CN103521550B

CN103521550B - 一种x90级管线钢大口径厚壁直缝埋弧焊管制造方法

Info

Publication number: CN103521550B
Application number: CN201310469620.5A
Authority: CN
Inventors: 毕宗岳; 刘斌; 牛辉; 张锦刚; 刘海璋; 陈长青; 包志刚; 张万鹏; 赵红波; 黄晓辉; 牛爱军; 张君; 杨军; 杨耀彬; 刘刚伟
Original assignee: Baoji Petroleum Steel Pipe Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd; Baoji Petroleum Steel Pipe Co Ltd
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2033-10-07
Also published as: CN103521550A

Abstract

本发明公开了一种X90级管线钢大口径厚壁直缝埋弧焊管制造方法，所述精焊工艺为内焊四丝外焊五丝埋弧自动焊。采用此方法可完成X90级Φ1219×24.2‑30.4mm大口径厚壁直缝埋弧焊管的制造。制管后，直缝埋弧焊管不仅具有良好的力学性能，管体均匀延伸率也较高，同时实现了焊管焊接接头的强韧性匹配。采用本发明的方法制造的X90级管线钢大口径厚壁直缝埋弧焊管不仅实现了焊接接头的强韧性匹配，并且管体性能优良，管体均匀延伸率较高，焊管几何尺寸精确。

Description

一种X90级管线钢大口径厚壁直缝埋弧焊管制造方法

技术领域：

本发明属于石油领域，涉及一种焊管制造方法，尤其是一种X90级管线钢大口径厚壁直缝埋弧焊管制造方法。

背景技术：

管道输送是长距离输送石油天然气时最经济安全、最合理的运输方法，已成为陆地油气输送的主要方式，在国内外均呈蓬勃发展趋势。管道建设的发展趋势是向长距离、高压力、大口径方向发展。

管道输送能力的大小与管材的强度水平、壁厚息息相关，为了更加安全和经济的将油气输送到目的地，长输管线采用的焊管强度级别不断提高，壁厚也有所提高。采用X90作为高压、大输入量天然气输送管线管材，可有效的降低管线建设的成本，具有较大的经济效益。

研究表明，在油气管道建设中，采用X80代替X70，可降低成本7％；采用X90代替X70，则可降低管线建设成本。同时，与X100管材开发相比，X90管线钢及钢管的研究开发具有更高的可行性，质量更易得到保证。

国内对X90直缝焊管已进行了前期研究，其制造方法的主要集中在薄壁焊管的研究，对于厚壁，特别是大于30mm壁厚焊管的制造还没有类似的报道。专利申请号为201110359356.0的“一种X90管线钢直缝埋弧焊管制造方法”中只涉及了18.4-22.9mm壁厚直缝焊管的制造方法，对于30mm壁厚焊管的制造未涉及，并且在这种超高强度下，也未涉及均匀延伸率指标。本发明中的制造方法可实现X90级Φ1219×24.2-30.4mm厚壁直缝焊管的制造，焊管不但实现了焊接接头的强韧性匹配，并具有较高的均匀延伸率。

众所周知，管线钢管随着壁厚的增加，制造难度急剧增大，特别是管体DWTT性能、低温冲击韧性、屈强比及均匀延伸率等关键指标很难实现，焊缝性能和管体加工尺寸精度也很难满足要求。特别是像X90级Φ1219×24.2-30.4mm这样的超高强度、厚壁埋弧焊管，随着口径和壁厚的增加，成型难度大，易出现成型不均匀、加工硬化严重、韧性下降的问题。目前，在全球范围内，还未见有这种X90钢级，大口径厚壁且具有较高延伸率直缝埋弧焊管制造技术。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种X90级管线钢大口径厚壁直缝埋弧焊管制造方法，解决了厚壁直缝焊管在成型过程中由于成型不均匀，管体力学性能下降严重的问题以及焊接接头强韧性匹配的问题，为我国X90级大口径厚壁焊管的工业化应用提供参考。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

本发明所采取的技术方案是：

1.采用化学成分为C 0.09％、Si 0.28％、Mn 1.83％、S 0.001％、P 0.008％、Ni 0.42％、Cr 0.03％、Cu 0.16％、Nb 0.049％、V 0.025％、Ti 0.015％、Mo 0.39％、Al 0.032％、N 0.008％、B 0.0005％，余量为Fe，其中碳当量CE_(Pcm)为0.22的X90钢板。

2.采用铁水预处理、转炉炼钢、全流程洁净化处理、控轧控冷等工艺，实现了管体组织为粒状贝氏体+多边形铁素体的双相组织，该双相组织保证焊管除具有较高的强度和良好的低温韧性外，还具有较高的管体均匀延伸率。

