CN103526108A - 一种抗sscc应力腐蚀优良的x70ms的erw焊管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗SSCC应力腐蚀优良的X70MS的ERW焊管及其制造方法，步骤包括拆卷对焊、刨边、成型、高频焊接、热处理、定径飞剪、切管和矫直等工序。所述高频焊接频率：400±30KHZ，焊接速度：20±5m／min，热处理正火温度为920～980℃，热处理后的冷却速度为3～15℃／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工型对接，减少成型过程中的残余应力；采用较小的挤压量和开口角度，降低焊接功率参数，使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。

Description

一种抗SSCC应力腐蚀优良的X70MS的ERW焊管及其制造方法

技术领域：

本发明属于焊接领域，涉及一种焊管及其制造方法，尤其是一种抗SSCC应力腐蚀优良的X70MS钢级集输和输送用ERW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，其中硫化物应力开裂(SSCC)是H₂S酸性腐蚀的主要形式。 

ERW焊管在具有腐蚀性环境中使用时，ERW焊缝比母材金属对应力腐蚀开裂和氢致开裂具有很高的敏感性，往往导致ERW焊管的过早开裂，产生严重的泄漏事故和巨大的经济损失。产生这种现象的原因是由于焊缝存在夹杂物和高的残余应力。 

专利公开号CN102121081A采用HFW焊接方式仅进行X65MS焊接，且SSCC应力加载仅85％σ_s，无法承受加载90％σ_s应力。专利公开号CN102653844A未进行SSCC试验，无法抵抗应力加载下的腐蚀。专利公开号CN1948538A，其抗硫化氢应力腐蚀门槛值达到90％SMYS，但C含量0.25～0.32％比本专利C≤0.05％高的多，且主要介绍的是油田上采油的套管和油管，而本专利制造出的是输送或者集输管。专利公开号CN102699628A和公开号CN102199736A的制管工艺是先冶炼制管坯，再采用热轧管工艺穿孔制毛管，且CN102199736A的SSCC试验加载强度也仅为72％SMYS，而本专利采用电阻焊制管工艺，SSCC试验加载强度都在90％SMYS及以上。 

随着钢级的提高，国内集输和输送用X70MS ERW焊管需要具有高H₂S抗性并且要求SSCC规定屈服强度也越来越高，尤其对应力大小很敏感，应力大小是最关键的指标，国内外普通焊管的抗SSCC应力腐蚀一般仅达到规定屈服强度72％σ_s或85％σ_s，极易发生SSCC。因此开发一种能承受90％σ_s以上规定屈服强度的高抗SSCC应力腐蚀X70MS ERW焊管及其制造方法势在必行。 

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种抗SSCC应力腐蚀优 良的X70MS ERW焊管及其制造方法。 

本发明要解决的技术问题是提供管体高强度，SSCC应力腐蚀能承受规定屈服强度90％σs以上的X70MS钢级耐硫化氢ERW焊管及其制造方法。 

一种抗SSCC应力腐蚀优良的X70MS ERW焊管及其制造方法，焊管钢级X70MS，所述焊管的化学成分为C：≤0.04wt％，Si：0.10～0.20wt％，Mn：≤1.20wt％，P：≤0.01wt％，S：≤0.001wt％，Al：≤0.06wt％，Cu：≤0.15wt％，Ni：≤0.15wt％，Cr：≤0.1wt％，Nb：≤0.05wt％，V：≤0.20wt％，Ti：≤0.02wt％，Mo：≤0.10wt％，B≤0.0002wt％，其余为铁和不可避免的杂质。 

ERW焊管板材成分设计：采用超低C、低Mn、低S、P及添加Cu、Mo、Cr等微合金化元素中的一种或多种进行板材成分设计。C含量过高形成的碳化物量会引起SSC抗性的恶化，Mn含量过高会导致对SSC抗性不利的偏析。控制Mn与Si的用量比，主要是要降低ERW焊接过程中焊缝不可避免的氧化物熔点使其易排出。S对SSC抗性有害的夹杂物的元素，P是通过晶界偏析降低SSC抗性的元素，S、P优选极低水平。Al是强力的钢脱氧剂，能促进了钢的脱硫化。Mo可形成细微碳化物，有利于改善SSC抗性。微量Nb、Ti、V细化晶粒并产生沉淀强化作用。少量Cu、Cr等多元合金化的优势是可以避免单一元素有可能产生的不利影响，起到改善偏析、固溶强化等作用。 

