CN105817844A

CN105817844A - X80管线钢螺旋焊管的制造方法

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Publication number: CN105817844A
Application number: CN201610344532.6A
Authority: CN
Inventors: 李学达; 刘振伟; 林学强; 付超; 范玉然; 孙建波
Original assignee: CHINA RESEARCH INST OF PETROLEUM AND NATURAL-GAS PIPING SCIENCE; NORTH CHINA PETROLEUM STEEL PIPE CO Ltd; Shandong Shengli Steel pipe Co Ltd; China University of Petroleum East China
Current assignee: CHINA RESEARCH INST OF PETROLEUM AND NATURAL-GAS PIPING SCIENCE; NORTH CHINA PETROLEUM STEEL PIPE CO Ltd; Shandong Shengli Steel pipe Co Ltd; China University of Petroleum East China
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2036-05-20
Also published as: CN105817844B

Abstract

本发明属于机械设备制造领域，具体地，涉及一种螺旋埋弧焊管的制造方法。X80管线钢螺旋焊管的制造方法，工艺步骤如下：X80管线钢板卷的开卷与矫平，铣边，预弯，成型，预焊，内焊，外焊，管端扩径，产品检验。本发明对焊接坡口形式进行了全新的设计，从而对内、外焊道的焊接线能量进行了重新分配，增大外焊道焊接线能量，减小内焊道线能量。内焊道线能量的减小能够显著降低热影响区临界粗晶区的晶粒尺寸，有助于链状M‑A组元分布的离散化，同时还能减小M‑A组元的尺寸，从而使得焊接热影响区的韧性有明显的提升。另外，虽然外焊道的填充量有所增加，但由双丝串列改为三丝串列进行焊接，能够保证焊接速度，并不会降低生产效率。

Description

X80管线钢螺旋焊管的制造方法

技术领域

本发明属于机械设备制造领域，具体地，涉及一种螺旋埋弧焊管的制造方法，用作石油天然气输送，适用于Φ1422mm×21.4mm的X80管线钢螺旋焊管的制造。

背景技术

随着西气东输等管线工程的实施，管线钢自2000年以来在国内飞速发展，目前国内管线钢的制造水平已经居于世界前列。现阶段，正在铺设的输气管线主要应用的是X80管线钢。目前生产的X80管线钢母材的各项性能指标都能达到标准要求，但其焊接过程中仍存在很多问题；并且，在输油输气管线中，焊缝长度所占比例较大，因此焊接接头的性能将会直接决定整条管线的安全性和可靠性。

焊接接头的性能主要由焊接热影响区及焊缝金属的性能决定。目前，管线钢制管焊接过程中，焊缝金属的强度和韧性有较好的匹配，并不成为降低焊接接头性能的主要因素。而热影响区的性能并不稳定，尤其是冲击韧性测试过程中经常有低值出现。焊接热影响区的性能主要由母材的成分及焊接工艺决定。现今生产的管线钢大部分都采用低碳/超低碳、高锰、高铌的微合金化设计，母材成分差别并不大。因此要提高焊接热影响区的性能，主要靠改进焊接工艺来实现。制管的焊接工艺目前大部分采用双面自动埋弧焊，以螺旋焊管和直缝焊管为主。

螺旋焊管和直缝焊管各有优缺点。螺旋焊管的最大优点是它对原料的适应性和经济性，西气东输一线便主要采用螺旋焊管。螺旋焊管可以通过成型角的调整，使用不同宽度的带钢生产同一口径的钢管。反之，也可以采用同一宽度的板材生产不同口径的钢管。因此能够大大降低对原料的宽度和储备数量要求，从而大幅度地降低了原料采购成本。螺旋焊管一般采用三辊弯板机构连续成型，边成型边焊接的生产方式，工艺流程短，设备造价比ERW和直缝埋弧焊管都低得多。螺旋焊管也有其自身的缺点。螺旋焊管的成型质量受带钢月形弯的影响较大，带钢月形弯会造成螺旋焊管管径和焊接间隙的变化，容易造成管径超差、错边和焊接烧穿等缺陷；钢管焊缝较长，出现焊接缺陷的几率较大；未采用低残余应力成型技术的螺旋焊管管体残余拉应力较大，几何尺寸精度较差。但经过多年的技术改进，特别是西气东输工程干线钢管国产化的攻关和大批量生产实践，应用了带钢铣边、低残余应力成型、高韧性焊接材料和多丝焊接、管端整径和无损检测等先进工艺技术和装备，使我国高压输送用螺旋焊管的生产技术和产品质量有了质的飞跃。

