CN107164701A

CN107164701A - 一种大管径大壁厚x80螺旋埋弧焊管及其制造方法

Info

Publication number: CN107164701A
Application number: CN201610125245.6A
Authority: CN
Inventors: 毕宗岳; 黄晓辉; 牛辉; 牛爱军; 赵红波; 杨耀彬; 刘刚伟; 刘海璋; 张万鹏; 陈长青; 刘斌; 包志刚; 杨军; 田磊; 席敏敏
Original assignee: Baoji Petroleum Steel Pipe Co Ltd
Current assignee: Baoji Petroleum Steel Pipe Co Ltd
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-09-15

Abstract

本发明公开了一种大管径大壁厚X80螺旋埋弧焊管及其制造方法，焊管化学成分的质量百分比为C：≤0.06％，Si：0.17～0.25％，Mn：≤1.60％，P：≤0.012％，S：≤0.004％，Cr：0.20～0.30％，Mo：0.15～0.30％，Ni：0.10～0.20％，Nb：0.07～0.10％，V：≤0.05％，Ti：≤0.03％，Cu：0.10～0.20％，Al：≤0.05％，且CEpcm≤0.19％，其余为铁和不可避免的杂质。制造方法通过对成型坡口、焊接及水压工艺优化，采用低合金卷板制造的X80钢级螺旋埋弧焊管具有口径大、成本低、输气量大等优点。

Description

一种大管径大壁厚X80螺旋埋弧焊管及其制造方法

技术领域：

本发明涉及一种焊管及其制造方法，尤其是一种大管径大壁厚X80螺旋埋弧焊管及其制造方法。

背景技术：

随着油气市场和资源的不断扩大，油气需求日益旺盛，油气管道输量将继续增加。近年来我国天然气消费量年均增长约16％，天然气市场和资源仍在“加速度”递增，国内中部、东南沿海地区未来几年对天然气的需求将高达1000×10⁸m³/a，存在极大缺口，采用高压、大口径和长距离管道输送天然气和石油是一种安全、高效和经济的运输方式，也是国际管道工程发展的一个重要趋势。

管道建设需要满足大输量的需求，一方面需要增加输送压力，一方面需要改变管材规格，即向着高钢级、大口径、厚壁方向发展。西二线和西三线干线采用X80钢级管径螺旋焊管，系统设计压力10～12MPa，设计输量为250×10⁸～300×10⁸m³/a。如采用高钢级X80，采用大口径厚壁螺旋焊管，系统设计压力12MPa以上，年设计输量可达500×10⁸m³/a以上，从而更好地适应今后管道输量快速增长的需要。

尽管目前世界上已有很多大中型钢厂和管厂能生产壁厚22mm以下X80级别管线钢，但针对止裂性能优异的22mm以上X80钢级螺旋埋弧焊管用卷板及焊管，由于厚壁导致的表面和心部的冷却速率相差较大，组织及力学性能均匀度难以控制，再加上22mm以上1422mm口径大，成型制造难度大、焊接质量要求高，所以生产壁厚22mm及以上的X80钢级螺旋焊管难度极大。

中国专利局2008年6月25日公开的公告号为CN 101205587A的发明专利，专利名称为一种高强度X80钢螺旋焊管制造方法，该专利中焊管的化学成分的质量百分比为：C：0.02～0.09％，Si：0.10～0.42％，Mn：1.50～1.85％，P：≤0.022％，S：≤0.005％，Cr：≤0.045％，Mo：≤0.35％，Ni：≤0.50％，Nb：≤0.11％，V：≤0.06％，Ti：≤0.025％，Cu：≤0.30％，Al：≤0.06％，N：≤0.008％，B：≤0.0005％，Pcm≤0.23％。中国专利局2014年1月1日公布的公布号为CN103484788A的发明专利，专利名称为一种耐硫化氢腐蚀的高强度X80MS螺旋埋弧焊管其制造方法，该专利中焊管的化学成分的质量百分比为：C：≤0.05wt％，Si：0.17～0.20wt％，Mn：≤1.70wt％，P：≤0.005wt％，S：≤0.008wt％，Cr：≤0.02wt％，Mo：0.20～0.28wt％，Ni： 0.25～0.30wt％，Nb：0.04～0.10wt％，V：≤0.05wt％，Ti：0.03～0.06wt％，Cu：0.22～0.25wt％，Al：0.026～0.035wt％，B：≤0.0002wt％，其余为铁和不可避免的杂质。上述两个专利中合金成分高，钢管成本高，卷板太硬而无法对直径，22mm以上壁厚螺旋焊管进行生产。