拆卷对焊：对料头料尾对接平齐。 

成型：采用辊式成型时候的张力效应，最大限度地将弯矩加到带钢边部，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，使边部成型充分，且带钢边部的两个端面都成功实现平行的工型对接，也在焊接后确保内外表面形成均匀的毛刺，利于毛刺的刮除和打断。成型过程中挤压量5±1mm，定径量8±2mm，确保钢管成型后具有良好的圆度和低的残余应力，实现残余应力的可控性，可将成型残余应力控制为负值，有效预防了SSCC发生。 

高频焊接：为了保证ERW焊管焊缝的焊接质量和提高生产效率，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，减小挤压量、降低开口角度。增加电流的密度，使热量增高，有利于焊接。开口角度不宜过小，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，应将开口角、挤压量、焊脚位置及侧挤压辊调整到适宜的状态。高频焊接为感应焊，频率：400±50KHZ，焊接速度：20±5m／min，频率控制可获得高强度、高韧性。 

热处理及组织变化：用中频感应加热对焊缝进行焊后热处理，依据匹配焊接速度调整热处理温度，热处理正火温度为920～980℃，经过正火后的焊缝为了得到良好的金相组织，经过缓慢冷却，待组织不再发生转变后再进行迅速水冷，热处理后的冷却速度控制在3～15℃／s，热处理后焊缝组织均匀，细化了焊缝及热影响区的晶粒，焊缝晶粒度10级左右，焊缝硬度低，焊缝和母材组织成分基本一致，显著降低焊缝沟腐蚀敏感系数，达到焊缝组织细化和消除应力集中的作用，极大预防SSCC发生。 

定径飞剪：切断长度。 

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。 

X射线检查和超声波检查：对焊接接头和管母进行检测； 

管端坡口加工：按照要求尺寸在焊管两端加工坡口； 

外观尺寸检查：根据要求对焊管外观尺寸进行测量； 

理化及耐蚀性能检验：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、SSCC试验等，确保钢管的理化性能满足API SPEC5L标准和用户要求。 

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工型对接，减少成型过程中的残余应力；采用较小的挤压量和开口角度，降低焊接功率参数，使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X70MS ERW焊管具有高强度、高韧性，母材和焊缝组织基本一致，最重要的是具有优良的耐H₂S腐蚀性，在A溶液中进行SSCC试验，施加90％σ_s以上规定屈服强度应力水平，试样拉伸表面不出现任何开裂。这种抗SSCC应力腐蚀优良的X70MS ERW焊管适合高压大流量油田集输管线或输送酸性油气介质使用。 

附图说明

图1为Φ406.4×8mm X70MS耐酸管焊缝组织 

图2为Φ219.1×12.7mm X70MS耐酸管焊缝组织 

具体实施方案

实施例1：Φ406.4×8mm X70MS钢级抗SSCC应力腐蚀的ERW焊管及其制造 

1)原料：采用壁厚为8mm的X70MS钢板，其化学成分分析如下表(wt％)： 

表1X70MS化学成分分析(wt％) 

C	Mn	Si	P	S	Al	Ti	V	Nb	Cu+Ni+Cr
										0.03	112	0.18	0.009	0.0007	0.0039	0.014	0.05	0.049	0.32

2)制作：采用X70MS热轧板卷生产外径406.4mm、壁厚8mm ERW焊接钢管。经过拆卷、矫平、铣边，精确控制带钢宽度在1283～1285mm，板边铣加工，采用辊式成型控制板边波形。调整焊接电流、电压工艺参数。调整和控制焊缝的挤压量4.5mm，使材料产生65°～80°的焊缝金属流动上升角。控制开口角，焊接速度22m／min。焊接成厚度为外径406.4mm、壁厚8mm ERW焊接钢管。然后，对焊后焊缝进行970+10℃在线正火，控制水冷开始温度在350～420℃。焊后将焊接钢管截成长度约为12m的管段。 

3)理化性能检验：焊缝组织均匀、细小，见图1。取管环测量环向残余应力为-12mm。0°和90°压扁试验全部合格，管体屈服强度Rt0.5：489～571MPa，管体抗拉强度σb：580～670MPa，管体屈强比：0.75～0.90，管体伸长率：36～39％，焊缝抗拉强度Rm≥575MPa，0℃母材AkV：190～240J，0℃焊缝AkV：120～190J，0℃热影响区AkV：110～199J，管母和焊接接头硬度197～232HV₁₀，力学性能检验全部符合且高于API5L标准要求。 