3.一种X90级管线钢大口径厚壁直缝埋弧焊管及其制造方法包括以下步骤：钢板超声波检验、铣边、预弯边、JCO成型、预焊、内焊、外焊、焊缝X射线检测、钢管扩径、静水压试验、焊缝超声波检测、管端X射线检测、倒棱、管端磁粉检测、外观质量检查。

4.所述的JCO成型工艺为利用JCO成型机先将经纵边预弯后的外侧钢板进行多次压制，压成“J”形，再将内侧钢板进行多次压制，压成“C”形，最后在钢板的中间压制一次使钢板压成开口的“O”形，开口缝间隙小于230mm，在该冲压工艺中采用小步长，多道次的工序，采用19-21道次单道次的压制次数，单次压下量为1-3mm，不但降低了对设备的要求，并且保证了管坯圆度和焊接边的平直度。

5.所述的预焊工艺为混合气体保护焊，其中气体类别为CO₂(55％-65％)+Ar(35％-45％)，焊接电流I＝900-1100A，焊接电压U＝23-27V，焊接速度V＝3.5-4.5m/min。

6.所述的精焊内焊工艺采用四丝埋弧自动焊进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#丝为交流，焊接工艺参数为：1#丝电流I＝945-1150A，电压U＝31-35V；2#丝电流I＝750-1000A，电压U＝32-36V；3#丝电流I＝630-800A，电压U＝34-38V，4#丝电流I＝540-700A，电压U＝36-40V，丝间距为16-22mm，干伸长23-30mm，焊接速度V＝1.4-1.9m/min。

7.所述的精焊外焊工艺采用五丝埋弧自动焊进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#、5#丝为交流，焊接工艺参数为：1#丝电流I＝1000-1200A，电压U＝31-36V；2#丝电流I＝760-1000A，电压U＝33-38V；3#丝电流I＝600-800A，电压U＝35-40V，4#丝电流I＝550-750A，电压U＝36-42V，5#丝电流I＝600-650A，电压U＝37-41V，丝间距为17-21mm，干伸长27-33mm，焊接速度V＝1.4-1.9m/min。

8.所述的焊管扩径工艺对钢管进行0.6％-1.4％扩径率扩径。

9.所述的焊管水压压力值为焊管实际屈服强度的95％。

10.所述的焊管管径为Φ1219mm、壁厚为24.2-30.4mm。

本发明产生的有益效果是：

1.采用超低碳设计，通过提高Mn、Ni、Mo等元素的加入量，在提高整体合金含量的情况下，保持较低的焊接敏感系数值，确保管线钢具有良好的可焊性。并且通过超洁净冶炼、控轧控冷等工艺，实现了管体组织为粒状贝氏体+多边形铁素体的双相组织，保证强度和韧性的同时使焊管具有较高的管体均匀延伸率。

2.本发明采用的JCO成型工艺是根据钢板的宽度、厚度、以及压模尺寸的大小，精确分析后获得。采用此成型工艺可以保证X90级Φ1219mm、壁厚为24.2-30.4mm的直缝埋弧焊管的椭圆度，使焊管在JCO成型过程中管体部分变形均匀，得到最佳形状，有效避免了因不均匀变形导致的管体性能下降严重的情况。

3.采用混合气体保护焊的预焊工艺可对焊管全长进行连续预焊,保证焊管成型后的形貌保持，确保焊缝的质量和可靠性。

4.采用内焊四丝和外焊五丝的精焊工艺是针对X90级Φ1219mm、壁厚24.2-30.4mm直缝埋弧焊管开发制定的。采用内焊四丝外焊五丝的焊接工艺，可减少单位长度的热输入量，减少热影响区的大小。通过合理设定各丝的电流、电压、干伸长、焊丝间距及角度，以获得优良的焊缝形状，焊缝与母材能够平滑的过渡，减少或消除咬边。选择专用的焊接材料，同时采用内四丝外五丝的焊接工艺使焊缝最终获得以针状铁素体和粒状贝氏体为主的、具有良好力学性能组织，保证焊管焊接接头强韧性匹配。

5.在所述的钢管扩径工序中，根据成型、焊接后的焊管尺寸、圆度等情况，选择合适步长重叠量，能够保证两扩径重叠区域内的外形质量，采用该扩径率扩径的焊管在管端尺寸精度上显示出良好的特性，尺寸精确，圆度好，有效保证了焊管尺寸、椭圆度及焊管理化性能。

附图说明：

图1为本发明的焊接接头硬度检测点示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1：X90Φ1219×24.2mm直缝焊管制造

(1)原料，采用壁厚为24.2mm的X90钢板，其主要合金元素含量：C 0.09％、Si 0.28％、Mn 1.83％、S 0.001％、P 0.008％、Ni 0.42％、Cr 0.03％、Cu 0.16％、Nb 0.049％、V 0.025％、Ti 0.015％、Mo 0.39％、Al 0.032％、N 0.008％、B 0.0005％，余量为Fe，其中碳当量CE_(Pcm)为0.22。

