CN103722346B - 一种耐腐蚀冶金复合双金属直缝埋弧焊钢管及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐腐蚀的复合双金属直缝埋弧焊钢管，其制备包括以下步骤：（1）采用热轧工艺制造双金属复合钢板，（2）对步骤（1）制造的双金属复合钢板铣边、预弯、JCO成型、预焊，（3）JCO成型、预焊后的钢管的焊缝采用埋弧焊工艺进行焊接，焊接时先焊基层的碳钢层，后焊耐腐蚀层的覆层金属。本发明提供的耐腐蚀冶金复合双金属直缝埋弧焊钢管采用热轧冶金复合双金属钢板和JCOE制管工艺及高效自动埋弧焊工艺，其钢管的双层金属完全实现了冶金结合，使钢管强度高，整体性强，耐腐蚀性能好；采用JCOE制管工艺，机械化程度高，生产效率高，钢管外形尺寸精度高，而且可以生产12米长的钢管。
Description
技术领域
本发明属于金属机械加工领域，具体涉及一种耐腐蚀冶金复合双金属直缝埋弧焊钢管管材及制备方法。
背景技术
目前耐腐蚀双金属直缝焊接钢管主要是机械复合钢管，所谓的机械复合双金属焊接钢管是分别制造出基层钢管（基层钢管为碳钢或低合金钢管的无缝或焊接钢管）和覆层钢管（覆层钢管为不锈钢或镍基合金的焊接钢管），然后将基层钢管套在覆层钢管上，并采用机械扩径或机械旋压或水压或爆破等机械方法使两管表面贴合。例如专利CN102794601A公开了一种双金属复合弯管的制造方法，其内层管采用合金钢管材，外层管采用低碳钢管材；外管材加工到过盈配合尺寸；将内管热压入外管中，冷却后，外管与内管形成过盈配合的双金属复合直管，再压制为复合弯管。这种机械复合的钢管虽然是基层和覆层钢管的焊接工艺相对简单，但其双金属的贴合面的结合强度较低，而且贴合面由于处理不干净，往往夹杂着一些铁锈、氧化铁等赃物，且还容易产生缝隙，同时由于机械压力或爆破冲击力不均匀还会使耐腐蚀层厚度不均匀等问题，这些问题均会影响钢管的使用寿命和抗腐蚀性能。进而也限制了在主要场合的应用。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种耐腐蚀冶金复合双金属直缝埋弧焊钢管的制备方法。
本发明的另一目的是提出制备得到的耐腐蚀冶金复合双金属直缝埋弧焊钢管。
为实现上述目的的技术方案为：
（1）采用热轧工艺制造双金属复合钢板：将基层碳钢和覆层耐腐蚀金属材料复合后热轧，使得基层碳钢钢板和覆层耐腐蚀钢板的金相组织完全结合在一起，形成耐腐蚀冶金复合双金属钢板；所述基层碳钢的材料选自Q235B、Q245R、Q345B、Q345R、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70中的一种；钢板的覆层选择耐腐蚀合金，其选自304、304L、310S、316L、316LN、317L、321、合金825、合金625中的一种；
（2）对步骤（1）制造的双金属复合钢板铣边、预弯、JCO成型、预焊；
（3）步骤（2）制得的钢管的焊缝采用埋弧焊工艺进行焊接，焊接时先焊基层的碳钢层，后焊耐腐蚀层的覆层金属，焊接速度为0.3～0.8m/min。
JOE焊管成型方法通常采用一台吨位较大的压力机，通过多步模弯的方式完成管坯的成型。压力机配有较长圆弧段的上模和两个带弧面的下模，钢板以设定步长横向进入压力机，通过上模下压使上下模闭合对钢板进行折弯成型，直至将钢板一半宽度压成圆弧，使钢板形成J型。然后上模抬起，将钢板前推送到下一个位置继续逐段压成C型，最后压成O型。
所述步骤（2）中通过选择适宜的铣边、预弯、成型、预焊、扩经、修端的工装模具，并调整好间距和压力来控制变形过程中不伤及耐腐蚀层。其中铣边上下定位辊的系统压力为3.0～4.5MPa，避免压力过大造成耐腐蚀层产生压痕；所述铣边是按钢管直径（直径范围为406～1422mm）的要求铣出钢板宽度（宽度范围为1250～4350mm）；
预弯应按管径选择模具，并应调整好适宜的压力和间距。所述预弯的模具具有圆弧面，所述钢管的管径不大于508mm时，以步进式模具压力板边预弯机为例，应选择上2＃下1＃模，管径为559～762mm应选择上3＃下2＃模，管径为813～1016mm应选择上4＃下2＃模，管径为1016～1422mm应选择上5＃下2＃模，预弯时的系统压力为18-25MPa，上下模的间距为所述双金属复合钢板板厚的0.9-1.3倍，保证耐腐蚀层表面不被压伤；
所述步骤（2）中JCO成型应按管径选择模具，JCO成型模具具有圆弧面。并应调整好适宜的压力。以电液伺服数控折弯机为例，钢管的管径为406mm时，应选择R100模，管径为457～508mm应选择R160模，管径为559～660mm应选择R220模，管径为711～864mm应选择R290模，管径为914～1016mm应选择R360模,管径为1118～1422mm应选择R450模,成型时的系统压力为18-25MPa，上模的下压量应使钢管的变形均匀圆滑，接近理想圆弧，避免变形过量出现直边变形不均。
在成型前清除板面上的脏物，避免耐腐蚀层被压伤；预焊时应调整好各压辊的下压量，保证钢管表面无压痕；然后还应进行扩径整形和修端：扩径应选择相同管径的模具，扩径前后应检查和清除扩径模具上的附着物，避免耐腐蚀层被压伤或划伤；修端应选择相应管径的工装，以保证钢管的外形尺寸。焊接工艺中，焊引熄弧板时采用与钢管相同的材料，具体为：碳钢为Q235B、Q245R、Q345B、Q345R、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70；耐腐蚀层型号304、304L、310S、316L、316LN、317L、321、合金825、合金625）制作引熄弧板，使钢管焊接时的起弧和熄弧在引弧板和熄弧板上进行。以保证钢管焊缝质量。
其中，所述步骤（3）中基层的碳钢层焊接的焊丝为H10Mn2、H08D、H08DG、H08C，H08CG中的一种；焊剂为SJ101、SJ101G、SJ102G。
其中，所述步骤（3）中耐腐蚀层的覆层金属焊接的焊丝为H0Cr21Ni10、H00Cr21Ni10、H0Cr20Ni10Ti、H00Cr19Ni12Mo2、H00Cr20Ni14Mo3、H0Cr20Ni14Mo3、SUPRASTRIP825SUPRASTRIP625中的一种，焊剂为HJ260、SJ601、AST600中的一种。
本发明所述制备方法制备得到的钢管。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的耐腐蚀冶金复合双金属直缝埋弧焊钢管采用热轧冶金复合双金属钢板和JCOE制管工艺及高效自动埋弧焊工艺，其钢管的双层金属完全实现了冶金结合，使钢管强度高，整体性强，耐腐蚀性能好；采用JCOE制管工艺，机械化程度高，生产效率高，钢管外形尺寸精度高，而且可以生产12米长的钢管；
钢管基层和覆层均采用自动埋弧焊工艺，而且是先焊基层的碳钢，后焊耐腐蚀的覆层。采用自动埋弧焊工艺，焊接速度快，焊接效率高，焊接质量好，而且劳动条件好；采用先焊基层后焊覆层焊接，可保证耐腐蚀覆层金属的组织和耐腐蚀性能。
附图说明
图1：耐腐蚀冶金复合双金属直缝埋弧焊钢管工艺流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中，如非特别说明，所采用的技术手段均为本领域常规手段。
实施例1
制造的流程见图1。
(1)原料检验：耐腐蚀冶金复合双金属钢板（碳钢厚度为19mm，型号为Q235B；耐腐蚀层厚度304L(3mm)，型号304L），经外观、尺寸检验及各项力学和耐腐蚀性能检测合格并进行标识后投料；以保证原料符合质量要求；
（2）焊引熄弧板：采用与钢管相同的材料Q235B、304L制作引熄弧板，使钢管焊接时的起弧和熄弧在引弧板和熄弧板上进行。以保证钢管焊缝质量。
（3）钢板UT（超声波探伤）检测：采用自动UT对钢板表面进行100％检测，进一步检查钢板的内部质量，确保制管用的材料满足质量要求；
（4）板边铣边：采用机械铣边机（奥地利生产，型号林辛格TYPEPFM75/600CNC）对钢板边缘进行铣坡口，上下定位辊的系统压力为4.5MPa，并按钢管直径508（直径范围为406～1422mm）的要求铣出钢板宽度1530mm（宽度范围为1250～4350mm），以保证坡口满足钢管焊接质量和板宽满足钢管直径的要求；
（5）板边预弯：采用步进式模具压力板边预弯机（黄石生产，型号PB3200/30）对板边进行预弯，板边预弯需选择适宜的模具，控制好压力和下压量，以保证钢管成型后板边的圆度和钢板表面不受损伤。所述钢管的管径508mm时，选择上2＃下1＃模，预弯时的系统压力为20MPa，上下模的间距与所述双金属复合钢板板厚基本相等，保证耐腐蚀层表面不被压伤；
（6）JCO成型：采用电液伺服数控折弯机（黄石生产，型号PPF6500/135电液伺服数控折弯机）进行钢管成型。JCO成型应按管径选择模具，并应调整好适宜的压力。508mm应选择R160模，成型时的系统压力为21MPa，保证钢管在压制过程中变形均匀，没有直边和折痕，得到较理想的圆。
（7）预焊：采用钢管预焊机（黄石生产，型号TWC1422/30）对钢管进行合缝和预焊（钢管全长定位焊），预焊采用CO2＋Ar混合气体保护焊，焊接在钢管外面的基层金属，焊丝与基层碳钢金属相匹配，以保证基层钢管的性能。按照材料的不同选择预焊的具体工艺参数见表1。
（8）基层内焊和基层外焊：采用单丝自动埋弧焊对钢管内侧的碳钢基层进行焊接，然后再采用单丝或双丝自动埋弧焊对钢管外侧的碳钢基层金属焊接。外侧碳钢基层金属的焊接可以采用多层多道焊，直至焊满坡口。焊丝和焊剂的匹配应与碳钢层的金属相适应。以保证基层钢管的性能。按照材料的不同选择基层内焊和基层外焊的具体工艺参数见表2
（9）校直和RT检验：采用钢管校直机和X射线对钢管进行校直和焊缝检验，为焊接耐腐蚀覆层创造条件，并避免在焊接耐腐蚀覆层后碳钢层缺陷返修而影响耐腐蚀层的抗腐蚀性能。
（10）覆层焊接：耐腐蚀覆层焊两层，第一层为过渡层，采用单丝埋弧焊，第二层采用并列双丝埋弧焊。采用的焊接材料应与耐腐蚀层的金属相适应。通过控制焊接电流、焊接电压和焊接速度控制焊接热输入和焊丝的熔敷量，从而控制焊缝熔深和保证耐腐蚀层的抗腐蚀性能。根据耐腐蚀覆层选择的具体工艺参数见表3。
（11）扩径前UT或RT检查：采用超声波（UT）或X射线(RT)对焊缝进行检测，避免带有缺陷的钢管进行扩径和水压试验而影响钢管的性能。
（12）扩径和校直：采用机械扩径机和校直机对钢管进行机械扩径、校直整形，以保证钢管的形状和尺寸精度。钢管扩径时应采用小扩径量（不大于1％），以保证耐腐蚀层的厚度及均匀性。
（13）静水压试验：采用钢管水压试验机对钢管进行静水压试验，以检验钢管的整体强度和致密性能。静水压试验压力和保压时间需根据钢管基层的钢级、管径和壁厚来确定，一般不低于基层的最小屈服强度的90％，保压不低于5S。
（14）静水压试验后UT和RT检测：采用超声波（UT）和X射线(RT)对扩径和水压试验后的钢管焊缝进行检测，以保证钢管最终的质量。
（15）理化试验：对钢管及焊缝进行取样试验，检验钢管的各项理化性能和耐腐蚀性能，保证钢管各项性能满足质量要求。
（16）机械修端：采用管端倒棱机对管端进行坡口加工，保证钢管在施工对接时有适宜的焊接坡口。
（17）管端周向焊缝UT检测：采用超声波对钢管端部及坡口面进行检测，保证修端后的管端及焊缝质量满足要求。
（18）脱脂、抛光、酸洗钝化、水冲洗及干燥处理：对耐腐蚀的覆层进行脱脂、抛光、酸洗钝化、水冲洗和干燥处理，以保证钢管的清洁和耐腐蚀性能。
（19）终检、称重测长、标识和包装：对钢管进行最终检查和称重测长，并进行标识和包装，以保证钢管的最终质量。
检测时，取多个点检测，力学检测结果见表1。
表1Φ508*22mm/Q235B(19mm)+304L(3mm)直缝埋弧焊管力学性能
实施例2
(1)原料检验：耐腐蚀冶金复合双金属钢板（碳钢层厚度14mm，材料型号X60）；耐腐蚀层厚度3mm，型号316L，经外观、尺寸检验及各项力学和耐腐蚀性能检测合格并进行标识后投料；以保证原料符合质量要求；
（2）焊引熄弧板：采用与钢管相同的材料X60；耐腐蚀层316L制作引熄弧板，使钢管焊接时的起弧和熄弧在引弧板和熄弧板上进行。
（3）钢板UT（超声波探伤）检测：采用自动UT对钢板表面进行100％检测，进一步检查钢板的内部质量，确保制管用的材料满足质量要求；
（4）板边铣边：采用机械铣边机（奥地利生产，型号林辛格TYPEPFM75/600CNC）对钢板边缘进行铣坡口，上下定位辊的系统压力为4.5MPa，并按钢管直径（直径为1067mm）的要求铣出钢板宽度（宽度为3295mm），以保证坡口满足钢管焊接质量和板宽满足钢管直径的要求；
（5）板边预弯：采用步进式模具压力板边预弯机（黄石生产，型号PB3200/30）对板边进行预弯，选择上5＃下2＃模，预弯时的系统压力为22MPa，上下模的间距与所述双金属复合钢板板厚基本相等，保证耐腐蚀层表面不被压伤；
（6）JCO成型：采用电液伺服数控折弯机（黄石生产，型号PPF6500/135电液伺服数控折弯机）进行钢管成型。JCO成型应按管径选择模具，选择R450模,成型时的系统压力为22MPa，保证钢管在压制过程中变形均匀，没有直边和折痕，得到理想的圆。
（7）预焊：具体工艺参数见表2。
表2预焊焊接工艺参数
（8）基层内焊和基层外焊：同实施例1
表3基层（碳钢层）焊接工艺参数
其他步骤同实施例1。
表4覆层（耐腐蚀层）焊接工艺参数
表5：Φ1067*17mm/X60(14mm)+316L(3mm)直缝埋弧焊管力学性能
实施例3
(1)原料检验：耐腐蚀冶金复合双金属钢板（碳钢层厚度20mm，材料型号Q345B；耐腐蚀层厚度2mm，型号310S），经外观、尺寸检验及各项力学和耐腐蚀性能检测合格并进行标识后投料；以保证原料符合质量要求；
（2）焊引熄弧板：采用与钢管相同的材料Q345B；耐腐蚀层310S制作引熄弧板，使钢管焊接时的起弧和熄弧在引弧板和熄弧板上进行。
（3）钢板UT（超声波探伤）检测：采用自动UT对钢板表面进行100％检测，进一步检查钢板的内部质量，确保制管用的材料满足质量要求；
（4）板边铣边：采用机械铣边机（奥地利生产，型号林辛格TYPEPFM75/600CNC）对钢板边缘进行铣坡口，上下定位辊的系统压力为4.5MPa，并按钢管直径（直径为1219mm）的要求铣出钢板宽度（宽度为3751mm），以保证坡口满足钢管焊接质量和板宽满足钢管直径的要求；
（5）板边预弯：采用步进式模具压力板边预弯机（黄石生产，型号PB3200/30）对板边进行预弯，选择上5＃下2＃模，预弯时的系统压力为22MPa，上下模的间距与所述双金属复合钢板板厚基本相等，保证耐腐蚀层表面不被压伤；
（6）JCO成型：采用电液伺服数控折弯机（黄石生产，型号PPF6500/135电液伺服数控折弯机）进行钢管成型。JCO成型应按管径选择模具，选择R450模,成型时的系统压力为22MPa，保证钢管在压制过程中变形均匀，没有直边和折痕，得到理想的圆。
（7）预焊：具体工艺参数见表2。
其他步骤同实施例1。
表6：Φ1219*22mm/Q345B(20mm)+310S(2mm)直缝埋弧焊管力学性能
实施例4
(1)原料检验：耐腐蚀冶金复合双金属钢板（碳钢层厚度15mm，材料型号X52；耐腐蚀层厚度3mm，型号合金825，经外观、尺寸检验及各项力学和耐腐蚀性能检测合格并进行标识后投料；以保证原料符合质量要求；
（2）焊引熄弧板：采用与钢管相同的材料制作引熄弧板，使钢管焊接时的起弧和熄弧在引弧板和熄弧板上进行。
（3）钢板UT（超声波探伤）检测：采用自动UT对钢板表面进行100％检测，进一步检查钢板的内部质量，确保制管用的材料满足质量要求；
（4）板边铣边：采用机械铣边机（奥地利生产，型号林辛格TYPEPFM75/600CNC）对钢板边缘进行铣坡口，上下定位辊的系统压力为4.5MPa，并按钢管直径（直径为711mm）的要求铣出钢板宽度（宽度为2178mm），以保证坡口满足钢管焊接质量和板宽满足钢管直径的要求；
（5）板边预弯：采用步进式模具压力板边预弯机（黄石生产，型号PB3200/30）对板边进行预弯，上3＃下2＃模，预弯时的系统压力为21MPa，上下模的间距与所述双金属复合钢板板厚基本相等，保证耐腐蚀层表面不被压伤；
（6）JCO成型：采用电液伺服数控折弯机（黄石生产，型号PPF6500/135电液伺服数控折弯机）进行钢管成型。JCO成型应按管径选择模具，选择R290模,成型时的系统压力为21MPa，保证钢管在压制过程中变形均匀，没有直边和折痕，得到理想的圆。
（7）预焊：具体工艺参数见表2。
其他步骤同实施例1。
表7：Φ711*18mm/X52(15mm)+合金825(3mm)直缝埋弧焊管力学性能
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (1)
1.一种耐腐蚀冶金复合双金属直缝埋弧焊钢管的制备方法，其耐腐蚀层在钢管内表面，碳钢层在钢管外表面，其特征在于，包括步骤：
(1)原料检验：耐腐蚀冶金复合双金属钢板，碳钢厚度为19mm，型号为Q235B；耐腐蚀层厚度3mm，型号304L，经外观、尺寸检验及各项力学和耐腐蚀性能检测合格并进行标识后投料；以保证原料符合质量要求；
(2)焊引熄弧板：采用与钢管相同的材料Q235B、304L制作引熄弧板，使钢管焊接时的起弧和熄弧在引弧板和熄弧板上进行，以保证钢管焊缝质量；
(3)钢板超声波探伤检测：采用自动UT对钢板表面进行100％检测，进一步检查钢板的内部质量，确保制管用的材料满足质量要求；
(4)板边铣边：采用机械铣边机对钢板边缘进行铣坡口，上下定位辊的系统压力为4.5MPa，并按钢管直径508的要求铣出钢板宽度1530mm，以保证坡口满足钢管焊接质量和板宽满足钢管直径的要求；
(5)板边预弯：采用步进式模具压力板边预弯机对板边进行预弯，板边预弯需选择适宜的模具，控制好压力和下压量，以保证钢管成型后板边的圆度和钢板表面不受损伤；所述钢管的管径508mm时，预弯时的系统压力为20MPa，上下模的间距与所述双金属复合钢板板厚相等，保证耐腐蚀层表面不被压伤；
(6)JCO成型：采用电液伺服数控折弯机进行钢管成型，JCO成型按管径选择模具，并调整好适宜的压力，成型时的系统压力为21MPa，保证钢管在压制过程中变形均匀，没有直边和折痕，得到较理想的圆；
(7)预焊：采用钢管预焊机对钢管进行合缝和预焊，所述预焊为钢管全长定位焊，预焊采用CO2+Ar混合气体保护焊，焊接在钢管外面的基层金属，焊丝与基层碳钢金属相匹配；
(8)基层内焊和基层外焊：采用单丝自动埋弧焊对钢管内侧的碳钢基层进行焊接，然后再采用单丝或双丝自动埋弧焊对钢管外侧的碳钢基层金属焊接，外侧碳钢基层金属的焊接采用多层多道焊，直至焊满坡口，焊丝和焊剂的匹配应与碳钢层的金属相适应，以保证基层钢管的性能；
(9)校直和RT检验：采用钢管校直机和X射线对钢管进行校直和焊缝检验，为焊接耐腐蚀覆层创造条件，并避免在焊接耐腐蚀覆层后碳钢层缺陷返修而影响耐腐蚀层的抗腐蚀性能；
(10)覆层焊接：耐腐蚀覆层焊两层，第一层为过渡层，采用单丝埋弧焊，第二层采用并列双丝埋弧焊，采用的焊接材料与耐腐蚀层的金属相适应；通过控制焊接电流、焊接电压和焊接速度控制焊接热输入和焊丝的熔敷量，从而控制焊缝熔深和保证耐腐蚀层的抗腐蚀性能；
(11)扩径前UT或RT检查：采用超声波或X射线对焊缝进行检测，避免带有缺陷的钢管进行扩径和水压试验而影响钢管的性能；
(12)扩径和校直：采用机械扩径机和校直机对钢管进行机械扩径、校直整形，以保证钢管的形状和尺寸精度；钢管扩径时采用小扩径量，不大于1％，以保证耐腐蚀层的厚度及均匀性；
(13)静水压试验：采用钢管水压试验机对钢管进行静水压试验，以检验钢管的整体强度和致密性能；静水压试验压力和保压时间根据钢管基层的钢级、管径和壁厚来确定，不低于基层的最小屈服强度的90％，保压不低于5S；
(14)静水压试验后UT和RT检测：采用超声波(UT)和X射线(RT)对扩径和水压试验后的钢管焊缝进行检测，以保证钢管最终的质量；
(15)理化试验：对钢管及焊缝进行取样试验，检验钢管的各项理化性能和耐腐蚀性能，保证钢管各项性能满足质量要求；
(16)机械修端：采用管端倒棱机对管端进行坡口加工，保证钢管在施工对接时有适宜的焊接坡口；
(17)管端周向焊缝UT检测：采用超声波对钢管端部及坡口面进行检测，保证修端后的管端及焊缝质量满足要求；
(18)脱脂、抛光、酸洗钝化、水冲洗及干燥处理：对耐腐蚀的覆层进行脱脂、抛光、酸洗钝化、水冲洗和干燥处理，以保证钢管的清洁和耐腐蚀性能；
(19)终检、称重测长、标识和包装：对钢管进行最终检查和称重测长，并进行标识和包装，以保证钢管的最终质量。
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