目前，螺旋焊管采用的坡口形式大部分为双Y型坡口，如说明书附图1所示。内焊道2、外焊道3的坡口张开角度9和7大多为30～40°，内坡口张开角度9比外坡口张开角度7略大(0～5°左右)，内坡口深度10和外坡口深度8也大多近似相等，钝边的长度11视板厚决定。对应此种坡口形式的内外焊道的焊接线能量也大致相当，根据实际生产情况在20～40kJ/cm不等。以某钢管厂生产的X80管线钢螺旋焊管(板厚21.4mm)为例，外坡口张开角度7为30±2°，外坡口深度8为6.5±1mm；内坡口张开角度9为35±2°，内坡口深度10为5.4±1mm；钝边厚度11为9.5±1mm。对应的焊接工艺参数，内外焊道的焊接线能量为25～35k J/cm左右。此种双道次焊接的焊接工艺由于内外焊道的热影响区相互交叉，不可避免地会产生临界粗晶区。临界粗晶区组织由粗大的原奥氏体晶粒加上沿晶界连续分布的M-A组元组成，晶粒内部的组织为粗大的上贝氏体或者粒状贝氏体。临界粗晶区可导致焊接热影响区的冲击韧性显著下降，使得焊接接头的整体性能低于相关标准的要求，实际生产中夏比冲击测试出现的低值大部分在50J以下。因此，此种焊接工艺急需改进，从而提高管线钢双面螺旋埋弧自动焊焊接热影响区的整体性能。

发明内容

为克服现有螺旋焊管制造方法存在的缺陷，本发明提供一种X80管线钢螺旋焊管的制造方法，该方法适用于Φ1422mm×21.4mm的X80管线钢螺旋焊管的制造。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

X80管线钢螺旋焊管的制造方法，工艺步骤如下：

1、X80管线钢板卷的开卷与矫平

2、铣边

3、预弯

4、成型

5、预焊

6、内焊

7、外焊

8、管端扩径

9、产品检验。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：通过对焊接坡口形式进行全新设计，将传统的双Y型坡口改为内焊道Y型、外焊道复合型坡口，并加大外焊道的坡口深度、减小内焊道的坡口深度，从而对内、外焊道的焊接线能量进行了重新分配，增大外焊道焊接线能量，减小内焊道线能量。内焊道线能量的减小能够显著降低热影响区临界粗晶区的晶粒尺寸，有助于链状M-A组元分布的离散化，同时还能减小M-A组元的尺寸，从而使得焊接热影响区的韧性有明显的提升。另外，虽然外焊道的填充量有所增加，但由双丝串列改为三丝串列进行焊接，能够保证焊接速度，并不会降低生产效率。

附图说明

图1为目前X80管线钢螺旋焊管常用的坡口示意图；其中，1-预焊，2-内焊，3-外焊，4-外坡口，5-内坡口，6-钝边，7-外坡口张开角度，8-外坡口深度，9-内坡口张开角度，10-内坡口深度，11-钝边厚度。

图2为本发明的X80管线钢螺旋焊管的坡口示意图；其中，1-预焊，2-内焊，3-外焊，4-外坡口顶部，5-外坡口底部，6-内坡口，7-钝边，8-外坡口底部张开角度，9-外坡口底部深度，10-外坡口顶部张开角度，11-外坡口顶部深度，12-外坡口总深度，13-内坡口张开角度，14-内坡口深度，15-钝边厚度。