中国专利局2014年1月1日公布的公布号为CN103484788A的发明专利，专利名称为一种耐硫化氢腐蚀的高强度X80MS螺旋埋弧焊管其制造方法，该发明的制造方法的工艺流程为：开卷、矫平、铣边、成型、内焊、外焊、定尺切割、管端扩径、超声波检查、X射线检查、水压、管端倒棱、成品检查。该专利2#辊压下量1～3mm，压下量不足，无法成型的螺旋焊管，该专利铣边后的坡口角度和钝边长度以及焊接参数，在焊接规格的大管径大壁厚时易出现未焊透、咬边等焊接缺陷。

因此，发明一种高强度、大管径和大壁厚、低合金成本的X80钢级螺旋埋弧焊管，不但具有显著的经济意义，而且具有重大的政治和社会意义。

发明内容：

为了克服上述缺点，本发明的目的是提供一种适用的大管径大壁厚X80螺旋埋弧焊管及其制造方法，本发明焊管的合金成分低，并且焊缝质量好，无咬边和焊不透等缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种大管径大壁厚X80螺旋埋弧焊管，所述焊管的化学成分为C：≤0.06wt％，Si：0.17～0.25wt％，Mn：≤1.60wt％，P：≤0.012wt％，S：≤0.004wt％，Cr：0.20～0.30wt％，Mo：0.15～0.30wt％，Ni：0.10～0.20wt％，Nb：0.07～0.10wt％，V：≤0.05wt％，Ti：≤0.03wt％，Cu：0.10～0.20wt％，Al：≤0.05wt％，且CEpcm≤0.19％，其余为铁和不可避免的杂质。

上述大管径大壁厚X80螺旋埋弧焊管的制造方法，包括以下步骤：开卷、矫平、铣边、成型、内焊、外焊、定尺切割、管端扩径、超声波检查、X射线检查、水压、管端倒棱、成品检查。

1)钢板铣边：根据钢管设计的大直径和大壁厚选取钢板，铣边后内外焊坡口角度各60°～70°、钝边高度10～12mm，以消除合缝后产生的“内紧外松”现象，获得有利于成型咬合的坡口形状；

2)钢板成型：根据卷板实物屈服强度水平，采用外控成型方式，主要调整 2#辊压下量3～4mm，同时调整内外辊间距和角度，确保钢管成型后具有较好的椭圆度和较低的残余应力。

3)内焊：内焊的工艺为：第一号焊丝采用直流反接，焊丝直径电流1350±200A，电压35±2V；第二号焊丝采用交流，焊丝直径电流600±50A，电压37±2V；焊接速度为1.0～1.5m/min。

4)外焊：外焊的工艺为：第一号焊丝采用直流反接，焊丝直径电流1350±200A，电压34±3V；第二号焊丝采用交流，焊丝直径电流550±50A，电压38±2V；焊接速度为1.0～1.5m/min。

5)采用应力为100％最小屈服强度进行静水压试验，确保管体和焊缝具有X80钢级的强度，且具有一定的低残余应力。

6)X射线检查和超声波检查：对焊接接头和管母进行检测；

7)管端坡口加工：按照要求尺寸在钢管两端加工坡口；

8)外观尺寸检查：根据要求对钢管外观尺寸进行测量；

本发明的有益效果：

1、本发明的大管径大壁厚X80螺旋埋弧焊管采用低Mn成分设计，严格控制S、P含量，使得板材纯净度高，带状偏析及夹杂物少；在低Mn基础上，添加不同含量的Cr、Nb、V、Ni等合金元素达到固溶强化、沉淀强化、晶粒细化等作用，保证厚壁板材DWTT性能稳定性和满足强度要求；加入一定含量的Mo，作为厚壁钢淬透性元素，能确保厚壁热轧卷板在层流冷却的过程中，有效缩小表面和心部的冷却速率，从而确保板材厚度方向组织和力学性能的均匀稳定性；控制Pcm≤0.19％，使板材在轧制过程中将合金元素的作用发挥到极限，而且合金成本低。

2、成型时，调整2#辊压下量3～4mm，保证大管径大壁厚能够足够压力而成型，且保证管体和管端几何尺寸符合要求；铣边后内外焊坡口角度各为60°、钝边高度11.5mm，保证厚壁板卷在焊接过程中能够焊透，防止咬边，并改善焊缝形貌，减小焊接线能量，降低焊接接头残余应力和焊接热输入，提高焊缝组织性能。

3、优选的内外焊工艺确保焊缝的强度和韧性满足要求。焊接参数的选择，充分考虑双丝焊中各丝的作用，调节各丝的电流、电压、伸长率、角度和丝间距，确保焊缝的熔深和良好的焊缝形貌，依据25.4mm板厚，外焊一号焊丝直径选择其余内焊一号、二号焊丝和外焊二号焊丝直径均采用尽量选择低的热输入，确保焊缝具备良好的韧性和适当的硬度。

4、对扩径后的钢管进行100％最小屈服强度静水压试验，试验压力为19.8Mpa，保压时间15s，管子周长增加0.1％，使管体和焊缝具有X80钢级的强度，且具有一定的低残余应力。

