射线检查、水压、管端倒棱和成品检查。

3.如权利要求2所述高强度X80MS螺旋埋弧焊管的制造方法，其特征在于：所述铣边的工艺为双铣边工艺：先粗铣工型坡口；然后精铣X型坡口，钝边8～10mm，上下坡口角度各60°～90°。

4.如权利要求2所述高强度X80MS螺旋埋弧焊管的制造方法，其特征在于：所述内焊的工艺为：第一号焊丝采用直流反接，电流1400±200A，电压34±2V；第二号焊丝采用交流，电流520±50A，电压38±2V；焊接速度为1.35～1.75m／min。

5.如权利要求2所述高强度X80MS螺旋埋弧焊管的制造方法，其特征在于：所述外焊的工艺为：第一号焊丝采用直流反接，电流1400±300A，电压33±3V；第二号焊丝采用交流，电流500±50A，电压38±2V；焊接速度为1.35～1.75m／min。

6.如权利要求2所述高强度X80MS螺旋埋弧焊管的制造方法，其特征在于：采用应力为90％～100％最小屈服强度进行水压试验，释放应力。