4)耐蚀性能试验 

焊缝沟状腐蚀敏感系数1.10，小于标准要求1.30。 

表2Φ406.4×8mm X70MS耐酸管HIC敏感参数测试结果 

表3Φ406.4×8mm X70MS试样SSCC四点弯曲测试结果 

实施例2：Φ219.1×12.7mm X70MS钢级抗SSCC应力腐蚀的ERW焊管及其制造 

1)原料：采用壁厚为12.7mm的X70MS钢板，其化学成分分析如下表(wt％)： 

表4X70MS化学成分分析(wt％) 

C	Mn	Si	P	S	Al	Mo	Ti	V	Nb	Cu+Ni+Cr
											0.04	112	0.19	0.004	0.0007	0.0036	0.09	0.015	0.02	0.42	0.45

2)制作：采用X70MS热轧板卷生产外径Φ219.1mm、壁厚12.7mm ERW焊接钢管。经过拆卷、矫平、铣边，精确控制带钢宽度在686～687mm，板边铣加工，采用辊式成型控制板边波形。调整焊接电流、电压工艺参数。调整和控制焊缝的挤压量6mm，使材料产生70°～80°的焊缝金属流动上升角。控制开口角，焊接速度18m／min。焊接成厚度为外径Φ219.1mm、壁厚12.7mm ERW焊接钢管。然后，对焊后焊缝进行950+10℃在线正火，控制水冷开始温度在350～410℃。焊后将焊接钢管截成长度约为12m的管段。 

3)理化性能检验：焊缝组织均匀、细小，见图2。取管环测量环向残余应力为3mm。0°和90°压扁试验全部合格，管体屈服强度Rt0.5：488～541MPa，管体抗拉强度σb：577～670MPa，管体屈强比：0.78～0.91，管体伸长率：36～40％，焊缝抗拉强度Rm≥580MPa，0℃母材AkV：260～390J，0℃焊缝AkV：90～191J，0℃热影响区AkV：120～219J，管母和焊接接头硬度198～232HV₁₀，力学性能检验全部符合且高于API5L标准要求， 

4)耐蚀性能试验 

焊缝沟状腐蚀敏感系数1.23，小于标准要求1.30。 

表5Φ219.1×12.7mm X70MS耐酸管HIC每感参数测试结果 

表6Φ219.1×12.7mm X70MS试样SSCC四点弯曲测试结果 

由此可见，X70MS钢级ERW焊管实物的主要性能检测结果和施加90％σ_s以上规定应力水平抗SSCC应力腐蚀而不开裂的主要性能要求对比，利用本发明的技术制造的X70MS耐酸性ERW焊管，远超过耐硫化氢腐蚀要求的72％σ_s应力水平抗SSCC应力腐蚀ERW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)

1.一种抗SSCC应力腐蚀优良的X70MS的ERW焊管，其特征在于：焊管管体化学成分为C：≤0.04wt％，Si：0.10～0.20wt％，Mn：≤1.20wt％，P：≤0.01wt％，S：≤0.001wt％，Al：_≤0.06wt％，Cu：≤0.15wt％，Ni：≤0.15wt％，Cr：≤0.1wt％，Nb：_≤0.05wt％，V：_≤0.20wt％，Ti：_≤0.02wt％，Mo：≤0.10wt％，B_≤0.0002wt％，其余为铁和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：拆卷对焊、刨边、成型、高频焊接、热处理、定径飞剪、矫直、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所述的制造方法，其特征在于：采用辊式成型，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辊串参数，利用轧辊渐开线特性，对带钢最边部给予小段过弯曲，挤压量5±1mm，定径量8±2mm，从而控制成型残余应力，将成型残余应力控制为负值，低应力成型预防SSCC发生。

4.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：采用高频焊接频率：400±30KHZ，焊接速度：20±5m／min。

5.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：热处理正火温度为920～980℃，热处理后的冷却速度为3～15℃／s，热处理后使得焊缝和母材组织均匀，基本一致，焊缝晶粒度10级左右，焊缝硬度低，预防了SSCC发生。

6.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于：采用NACE TM0177标准A溶液，进行SSCC试验，施加90％σ_s以上规定屈服强度应力水平后，拉伸表面完好，具有优良抗SSCC应力腐蚀作用。

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