(2)钢板超声波检验，对钢板进行100％的超声波检测。

(3)铣边，坡口尺寸为上坡口角度为38°，下坡口角度为40°，下坡口深度9.0mm，钝边8.0mm。

(4)预弯边，利用预弯机进行板边预弯，使板边曲率符合要求。

(5)JCO成型，在成型机上首先将预弯后的钢板的一侧进行10次压制，成“J”型，再将钢板的另一半按同样的方法和道次进行压制，成“C”型，最后在钢板的中间进行一次压制，成开口的“O”型，开口间隙小于230mm，共压制21道次，单次压下量为1-3mm。

(6)预焊，将呈“O”型的钢管送入预焊机，调整预焊机压辊位置，采用混合气体保护焊接方式进行焊接，形成连续、质量可靠的预焊焊缝。

(7)内焊，采用四丝埋弧自动焊在钢管内侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#丝为交流。焊接工艺参数为：1#丝电流I＝1050A，电压U＝33V；2#丝电流I＝830A，电压U＝34V；3#丝电流I＝700A，电压U＝36V，4#丝电流I＝600A，电压U＝38V，焊丝间距为18、19、19mm，干伸长26、26、26、26mm，焊接速度V＝1.7m/min。

(8)外焊，采用四丝埋弧自动焊在钢管外侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#丝为交流。焊接工艺参数为：1#丝电流I＝1130A，电压U＝34V；2#丝电流I＝850A，电压U＝36V；3#丝电流I＝650A，电压U＝38V，4#丝电流I＝600A，电压U＝40V，焊丝间距为18、19、19mm，干伸长30、30、30、30mm，焊接速度V＝1.7m/min。

(9)焊缝X射线检测，对焊接后的焊管内外焊缝进行100％X射线检测。

(10)钢管扩径，对焊管全长进行0.8％扩径率进行扩径，提高焊管的尺寸精度，同时改善钢管的应力分布状态。

(11)静水压试验，对焊管进行95％的静水压试验，试验压力23.4MPa，保压时间大于15S。

(12)焊缝超声波检测，对焊接后的焊管焊缝及两侧热影响区进行100％检查。

(13)管端X射线检测，对经扩径、水压之后的焊管管端拍片检查，防止扩径、水压可能产生的缺陷。

(14)倒棱，进行管端坡口加工，坡口角度22°-25°，钝边0.8-2.4mm。

(15)管端磁粉检测，对焊管管端进行磁粉检测，进一步的排除可能产生的缺陷。

采用以上工艺制造的焊管性能检测结果如下：

1.焊管拉伸及弯曲实验结果如表1所示：

表1焊管拉伸性能试验结果

2.管体冲击韧性试验结果如表2所示：

表2焊管夏比冲击试验结果

3.管体DWTT试验结果如表3所示：

表3DWTT剪切面积(SA％)

4.焊接接头硬度检测点示意图如图1所示，检测结果如表4所示：

表4焊接接头硬度检测结果

实施例2：X90Φ1219×26.4mm直缝焊管制造

(1)原料，采用壁厚为26.4mm的X90钢板，其主要合金元素含量：C 0.09％、Si 0.28％、Mn 1.83％、S 0.001％、P 0.008％、Ni 0.42％、Cr 0.03％、Cu 0.16％、Nb 0.049％、V 0.025％、Ti 0.015％、Mo 0.39％、Al 0.032％、N 0.008％、B 0.0005％，余量为Fe，其中碳当量CE_(Pcm)为0.22。

(2)钢板超声波检验，对钢板进行100％的超声波检测。

(3)铣边，坡口尺寸为上坡口角度为35°，下坡口角度为35°，下坡口深度10.0mm，钝边9.0mm。

(7)内焊，采用四丝埋弧自动焊在钢管内侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#丝为交流。焊接工艺参数为：1#丝电流I＝1100A，电压U＝33V；2#丝电流I＝900A，电压U＝34V；3#丝电流I＝700A，电压U＝36V，4#丝电流I＝600A，电压U＝38V，焊丝间距为18、19、19mm，干伸长26、26、26、26mm，焊接速度V＝1.6m/min。

(8)外焊，采用四丝埋弧自动焊在钢管外侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#丝为交流。焊接工艺参数为：1#丝电流I＝1150A，电压U＝34V；2#丝电流I＝1000A，电压U＝36V；3#丝电流I＝750A，电压U＝38V，4#丝电流I＝700A，电压U＝40V，焊丝间距为18、18、18mm，干伸长30、30、30、30mm，焊接速度V＝1.6m/min。

