CN106112389B - 一种双金属复合钢板制弯头制造工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种双金属复合钢板制弯头制造工艺方法，其工艺步骤是：原材料的采购、复检；焊接热处理模拟实验、产品工艺预定；下料、钢管的预制；卷管焊接；压制成型；热处理；内、外表面处理；无损探伤；坡口；酸洗钝化处理；成品检测。
Description
技术领域
本发明涉及用轧制的方式生产金属管、金属管的处理和管道系统技术领域，特别是一种双金属复合钢板制弯头制造工艺方法。
背景技术
在国内进行双金属复合钢管件(管线钢+N08825)试制之前，国外的管件生产企业已经生产出了复合管件产品，并且在土库曼斯坦天然气管道输送工程一期项目，已经应用，但是国外产品的镍基合金层采用的是堆焊工艺，从技术角度上看，存在技术难度，并且价格昂贵、供货周期较长，所以二期工程中石油立足支持国内在以往油气管道有着成熟经验和良好业绩的几家供应商进行新产品的试制。
发明内容
本发明的目的是提供一种双金属复合钢板制弯头制造工艺方法。
本工艺通过对弯头用钢板成分分析研究，弯头焊接工艺及弯头热处理后性能分析，确定焊材选取、焊接工艺参数及热处理工艺，使成形和热处理后弯头的机械性能和金相组织满足标准要求。
选取合适焊材及合理焊接工艺；
采取合理适用的热处理工艺。
弯头制造主要工艺步骤(见图1)：
(1)原材料的采购、复检：
采购属于冶金复合的爆炸复合钢板(高强钢+镍基合金钢)，并对采购的材料进行化学成分、机械性能、粘接强度、抗腐蚀性能等检验与试验，同时逐张进行超声波检测，检测基层材料是否存在内部缺陷和结合面是否有剥离现象。
(2)焊接热处理模拟实验、产品工艺预定
在经过复检合格的原材料钢板上割取三块300mm*600mm的试板，沿长边方向在板宽的中间用等离子开出X型的坡口，并将坡口打磨出金属光泽去除切割的热影响区，把该三块试板按照评定合格的焊接工艺模拟卷管焊接的焊接方式用N06625焊丝和CHE607GX焊条焊接成为焊接试板，焊接试板经过无损检测合格后，确定两种材料的共同适用的热处理温度参数范围，在此范围内，优选出最适用的具体加热和热处理参数；
(3)下料、钢管的预制
根据产品及工艺要求，按工艺图纸在钢板上画线、切割下料，选用数控切割机切割。设计专用切割生产区，保证材料下料的准确；
(4)卷管焊接
根据工艺要求，在卷板机上将钢板卷成圆筒形状，并对管坯纵缝进行焊接，校圆后形成制造弯头的坯料；在卷板前，覆层表面铺盖上纤维板，避免卷制过程中出现覆层金属划伤和覆层与碳钢工装设备接触，保证开好X型坡口后对口处无错边和直边现象，将坡口内用机械俢磨的方法去除热切割的热影响区后，用不锈钢钢丝轮将坡口内及两侧各50mm内表面打磨干净，按照评定合格的焊接工艺对管坯的基层、过渡层、覆层逐层进行焊接，焊接期间随时监测基层、过渡层、覆层焊接厚度，达到标准要求，同时严格控制焊接的热输入量和层间温度，以及气体保护的程度和逐层清根的洁净度，保证焊道质量达到最高标准，避免存在气孔、夹渣缺欠，给管件造成腐蚀源，这样既保证了熔敷金属具备良好的力学性能，又提高了其抗腐蚀的能力；
(5)压制成型
将焊接工作完成后经无损检测合格的弯头管坯装入天然气加热炉内加热，加热到950℃±10℃保温30±10min出炉，放入胎具中进行压制，采用弯头压制胎具进行第一次压制，焊缝应置于内弧侧，吊装时，吊具及与内层接触的工装都要在表面以氩弧焊的方式焊一层不锈钢层，包括弯头内部支撑内芯、端部的圆盘支撑。待初步成型后，继续装炉加热到950℃±10℃保温30±10min后出炉，再次放入模具中，把复合管件所需内径尺寸的圆球放入弯头上部的一端入口上，通过压力机的压力作用，使圆球压入弯头内部，然后依次放入第二个、第三个…第N个，直至第一个球从弯头一端滚出，内径整形完毕，然后继续放入加热炉中，加热完后，进行扣弯整形，成型过程中，与覆层接触的所有工装模具表面全部涂上耐高温滑石粉，既可以起到润滑作用，又可以避免管件高温时覆层与碳钢工装模具接触，管坯在每道次压制完毕后必须将其置于炉外待管坯的温度降至AC1以下时再入炉进行二次加热，由此避免变形部位长期连续处于下临界点以上温度而造成金属晶粒度粗大等过热现象发生，通过以上工艺的控制产品既具有标准圆滑的外观质量又具有热处理前应有的良好组织状态；