具体实施方式

如图2所示，X80管线钢螺旋焊管的制造方法，采用壁厚为21.4mm的X80管线钢板卷，其化学成分(重量百分比)如下：C 0.04～0.07，Si 0.15～0.25，Mn 1.68～1.78，Nb 0.04～0.05，Ti 0.01～0.02，Cu 0.12～0.22，Cr 0.20～0.28，Mo 0.10～0.20，Ni 0.10～0.20，P<0.015，S<0.005，N<0.006，Fe为余量；制成管径为Φ1422mm的X80管线钢螺旋焊管，工艺步骤如下：

1、X80管线钢板卷的开卷与矫平：将X80管线钢板卷用开卷机进行开卷，并用矫平机进行矫平；

2、铣边：先粗铣，将板边宽度铣掉5～10mm；然后精铣，如附图2所示，管壁外侧的坡口为外坡口，内侧的坡口为内坡口6，两坡口之间的直边为钝边7；外坡口采用复合型坡口，分为底部4和顶部5，外坡口底部的张开角度8为45～60°，外坡口底部的深度9为1～3mm；外坡口顶部的张开角度10为8～15°，外坡口顶部的深度11为5～8mm；外坡口的总深度12为6～10mm；内坡口6采用Y型坡口，内坡口张开角度13为30～40°，内坡口深度14为3～5mm；钝边厚度15为7～11mm。

3、预弯：在二辊弯边机上对卷板进行预弯，使半径尺寸为2000±100mm；

4、成型：将经过预弯的带钢在三辊成型器卷制成直径为Φ1422mm的螺旋状圆筒；

5、预焊：在内坡口根部位置进行，采用气体保护焊，焊接工艺参数为：气体配比80％Ar+20％CO₂，气体流量80～100L/min，电压22～25V，送丝速度140～170in/min，焊速2.5～3.0m/min；

6、内焊：采用双丝串列埋弧自动焊，焊接工艺参数为：第一丝为直流反接，电流1100～1300A，电压30～34V；第二丝为交流，电流500～600A，电压34～38V；焊接速度为1.2～1.5m/min；

7、外焊：采用三丝串列埋弧自动焊，焊接工艺参数为：第一丝为直流反接，电流1300～1600A，电压31～35V；第二丝和第三丝为交流，电流500～600A，电压34～38V；焊接速度为1.2～1.5m/min；

8、管端扩径：在钢管管端300mm范围内进行冷扩径。

9、产品检验：包括对母材分层超声波检验；对内外焊缝进行100％的X射线检查；对成品管进行100％压力实验；对全部焊缝进行100％的超声波检查。

按上述方案所获得的焊接接头热影响区中，临界粗晶区的晶粒尺寸有所减小，链状M-A组元的分布变得并不连续，并且M-A组元的尺寸有所减小。相比于常规的双Y型坡口形式、内焊和外焊的焊接线能量相当的焊接工艺，按本发明所述方案所获得的焊接接头热影响区处的冲击韧性有明显提升。

上述临界粗晶区是指在第一道次焊接形成的粗晶区，在后续的焊接道次中被二次加热到临界温度区间(Ac₁～Ac₃)后形成的。临界粗晶区的组织构成保留了原粗晶区的粗大晶粒以及晶粒内部的粗大组织：上贝氏体或者粒状贝氏体，并且还沿粗大的原奥氏体晶粒边界生成了连续分布的M-A组元，称之为链状M-A组元。临界粗晶区是焊接热影响区中韧性最差的区域，也是导致热影响区冲击韧性出现低值的根本原因。