(11)静水压试验，对焊管进行95％的静水压试验，试验压力25.5MPa，保压时间大于15S。

采用以上工艺制造的焊管性能检测结果如下：

1.焊管拉伸及弯曲实验结果如表5所示：

表5焊管拉伸性能试验结果

2.管体冲击韧性试验结果如表6所示：

表6焊管夏比冲击试验结果

3.管体DWTT试验结果如表7所示：

表7DWTT剪切面积(SA％)

4.焊接接头硬度检测点示意图如图1所示，检测结果如表8所示：

表8焊接接头硬度检测结果

具体实施实例3：X90Φ1219×30.4mm直缝焊管制造

(2)钢板超声波检验，对钢板进行100％的超声波检测。

(3)铣边，坡口尺寸为上坡口角度为35°，下坡口角度为35°，下坡口深度11.5mm，钝边11.0mm。

(7)内焊，采用四丝埋弧自动焊在钢管内侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#丝为交流。焊接工艺参数为：1#丝电流I＝1150A，电压U＝33V；2#丝电流I＝1000A，电压U＝34V；3#丝电流I＝800A，电压U＝35V，4#丝电流I＝700A，电压U＝37V，焊丝间距为19、20、18mm，干伸长27、27、27、27mm，焊接速度V＝1.4m/min。

(8)外焊，采用五丝埋弧自动焊在钢管外侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#、5#丝为交流。焊接工艺参数为：1#丝电流I＝1200A，电压U＝33V；2#丝电流I＝1000A，电压U＝35V；3#丝电流I＝800A，电压U＝37V，4#丝电流I＝750A，电压U＝38V，5#丝电流I＝650A，电压U＝39V，焊丝间距为17、17、17、17mm，干伸长29、29、29、29、29mm，焊接速度V＝1.5m/min。

(11)静水压试验，对焊管进行95％的静水压试验，试验压力29.4MPa，保压时间大于15S。

采用以上工艺制造的焊管性能检测结果如下：

1.焊管拉伸及弯曲实验结果如表9所示：

表9焊管拉伸性能试验结果

2.管体冲击韧性试验结果如表10所示：

表10焊管夏比冲击试验结果

3.管体DWTT试验结果如表11所示：

表11DWTT剪切面积(SA％)

4.焊接接头硬度检测点示意图如图1所示，检测结果如表12所示：

表12焊接接头硬度检测结果

本发明的优点在于：采用此方法制造的X90级管线钢大口径厚壁直缝埋弧焊管不仅实现了焊接接头的强韧性匹配，并且管体性能优良，管体均匀延伸率较高，焊管几何尺寸精确。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.一种X90级管线钢大口径厚壁直缝埋弧焊管的制造方法，其特征在于，包括：钢板超声波检验、铣边、预弯边、JCO成型、预焊、内焊、外焊、焊缝X射线检测、钢管扩径、静水压试验、焊缝超声波检测、管端X射线检测、倒棱、管端磁粉检测、外观质量检查；

所述焊管的质量百分数组成为：C 0.09％、Si 0.28％、Mn 1.83％、S 0.001％、P 0.008％、Ni 0.42％、Cr 0.03％、Cu 0.16％、Nb 0.049％、V 0.025％、Ti 0.015％、Mo 0.39％、Al 0.032％、N 0.008％、B 0.0005％，余量为Fe，其中碳当量为0.22；

所述JCO成型为：利用JCO成型机先将经纵边预弯后的外侧钢板进行多次压制，压成“J”形，再将内侧钢板进行多次压制，压成“C”形，最后在钢板的中间压制一次使钢板压成开口的“O”形，开口缝间隙小于230mm，在冲压工艺中采用小步长、多道次的工序，采用19-21道次单道次的压制次数，单次压下量为1-3mm，不但降低了对设备的要求，并且保证了管坯圆度和焊接边的平直度；所述预焊为混合气体保护焊，气体类别为CO₂+Ar，其中CO₂：55％-65％、Ar：35％-45％，焊接电流I＝900-1100A，焊接电压U＝23-27V，焊接速度V＝3.5-4.5m/min；

所述内焊为四丝埋弧自动焊、外焊为五丝埋弧自动焊，内焊工艺为：1#丝采用直流反接，2#、3#、4#丝为交流，焊接工艺参数为：1#丝电流I＝945-1150A，电压U＝31-35V；2#丝电流I＝750-1000A，电压U＝32-36V；3#丝电流I＝630-800A，电压U＝34-38V，4#丝电流I＝540-700A，电压U＝36-40V，丝间距为16-22mm，干伸长23-30mm，焊接速度V＝1.4-1.9m/min；

所述钢管扩径的工艺是在扩径过程中选择的步长重叠量，能够保证两扩径重叠区域内的外形质量，并对钢管进行0.6％-1.4％扩径率扩径；

所述焊管管径为Φ1219mm、壁厚为24.2-30.4mm。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述静水压试验中的水压压力为每根焊管的实际屈服强度的95％，保证焊管具有良好的管体性能。