(6)热处理
按照淬火加回火热处理工艺，淬火时，入炉温度≤300℃，升温速度控制在≤200℃/h，升温至940℃～960℃时保温，保温时间控制在30～45min，在纯净水中冷却，回火时入炉温度≤300℃，升温速度控制在≤200℃/h，升温至520℃～560℃时保温，保温时间控制在40～60min在空气中冷却；
(7)内、外表面处理
对弯头内外表面进行修磨处理；处理等级达到Sa3.2级；
(8)无损探伤
对弯头管体进行渗透探伤和超声探伤；对焊缝进行射线探伤和超声探伤；
(9)坡口
对弯头管端进行机加工坡口，保证覆层内径偏差＜0.5mm，覆层壁厚偏差+2mmm/-0.5mm.
(10)酸洗钝化处理
利用酸洗钝化液对弯头内壁进行涂刷酸洗钝化处理，合格后进行残夜的清洗和干燥。
(11)成品检测
按标准在平台上对成品弯头逐件进行几何尺寸和形位偏差检测，同时逐件进行无损检测。并抽取检样件进行理化性能和抗腐蚀性能检测。
附图说明
图1为双金属复合钢板制弯头制造工艺流程图
具体实施方式
下面对本发明作进一步的详细说明。
(1)原材料的采购、复检：
采购四川惊雷科技股份有限公司生产的爆炸复合钢板，并对采购的材料进行化学成分、机械性能、粘接强度、抗腐蚀性能等检验与试验，同时逐张进行超声波检测，检测基层材料是否存在内部缺陷和结合面是否有剥离现象。
(2)焊接热处理模拟实验、产品工艺预定
在经过复检合格的原材料钢板上割取三块300mm*600mm的试板，沿长边方向在板宽的中间用等离子开出X型的坡口，并将坡口打磨出金属光泽去除切割的热影响区，把该三块试板按照评定合格的焊接工艺模拟卷管焊接的焊接方式用N06625焊丝和CHE607GX焊条焊接成为焊接试板，焊接试板经过无损检测合格后，确定两种材料的共同适用的热处理温度参数范围，在此范围内，优选出最适用的具体加热和热处理参数；
焊接试板的热处理工艺参数及性能结果如下表：
(3)下料、钢管的预制
根据产品及工艺要求，按工艺图纸在钢板画线、切割下料，选用数控切割机切割；设计专用切割生产区，保证材料下料的准确；
(4)卷管焊接
本次试制的弯头规格为φ610×29mm弯头，根据设计将钢板在大型卷管机上卷制成φ630×1950mm的筒形管坯，在卷板前，覆层表面铺盖上纤维板，避免卷制过程中出现覆层金属划伤和覆层与碳钢工装设备接触。保证开好X型坡口后对口处无错边和直边现象。将坡口内用机械俢磨的方法去除热切割的热影响区后，用不锈钢钢丝轮将坡口内及两侧各50mm内表面打磨干净，按照评定合格的焊接工艺对管坯的基层、过渡层、覆层逐层进行焊接。焊接期间随时监测基层、过度层、覆层焊接厚度，达到标准要求，同时严格控制焊接的热输入量和层间温度，以及气体保护的程度和逐层清根的洁净度，保证焊道质量达到最高标准，避免存在气孔、夹渣等缺欠，给管件造成腐蚀源，这样既保证了熔敷金属具备良好的力学性能，又提高了其抗腐蚀的能力。
(5)压制成型
根据弯头内径对齐的要求(内径φ569)，我公司采用专门设计制作的外径为635mm的弯头胎具进行压制。
将焊接工作完成后经无损检测合格的弯头管坯装入天然气加热炉内加热，加热到950℃±10℃保温30±10min出炉，放入胎具中进行压制，待初步成型后，继续装炉加热到950℃±10℃保温30±10min后出炉，再次放入模具中压制成型，然后继续放入加热炉中加热，然后出炉放入模具中，再把复合所需内径尺寸的圆球放入弯头上部的一端入口上，通过压力机的压力作用，使圆球压入弯头内部，然后依次放入第二个、第三个…，直至第一个球从弯头一端滚出，内径整形完毕，然后继续放入加热炉中，加热完后，进行扣弯整形。
成型过程中，与覆层接触的所有工装模具表面全部涂上耐高温滑石粉，既可以起到润滑作用，又可以避免管件高温时覆层与碳钢工装模具接触。管坯在每道次压制完毕后必须将其置于炉外待管坯的温度降至AC1以下时再入炉进行二次加热,由此避免变形部位长期连续处于下临界点以上温度而造成金属晶粒度粗大等过热现象发生。通过以上工艺的控制产品既具有标准圆滑的外观质量又具有热处理前应有的良好组织状态。
弯头成型、去端、校圆后对其主要尺寸进行测量，结果满足机加工成品的要求，实测值见下表：
(6)热处理