附图说明：

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。

图1为螺旋焊缝水压后内外表面环向残余应力测试

具体实施方式:

实施例：X80钢级螺旋埋弧焊管的制造方法。

1)原料：采用X80钢级1550×25.4mm钢卷，其化学成分分析如下表：

表1X80化学成分分析(wt％)

2)铣边：铣边后上坡口角度60°、下坡口角度60°，钝边高度11.5mm。

3)成型；根据卷板实物屈服强度水平，采用外控成型方式，精密测量控制各成型辊的位置与角度，调整转盘角度为69°50＇，内辊角度为69°5＇，外辊角度为69°45＇，螺距1647mm，合理调整2#辊压下量3～4mm，测量弹复量为-60mm，确保钢管成型后具有良好的圆度和低的残余应力。

4)内焊：第一号焊丝采用直流反接，电流1350A，电压36V；第二号焊丝采用交流，电流640A，电压38V；焊接速度为1.25m/min。

5)外焊：外焊的工艺为：第一号焊丝采用直流反接，电流1400A，电压34V；第二号焊丝采用交流，电流600A，电压36V；焊接速度为1.25m/min。

6)水压试验：对扩径后的钢管进行100％最小屈服强度静水压试验，试验压力为19.8Mpa，保压时间15s，管子周长增加0.09％。

7)管端坡口加工：对管端进行加工，上坡口角度为10°，下坡口角度为30°，钝边为1.0±0.5mm。

8)超声波检验：对焊缝及热影响区进行100％超声波检测，用于检测扩径、水压产生的缺陷。

9)X射线检查：对钢管内外焊缝进行100％的工业电视检查和管端拍片，用于检测管段扩径、水压产生的缺陷。

10)外观尺寸检查：根据要求对钢管外观尺寸进行测量。

钢管力学性能如下：

1)横向拉伸性能

表2螺旋焊管横向拉伸试验结果

2)夏比冲击韧性、DWTT及弯曲试验结果

表3螺旋焊管冲击、DWTT及弯曲试验结果

3)焊接接头维氏硬度

表4螺旋焊管母材、焊缝和热影响区维氏硬度(HV₁₀)

环焊缝试验结果：

对X80钢级低成本、大口径、厚壁螺旋缝埋弧焊钢管进行不同环焊匹配环焊缝试验，分别选用送丝90in/min，电压19-20V，电流240-260A和送丝120in/min，电压21.5V，电流250-270A进行了焊评试验。对环焊后的焊接接头冲击和拉伸性能进行检测，结果表明环焊符合标准要求。

残余应力测试：

对X80钢级大口径厚壁螺旋缝埋弧焊钢管适度增加水压，水压值达到100％后，进行残余应力测量。由图1可见，水压后内表面和外表面环向应力都低于80MPa，表明适度增加水压后可大幅度降低大口径厚壁螺旋焊管管体及焊缝残余应力。

由此可见，本螺旋焊管实物的主要性能检测结果和X80钢级螺旋焊管的主要性能要求对比，利用本发明的技术制造的大管径大壁厚X80螺旋埋弧焊管，达到了X80钢级螺旋埋弧焊管的主要性能的技术要求。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.一种大管径大壁厚X80螺旋埋弧焊管，其特征在于：所述焊管的化学成分为C：≤0.06wt％，Si：0.17～0.25wt％，Mn：≤1.60wt％，P：≤0.012wt％，S：≤0.004wt％，Cr：0.20～0.30wt％，Mo：0.15～0.30wt％，Ni：0.10～0.20wt％，Nb：0.07～0.10wt％，V：≤0.05wt％，Ti：≤0.03wt％，Cu：0.10～0.20wt％，Al：≤0.05wt％，且CEpcm≤0.19％，其余为铁和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述大管径大壁厚X80螺旋埋弧焊管的制造方法，包括：开卷、矫平、铣边、成型、内焊、外焊、定尺切割、管端扩径、超声波检查、X射线检查、水压、管端倒棱和成品检查，其特征在于：所述铣边工艺是精铣X型坡口，钝边11.5mm，上下坡口角度各60°；所述成型时2#辊压下量3～4mm，所述内焊的第一号焊丝采用直流反接，焊丝直径电流1350±200A、电压35±2V，第二号焊丝采用交流，焊丝直径电流600±50A、电压37±2V、焊接速度1.0～1.5m/min；所述外焊的第一号焊丝采用直流反接，焊丝直径电流1350±200A、电压34±3V，第二号焊丝采用交流，焊丝直径电流550±50A、电压38±2V、焊接速度为1.0～1.5m/min。

3.如权利要求2所述大管径大壁厚X80螺旋埋弧焊管的制造方法，其特征在于：所述水压工艺是对管端扩径后的钢管进行100％最小屈服强度水压试验，保压时间15s，降低管体残余应力。