CN105081002A - X80钢级d1422*30．8中频感应加热煨制弯管的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X80钢级D1422*30.8中频感应加热煨制弯管的制造工艺，包括如下步骤：设计管材原材成份，将管材原材弯圆焊接成弯管母材，局部淬火处理，弯管煨制，煨制后冷却，弯管后回火，正火处理，对获得的弯管进行超声波横波和纵波检查，对获得的弯管抽样进行检测。采用该制造工艺制造的弯管口径大、钢级高，且能够保证弯管焊缝处的高韧性、弯管淬透性好，并且弯管弯曲段壁厚、晶相组织均匀，具有足够的强度和抗震性能，能够满足天然气输送的实际需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种煨制弯管的制造工艺，特别是一种X80钢级D1422*30．8中频感应加热煨制弯管的制造工艺。
背景技术
石油和天然气产地相对集中，能源供给不均衡，石油和天然气的有效运输是解决能源供给不均衡的有效手段，利用管道运输石油和天然气是目前能源输送的主要方式，目前已经实现了超远距离的能源输送，如跨大洲、跨大洋的海底输送管道，随着我国天然气输送的战略调整——西气东输战略，对能源输送管道技术的要求越来越高，为提高输送量，大口径管道是必然的发展趋势，目前国内已建和在建的天然气管道最大直径是1219mm，国外在建的直径为1422mm的管道只有俄罗斯的巴法连科至乌恰天然气管道，这条管道输送量大，具体制造工艺有待考证，但可以明确的是没有采用感应加热弯管技术。国内未有成功实现直径为1422mm的大直径管道制造的报道。如国内在西气东输二线中使用的是X80钢级D1219*25.7、32mm的煨制弯管，其相对于早前的弯管已经填补了国内空白，降低了工程成本，同时改变了弯管依靠进口的局面，然而对更大口径弯管的研制我国仍落后于国外，需要针对更大口径弯管的制造工艺加大研究力度，以期实现更高钢级更大直径的管道应用。
大口径弯管的制造面临诸多技术难题，如焊缝韧性达不到要求，并且随着壁厚的增长弯管淬透性差，同时大口径管道在弯制过程中弯曲段形变、壁厚减薄、均匀性差，其强度和抗震性能降低，在制造工艺设计中应该考虑到工艺参数对弯曲段的影响，使弯曲段机械性能得到保证。
在农业机械、工业机械中经常使用到弯管，弯管工艺研究逐渐成为一个重要方向，普通圆管可以采用冷弯曲加工，近年来，利用感应加热弯曲管件技术得到了发展，其加工原理为管件由送料装置进行连续送料，经感应器对管件连续加热，支承辊起送料导向和弯曲支撑作用，利用摇臂对管件进行端部夹紧，可绕定心旋转，支承辊和摇臂联合作用使管件弯曲，后经冷却获得弯管，具体工作原理可参考中国实用新型专利CN201664717U，对感应加热弯管机的工作原理早已属于现有技术，但是利用感应加热弯管机实现大口径弯管的制造，特别是直径D=1422mm口径的弯管，需要在弯制工艺的设计上考虑很多因素，如弯管煨制频率、功率、温度，进管速度，冷却方式的选择，以及回火的热处理工艺等等，只有综合这些设计因素，才能获得满足实际需要的弯管产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种X80钢级D1422*30.8中频感应加热煨制弯管的制造工艺，采用该制造工艺制造的弯管口径大、钢级高，且能够保证弯管焊缝处的高韧性、弯管淬透性好，并且弯管弯曲段壁厚、晶相组织均匀，具有足够的强度和抗震性能，能够满足天然气输送的实际需要。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
首先，设计管材原材成份，即钢板成份：管材原材采用低碳含量原材，以维持弯管的高韧性，原材的成份设计为：0.06%C；0.02%Al；0.25%Mo；0.01%P；0.35%Si；2.3%Mn；0.28%Cr；0.17%Ni；
将管材原材弯圆焊接成弯管母材：焊接工艺采用直缝埋弧焊，焊丝选择添加有Ti和B元素的合金焊丝，以保证焊缝的韧性；
局部淬火处理：针对弯管母材不发生弯曲变形的直管段进行淬火处理；
弯管煨制：弯管煨制在中频感应加热煨制弯管机上进行，所述弯管机采用液压推弯式；其中中频感应加热煨制弯管机上的感性线圈由空心铜管绕成，铜管内循环冷却水，利用感应热效应对弯管母材进行加热，控制煨制温度在1200-1300摄氏度，中频加热频率在1100-1500Hz，加热功率在1500KW，控制感应加热头与管材之间的间隙保持在2-3mm；弯管推制速度控制在60mm/min；为稳定加热功率和频率，减少电网电压波动带来的影响，采用PR-2000中频变压器，对开关和信号线采用隔离措施，远离大功率感性负载，解决干扰问题；
煨制后冷却：采用液氮槽冷却结合喷水圈冷却的方式对煨制后的管材进行冷却，在弯管机的下游弯管的出口位置设置液氮槽，液氮槽与循环液氮容器连通，煨制后的弯管经过液氮槽速冷后，再经喷水圈水冷，喷水圈包括内冷圈和外冷圈，内冷圈与外冷圈位置相对，同步移动；经喷水圈水冷，冷却速度达到30摄氏度/秒；
弯管后回火：回火装炉温度为室温，升温速度小于180摄氏度/小时，保温温度650摄氏度，保温时间1小时，随后空冷；
正火处理：正火温度1000摄氏度，保温时间20分钟；
经上述步骤获得直径D=1422mm，壁厚30.8mm，弯曲半径为8D的弯管；
对获得的弯管进行超声波横波和纵波检查，记录检查结果，剔除有缺陷的弯管；
对获得的弯管抽样进行检测，包括金相分析检测、静压爆破检测和冲击检测。
其中，具体地，所述的金相分析检测为在弯管的直管段、弯曲段各取若干检测点，所述检测点至少包括位于焊缝上的检测点、位于外弧侧的检测点和位于内弧侧的检测点，在检测点上截取管材横截面，用金相显微镜观察金相组织，当检测点晶粒的平均尺寸小于15微米时为合格产品。
进一步地，所述的静压爆破检测分别在-10摄氏度、20摄氏度、40摄氏度下进行，向两端封堵的弯管内灌注液压油，注满液压油后，间断性提高压力，记录各压力下弯管的应力分布，直至弯管爆破。
采用上述工艺后，本发明能够获得高韧性、淬透性好、强度和抗震性能高、能够满足实际需要的大口径弯管，与现有工艺相比具有以下特点：
首先，在管材成份的设计上，考虑了大口径弯管从抗震性能上要求具有高的韧性，因此在设计上原材采用低碳含量原材，以维持弯管的高韧性，并且在焊接焊丝的选取上也沿用了同样的思路，利用添加有Ti和B元素的合金焊丝，以保证焊缝的韧性。
由于弯管母材的直管段和预期弯曲段在煨弯过程中所承受的应力不同，直管段基本不承受剪切应力，而预期弯曲段需要承受大的剪切变形应力，针对这一差别在煨弯之前对直管段单独进行淬火处理，而将预期弯曲段留置在淬火炉之外，不进行淬火，局部淬火的弯管母材固化了直管段的力学性能，使之刚度更强，避免了煨弯过程中对直管段的力学性能改变。
中频感应加热煨制弯管机上的感性线圈由空心铜管绕成，铜管内循环冷却水，有效对铜管进行冷却，延长了感应器的寿命；对煨制温度、中频加热频率、加热功率、推制速度等通过试验确定了适用于大直径D1422mm、厚壁30.8mm的煨制参数；控制感应加热头与管材之间的间隙保持在2-3mm，能够保证管材表面温度一致，并且管材内侧和外侧的温度也趋于一致，这对煨制过程中应力的均匀一致特别有利；并且，为稳定加热功率和频率，减少电网电压波动带来的影响，采用PR-2000中频变压器，对开关和信号线采用隔离措施，远离大功率感性负载，解决干扰问题，通过该措施，管材表面的温度波动非常小，保证了煨制后弯管的力学性能。
煨制后的冷却本发明采用了液氮槽冷却结合喷水圈冷却的方式对煨制后的管材进行冷却，这使得弯管先速冷再均匀冷却，使得弯管刚度较好，喷水圈采用内外圈同步冷却，在弯管内外侧的温差很小，使得金相组织均匀一致。
回火的工艺条件是经过试验确定的，该工艺条件较好地匹配了大直径、厚壁的弯管的制造；并且在回火后增加了正火的步骤，以稳定管材的力学性能。
对全部弯管进行超声探伤检查，并且抽样分析了弯管的金相组织、抗压性能和抗冲击性能，保证产品合格率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对X80钢级D1422*30.8中频感应加热煨制弯管的制造工艺作详细说明：
首先，设计管材原材成份，即钢板成份：管材原材采用低碳含量原材，以维持弯管的高韧性，原材的成份设计为：0.06%C；0.02%Al；0.25%Mo；0.01%P；0.35%Si；2.3%Mn；0.28%Cr；0.17%Ni；
将管材原材弯圆焊接成弯管母材：焊接工艺采用直缝埋弧焊，焊丝选择添加有Ti和B元素的合金焊丝，以保证焊缝的韧性；
在管材成份的设计上，考虑了大口径弯管从抗震性能上要求具有高的韧性，因此在设计上原材采用低碳含量原材，以维持弯管的高韧性，并且在焊接焊丝的选取上也沿用了同样的思路，利用添加有Ti和B元素的合金焊丝，以保证焊缝的韧性；
局部淬火处理：针对弯管母材不发生弯曲变形的直管段进行淬火处理；由于弯管母材的直管段和预期弯曲段在煨弯过程中所承受的应力不同，直管段基本不承受剪切应力，而预期弯曲段需要承受大的剪切变形应力，针对这一差别在煨弯之前对直管段单独进行淬火处理，而将预期弯曲段留置在淬火炉之外，不进行淬火，局部淬火的弯管母材固化了直管段的力学性能，使之刚度更强，避免了煨弯过程中对直管段的力学性能改变。具体淬火方式为：采用异形加热炉和异形淬冷炉，异形加热炉构造为立方体，在异形加热炉的前、后两壁之间有一中间壁面，由此形成一前加热炉、一后加热炉，中间壁面在前后方向上可移动，也即前、后加热炉的容积可调节，前、后加热炉可单独进行加热工作，也可同时进行加热工作，在前、后壁面和中间壁面上各开有一个孔，共计三个孔，使直线形式的弯管母材的管体可从三孔穿进穿出，当弯管母材的管体穿过三孔，弯管母材可搭置在异形加热炉上；将直线形式的弯管母材的管体穿过三孔搭置在异形加热炉上，并调节中间壁面使弯管母材的预期弯曲段正好位于后加热炉内，使不发生弯曲变形的直管段正好位于前加热炉内，控制前加热炉单独工作，后加热炉不工作，这样实现弯管母材不发生弯曲变形的直管段的加热处理；淬冷炉与加热炉具有相同的构造，具有前淬冷炉和后淬冷炉，同样控制前淬冷炉单独工作，后淬冷炉不工作，这样实现弯管母材不发生弯曲变形的直管段的淬火处理；具体淬火工艺参数设定为：加热至温度为920-960摄氏度，保温3小时，转移工件至异形淬冷炉，淬冷介质为盐水，介质温度为60摄氏度，冷却5小时。
弯管煨制：弯管煨制在中频感应加热煨制弯管机上进行，所述弯管机采用液压推弯式；其中中频感应加热煨制弯管机上的感性线圈由空心铜管绕成，铜管内循环冷却水，有效对铜管进行冷却，延长了感应器的寿命；利用感应热效应对弯管母材进行加热，对煨制温度、中频加热频率、加热功率、推制速度等通过试验确定了适用于大直径D1422mm、厚壁30.8mm的煨制参数，控制煨制温度在1200-1300摄氏度，中频加热频率在1100-1500Hz，加热功率在1500KW，控制感应加热头与管材之间的间隙保持在2-3mm，能够保证管材表面温度一致，并且管材内侧和外侧的温度也趋于一致，这对煨制过程中应力的均匀一致特别有利；弯管推制速度控制在60mm/min；为稳定加热功率和频率，减少电网电压波动带来的影响，采用PR-2000中频变压器，对开关和信号线采用隔离措施，远离大功率感性负载，解决干扰问题，通过该措施，管材表面的温度波动非常小，保证了煨制后弯管的力学性能；
煨制后冷却：采用液氮槽冷却结合喷水圈冷却的方式对煨制后的管材进行冷却，这使得弯管先速冷再均匀冷却，使得弯管刚度较好，在弯管机的下游弯管的出口位置设置液氮槽，液氮槽与循环液氮容器连通，煨制后的弯管经过液氮槽速冷后，再经喷水圈水冷，喷水圈包括内冷圈和外冷圈，内冷圈与外冷圈位置相对，同步移动；经喷水圈水冷，冷却速度达到30摄氏度/秒，喷水圈采用内外圈同步冷却，在弯管内外侧的温差很小，使得金相组织均匀一致；
弯管后回火：回火装炉温度为室温，升温速度小于180摄氏度/小时，保温温度650摄氏度，保温时间1小时，随后空冷；
正火处理：正火温度1000摄氏度，保温时间20分钟；
回火的工艺条件是经过试验确定的，该工艺条件较好地匹配了大直径、厚壁的弯管的制造；并且在回火后增加了正火的步骤，以稳定管材的力学性能。
经上述步骤获得直径D=1422mm，壁厚30.8mm，弯曲半径为8D的弯管；
对获得的弯管进行超声波横波和纵波检查，记录检查结果，剔除有缺陷的弯管；
对获得的弯管抽样进行检测，包括金相分析检测、静压爆破检测和冲击检测。对全部弯管进行超声探伤检查，并且抽样分析弯管的金相组织、抗压性能和抗冲击性能，保证产品合格率。
其中，具体地，所述的金相分析检测为在弯管的直管段、弯曲段各取若干检测点，所述检测点至少包括位于焊缝上的检测点、位于外弧侧的检测点和位于内弧侧的检测点，在检测点上截取管材横截面，用金相显微镜观察金相组织，当检测点晶粒的平均尺寸小于15微米时为合格产品。
进一步地，所述的静压爆破检测分别在-10摄氏度、20摄氏度、40摄氏度下进行，向两端封堵的弯管内灌注液压油，注满液压油后，间断性提高压力，记录各压力下弯管的应力分布，直至弯管爆破。
经上述方案获得的弯管经验证可用于高压长距离油气输送管道，可适用于-30-90摄氏度的工作环境，本产品强度韧性高、抗震性能好，性能稳定，寿命长，性能指标符合ISO15590-1：2001（E）等相关标准的要求，试验证实其平均抗拉强度>900Mpa，屈服强度>800Mpa，管体抗冲击功>140J，焊缝抗冲击功>100J，可满足国内外大型管线工程的实际需求。
上述参照实施例的描述是说明性的而不是限定性的，因此在不脱离发明总体构思下的变化和修改，应属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种X80钢级D1422*30.8中频感应加热煨制弯管的制造工艺，其特征在于：
设计管材原材成份，即钢板成份：管材原材采用低碳含量原材，以维持弯管的高韧性，原材的成份设计为：0.06%C；0.02%Al；0.25%Mo；0.01%P；0.35%Si；2.3%Mn；0.28%Cr；0.17%Ni；
将管材原材弯圆焊接成弯管母材：焊接工艺采用直缝埋弧焊，焊丝选择添加有Ti和B元素的合金焊丝，以保证焊缝的韧性；
局部淬火处理：针对弯管母材不发生弯曲变形的直管段进行淬火处理；
弯管煨制：弯管煨制在中频感应加热煨制弯管机上进行，所述弯管机采用液压推弯式；其中中频感应加热煨制弯管机上的感性线圈由空心铜管绕成，铜管内循环冷却水，利用感应热效应对弯管母材进行加热，控制煨制温度在1200-1300摄氏度，中频加热频率在1100-1500Hz，加热功率在1500KW，控制感应加热头与管材之间的间隙保持在2-3mm；弯管推制速度控制在60mm/min；为稳定加热功率和频率，减少电网电压波动带来的影响，采用PR-2000中频变压器，对开关和信号线采用隔离措施，远离大功率感性负载，解决干扰问题；
煨制后冷却：采用液氮槽冷却结合喷水圈冷却的方式对煨制后的管材进行冷却，在弯管机的下游弯管的出口位置设置液氮槽，液氮槽与循环液氮容器连通，煨制后的弯管经过液氮槽速冷后，再经喷水圈水冷，喷水圈包括内冷圈和外冷圈，内冷圈与外冷圈位置相对，同步移动；经喷水圈水冷，冷却速度达到30摄氏度/秒；
弯管后回火：回火装炉温度为室温，升温速度小于180摄氏度/小时，保温温度650摄氏度，保温时间1小时，随后空冷；
正火处理：正火温度1000摄氏度，保温时间20分钟；
经上述步骤获得直径D=1422mm，壁厚30.8mm，弯曲半径为8D的弯管；
对获得的弯管进行超声波横波和纵波检查，记录检查结果，剔除有缺陷的弯管；
对获得的弯管抽样进行检测，包括金相分析检测、静压爆破检测和冲击检测。
2.如权利要求1所述的一种X80钢级D1422*30.8中频感应加热煨制弯管的制造工艺，其特征在于：
所述的金相分析检测为在弯管的直管段、弯曲段各取若干检测点，所述检测点至少包括位于焊缝上的检测点、位于外弧侧的检测点和位于内弧侧的检测点，在检测点上截取管材横截面，用金相显微镜观察金相组织，当检测点晶粒的平均尺寸小于15微米时为合格产品。
3.如权利要求1所述的一种X80钢级D1422*30.8中频感应加热煨制弯管的制造工艺，其特征在于：
所述的静压爆破检测分别在-10摄氏度、20摄氏度、40摄氏度下进行，向两端封堵的弯管内灌注液压油，注满液压油后，间断性提高压力，记录各压力下弯管的应力分布，直至弯管爆破。
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