按照淬火加回火热处理工艺，淬火时，入炉温度≤300℃，升温速度控制在≤200℃/h，升温至940℃～960℃时保温，保温时间控制在30～45min，在纯净水中冷却，回火时入炉温度≤300℃，升温速度控制在≤200℃/h，升温至520℃～560℃时保温，保温时间控制在40～60min在空气中冷却；
(7)内、外表面处理
对弯头内外表面进行修磨处理；处理等级达到Sa3.2级；
(8)无损探伤
对弯头管体进行渗透探伤和超声探伤；对焊缝进行射线探伤和超声探伤；
(9)坡口
对弯头管端进行机加工坡口，保证覆层内径偏差＜0.5mm，覆层壁厚偏差+2mmm/-0.5mm.
(10)酸洗钝化处理
利用酸洗钝化液对弯头内壁进行涂刷酸洗钝化处理，合格后进行残夜的清洗和干燥。
(11)成品检测
按标准在平台上对成品弯头逐件进行几何尺寸和形位偏差检测，同时逐件进行无损检测。并抽取检样件进行理化性能和抗腐蚀性能检测。
双金属复合钢板制(L415MS+N08825)弯头已顺利通过了中国石油天然气管道科学研究院材料测试中心(力学性能)和中国石油大学(抗腐蚀试验)的检测评价，力学性能检测报告见“弯头报告编号：PMC-N1311775-CZHT”，弯头抗腐蚀试验报告编号：2013石油测字【M】第275号、第276号、第277号、第278号、第279号、第280号、第281号、第282号、第283号、第284号。产品设计合理质量稳定可靠，达到了国内外同类产品的实物性能指标。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，效果相似，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种双金属复合钢板制弯头制造工艺方法，其特征在于其工艺步骤是：
(1)原材料的采购、复检：
采购属于冶金复合的爆炸复合钢板，并对采购的爆炸复合钢板材料进行化学成分、机械性能、粘接强度、抗腐蚀性能检验与试验；
(2)焊接热处理模拟实验、产品工艺预定
在经过复检合格的原材料钢板上割取三块300mm*600mm的试板，沿长边方向在板宽的中间用等离子开出X型的坡口，并将坡口打磨出金属光泽去除切割的热影响区，把该三块试板按照评定合格的焊接工艺模拟卷管焊接的焊接方式用N06625焊丝和CHE607GX焊条焊接成为焊接试板；
(3)下料、钢管的预制
根据产品及工艺要求，按工艺图纸在钢板上画线、切割下料；
(4)卷管焊接
根据工艺要求，在卷板机上将钢板卷成圆筒形状，并对管坯纵缝进行焊接，校圆后形成制造弯头的坯料；在卷板前，覆层表面铺盖上纤维板，避免卷制过程中出现覆层金属划伤和覆层与碳钢工装设备接触，保证开好X型坡口后对口处无错边和直边现象，将坡口内用机械俢磨的方法去除热切割的热影响区后，用不锈钢钢丝轮将坡口内及两侧各50mm内表面打磨干净，按照评定合格的焊接工艺对管坯的基层、过渡层、覆层逐层进行焊接，焊接期间随时监测基层、过渡层、覆层焊接厚度；
(5)压制成型
将焊接工作完成后经无损检测合格的弯头管坯装入天然气加热炉内加热，加热到950℃±10℃，保温30±10min出炉，放入胎具中进行压制，采用弯头压制胎具进行第一次压制，焊缝应置于内弧侧，吊装时，吊具及与内层接触的工装都要在表面以氩弧焊的方式焊一层不锈钢层，包括弯头内部支撑内芯、端部的圆盘支撑，待初步成型后，继续装炉加热到950℃±10℃保温30±10min后出炉，再次放入模具中，把复合管件所需内径尺寸的圆球放入弯头上部的一端入口上，通过压力机的压力作用，使圆球压入弯头内部，然后依次放入第二个、第三个…第N个，直至第一个球从弯头一端滚出，内径整形完毕，然后继续放入加热炉中，加热完后，进行扣弯整形；
(6)热处理
按照淬火加回火热处理工艺，淬火时，入炉温度≤300℃，升温速度控制在≤200℃/h，升温至940℃～960℃时保温，保温时间控制在30～45min，在纯净水中冷却，回火时入炉温度≤300℃，升温速度控制在≤200℃/h，升温至520℃～560℃时保温，保温时间控制在40～60min 在空气中冷却；
(7)内、外表面处理
对弯头内外表面进行修磨处理；处理等级达到Sa3.2级；
(8)无损探伤
对弯头管体进行渗透探伤和超声探伤；对焊缝进行射线探伤和超声探伤；
(9)坡口
对弯头管端进行机加工坡口，保证覆层内径偏差＜0.5mm，覆层壁厚偏差+2mm/-0.5mm；