本发明重新设计了坡口形式。从坡口形状上讲，外坡口改用复合型坡口，增大坡口底部的张开角度以方便焊丝伸入，而外坡口顶部的张开角度则变小以减少焊丝填充量；内坡口依然采用Y型坡口。从坡口尺寸上来讲，外坡口深度增大，内坡口深度减小。坡口形式改变的目的是为了焊接工艺的调整。通过坡口形式的新变化，对内外焊道的焊接线能量进行了重新分配，增大外焊道的焊接线能量，减小内焊道的线能量，能有效减小临界粗晶区的晶粒尺寸，并使得链状M-A组元的分布变得不连续，从而使得焊接接头的韧性得到整体的提升。

Claims

1.一种X80管线钢螺旋焊管的制造方法，采用壁厚为21.4mm的X80管线钢板卷，制成管径为Φ1422mm的X80管线钢螺旋焊管，工艺步骤如下：

(1)、X80管线钢板卷的开卷与矫平：将X80管线钢板卷用开卷机进行开卷，并用矫平机进行矫平；

(2)、铣边：先粗铣，将板边宽度铣掉5～10mm；然后精铣，管壁外侧的坡口为外坡口，内侧的坡口为内坡口，两坡口之间的直边为钝边；外坡口采用复合型坡口，分为底部和顶部，外坡口底部的张开角度为45～60°，外坡口底部的深度为1～3mm；外坡口顶部的张开角度为8～15°，外坡口顶部的深度为5～8mm；外坡口的总深度为6～10mm；内坡口采用Y型坡口，内坡口张开角度13为30～40°，内坡口深度为3～5mm；钝边厚度为7～11mm。

(3)、预弯；

(4)、成型；

(5)、预焊；

(6)、内焊；

(7)、外焊；

(8)、管端扩径；

(9)、产品检验。

2.根据权利要求1所述的X80管线钢螺旋焊管的制造方法，其特征在于：X80管线钢板卷的化学成分(重量百分比)如下：C 0.04～0.07，Si 0.15～0.25，Mn 1.68～1.78，Nb 0.04～0.05，Ti 0.01～0.02，Cu 0.12～0.22，Cr 0.20～0.28，Mo 0.10～0.20，Ni 0.10～0.20，P<0.015，S<0.005，N<0.006，余量为Fe。

3.根据权利要求1-2所述的X80管线钢螺旋焊管的制造方法，其特征在于：预弯为在二辊弯边机上对卷板进行预弯，使半径尺寸为2000±100mm。

4.根据权利要求1-3所述的X80管线钢螺旋焊管的制造方法，其特征在于：成型为将经过预弯的带钢在三辊成型器卷制成直径为Φ1422mm的螺旋状圆筒。

5.根据权利要求1-4所述的X80管线钢螺旋焊管的制造方法，其特征在于：预焊采用气体保护焊，焊接工艺参数为：气体配比80％Ar+20％CO₂，气体流量80～100L/min，电压22～25V，送丝速度140～170in/min，焊速2.5～3.0m/min。

6.根据权利要求1-5所述的X80管线钢螺旋焊管的制造方法，其特征在于：内焊采用双丝串列埋弧自动焊，焊接工艺参数为：第一丝为直流反接，电流1100～1300A，电压30～34V；第二丝为交流，电流500～600A，电压34～38V；焊接速度为1.2～1.5m/min。

7.根据权利要求1-6所述的X80管线钢螺旋焊管的制造方法，其特征在于：外焊采用三丝串列埋弧自动焊，焊接工艺参数为：第一丝为直流反接，电流1300～1600A，电压31～35V；第二丝和第三丝为交流，电流500～600A，电压34～38V；焊接速度为1.2～1.5m/min。

8.根据权利要求1-7所述的X80管线钢螺旋焊管的制造方法，其特征在于：管端扩径为在钢管管端300mm范围内进行冷扩径。

9.根据权利要求1-8所述的X80管线钢螺旋焊管的制造方法，其特征在于：产品检验包括对母材分层超声波检验；对内外焊缝进行100％的X射线检查；对成品管进行100％压力实验；对全部焊缝进行100％的超声波检查。