(10)酸洗钝化处理
利用酸洗钝化液对弯头内壁进行涂刷酸洗钝化处理，合格后进行残夜的清洗和干燥；
(11)成品检测
按标准在平台上对成品弯头逐件进行几何尺寸和形位偏差检测，同时逐件进行无损检测，并抽取检样件进行理化性能和抗腐蚀性能检测。
2.如权利要求1所述的一种双金属复合钢板制弯头制造工艺方法，其特征在于：步骤(1)中选用由高强钢和镍基合金钢构成的爆炸复合钢板，还包括有逐张进行超声波检测，检测基层材料是否存在内部缺陷和结合面是否有剥离现象的工艺。
3.如权利要求1所述的一种双金属复合钢板制弯头制造工艺方法，其特征在于：步骤(2)中还包括焊接后的焊接试板无损检测，焊接试板经过无损检测合格后，确定两种材料共同适用的热处理温度参数范围。
4.如权利要求1所述的一种双金属复合钢板制弯头制造工艺方法，其特征在于：步骤(3)中所述切割选用数控切割机在切割生产区进行切割，保证材料下料的准确切割。
5.如权利要求1所述的一种双金属复合钢板制弯头制造工艺方法，其特征在于：步骤(4)中焊接过程中对焊接的热输入量和层间温度，以及气体保护的程度和逐层清根的洁净度进行检测及控制。
6.根据权利要求1所述的一种双金属复合钢板制弯头制造工艺方法，其特征在于，步骤(5)中成型过程中，与覆层接触的所有工装模具表面全部涂上耐高温滑石粉，管坯在每道次压制或拉拔完毕后必须将其置于炉外待管坯的温度降至AC1以下时再入炉进行二次加热。
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 061300 Zhenggang Industrial Park, Yanshan County, Cangzhou City, Hebei Province Patentee after: Hebei Hengtong Group Yupeng Heavy Engineering Technology Co.,Ltd. Address before: 061300 Zhenggang Industrial Park, Yanshan County, Cangzhou City, Hebei Province Patentee before: HEBEI YUPENG HEAVY INDUSTRY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address after: 061300 Zhenggang Industrial Park, Yanshan County, Cangzhou City, Hebei Province Patentee after: HEBEI YUPENG HEAVY INDUSTRY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 061300 Zhenggang Industrial Park, Yanshan County, Cangzhou City, Hebei Province Patentee before: HEBEI YUPENG HEAVY INDUSTRY PIPELINE EQUIPMENT MANUFACTURING Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210611 Address after: 061000 houhan village, Hanji Town, Yanshan County, Cangzhou City, Hebei Province Patentee after: Hebei Hengtong Pipe Fittings Group Co.,Ltd. Address before: 061300 Zhenggang Industrial Park, Yanshan County, Cangzhou City, Hebei Province Patentee before: Hebei Hengtong Group Yupeng Heavy Engineering Technology Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |