CN108531814A - 一种大口径x80直缝埋弧焊管的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法,钢的化学组成质量百分比为C≤0.05,Si≤0.30,Mn≤1.80,P≤0.015,S≤0.005,Als=0.015~0.050,Nb=0.040~0.080,Ti=0.008~0.025,V≤0.030,Cr≤0.30,Mo≤0.30,Ni=0.20~0.40,Cu≤0.30,B≤0.0005,N≤0.0040,且Ti/N≥3.42,余量为Fe和不可避免的杂质。关键工艺步骤包括钢板轧制;钢板回火;钢管成型、扩径、静水压;钢管回火。本发明X80管线钢的板‑管性能差异小,钢板和钢管的屈服强度均≥555MPa,且二者屈服强度差≤20MPa;DWTT落锤断口FATT85温度相近,从而钢管的DWTT落锤止裂性能得以大幅提高。

Description

一种大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法
技术领域
本发明属于管线钢生产技术领域,特别是涉及一种大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法。
背景技术
管道输送具有高效、安全、可靠、经济、单向、连续、环保等诸多优点,是长距离输送石油、天然气最经济、合理的运输方式。目前大口径、高压力已成为管道工程建设的基本方向。高压力意味着对管线钢的强度要提出更高的要求,近年来,X80已开始批量投入使用,如美国的夏延输气管道、俄罗斯的巴法联科-乌恰天然气管道、中国的西气东输干线等。大口径X80管线钢能够显著提高输送效率,进而提高管道运营的经济效益。
直缝埋弧焊钢管具有生产效率高、椭圆度小、壁厚偏差小、外观尺寸精整度高等特点。对大口径管线,或断裂带、河流、隧道、公路、铁路等穿越管道,宜采用直缝埋弧焊钢管。但是大口径X80管线钢采用直缝埋弧焊制管时,成型、扩径以及静水压过程将产生变形和应变,制管后又要在200~250℃温度下进行防腐涂层处理,因此将不可避免地产生应变时效。有关文献表明,对管径为φ1422mm的X80管线钢,采用0.5%~0.6%的制管扩径率,平均屈服强度增量为58MPa,平均抗拉强度增量为13MPa,平均屈强比上升量为0.07;当制管扩径率增加至0.7%~0.8%时,平均屈服强度增量为94MPa,平均抗拉强度增量为16MPa,平均屈强比上升量为0.13。为此,目前有一种常用的大口径X80管线钢的设计思路:将钢板屈服强度降低至500MPa左右,然后通过应变时效,使钢管的屈服强度达到X80级别,从而实现强度和屈强比的匹配。然而,进行环焊时,容易引起焊接接头的软化。而且,大口径X80直缝埋弧焊制管后,除导致屈服强度和屈强比显著上升之外,还会使DWTT落锤止裂性能将明显下降。根据行业内经验,通常钢板比钢管的DWTT试验温度要降低-15℃。由此可见,现有的大口径X80直缝埋弧焊管的制造工艺使得板-管性能差异非常明显。
发明内容
本发明旨在提供一种减小板-管性能差异的大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法,钢板和钢管的屈服强度均≥555MPa,且二者屈服强度差≤20MPa,DWTT落锤断口FATT85温度相近。
本发明的技术方案:
一种大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法,钢的化学组成质量百分比为C≤0.05,Si≤0.30,Mn≤1.80,P≤0.015,S≤0.005,Als=0.015~0.050,Nb=0.040~0.080,Ti=0.008~0.025,V≤0.030,Cr≤0.30,Mo≤0.30,Ni=0.20~0.40,Cu≤0.30,B≤0.0005,N≤0.0040,且Ti/N≥3.42,余量为Fe和不可避免的杂质;关键工艺步骤包括:
(1)钢板轧制:采用两阶段控制轧制,粗轧结束温度≥1020℃,精轧开轧温度≤920℃,终轧温度为780~820℃;轧制后弛豫30~150s,控制冷却速度为10~16℃/s,返红温度为400~500℃;
(2)钢板回火:回火温度为400~500℃;
(3)钢管成型、扩径、静水压:成型工艺采用JCOE成型,其成型步数为24~30步;扩径率采用0.4%~1.5%;静水压试验压力为528~555MPa;
(4)钢管回火:与钢板回火温度相差10℃以内。
经检验,钢的微观组织有95%以上为贝氏体组织。
本发明采用低C、低N、低B的成分设计,减少α-Fe中间隙固溶原子和易偏聚原子数量,从而减小其钉扎位错的作用,并添加Ti、Nb、V等强碳化物、氮化物形成元素,使固溶的C、N沉淀析出,降低其在α-Fe中的过饱和度;然后适当提高终轧温度,使C、N原子在弛豫缓冷过程中充分扩散,并控制随后的加速冷却,减少多边形铁素体数量,有利于减小制管时的加工硬化。特别地,对控轧控冷后的钢板和制管后的钢管增加回火工序,一方面通过回复和再结晶,大幅度降低位错密度;另一方面,使过饱和α固溶体中能够弥散析出更多碳化物,降低间隙固溶原子浓度。从而有效降低X80直缝埋弧焊管的应变时效的影响。因此,本发明的有益效果非常明显:1)板-管性能差异小,特别是X80直缝埋弧焊管的DWTT落锤止裂性能大幅提高;2)钢管扩径率范围大,有利于钢管的圆度、直度等尺寸精度的控制;3)钢管的内应力小,尤其减小焊缝的内应力,能够防止焊缝的变形和开裂;4)微观基体组织单一稳定,性能稳定,易于控制。
附图说明
图1为实施例1钢板-20℃DWTT落锤断口照片。
图2为实施例1钢管-20℃DWTT落锤断口照片。
具体实施方式
下面结合实施例和对比例进一步说明本发明的内容。
实施例1:钢板厚度为25.7mm,钢管管径为φ1422mm。
钢的化学组成质量百分比为:C=0.04,Si=0.19,Mn=1.69,P=0.011,S=0.0014,Als=0.027,Nb=0.056,Ti=0.018,V=0.003,Cr=0.17,Mo=0.20,Ni=0.19,Cu=0.13,B=0.0003,N=0.0036,余量为Fe和不可避免的杂质,其中Ti/N=5.86。
制备方法的关键工艺步骤包括:
(1)钢板轧制:采用两阶段控制轧制,粗轧结束温度为1092℃,精轧开轧温度为910℃,终轧温度为800℃;轧制后弛豫60s;冷却速度为14~16℃/s,返红温度430~480℃;
(2)钢板回火:回火温度为450℃;
(3)钢管成型、扩径、静水压:JCOE成型步数为25步;扩径率为0.7~0.8%;静水压试验压力为540MPa;
(4)钢管回火:回火温度为450℃。
本实施例钢板屈服强度为578MPa,钢管屈服强度为586MPa;钢板的-20℃DWTT落锤止裂性能为87%,钢管的-20℃DWTT落锤止裂性能为86%,其落锤断口照片分别如图1和图2所示。
本实施例制备的X80管线钢的微观组织由贝氏体基体、以及极少量铁素体和渗碳体组成。
对比例1:钢板厚度为25.7mm,钢管管径为φ1422mm。
钢的化学组成与实施例1相同。但是制备步骤中钢板和钢管均不回火。其它工艺参数也有区别:
(1)钢板轧制:采用两阶段控制轧制,粗轧结束温度为1098℃,精轧开轧温度为870℃,终轧温度为740℃;不弛豫,冷却速度为13~15℃/s,返红温度340~380℃;
(2)钢管成型、扩径、静水压:JCOE成型步数为25步;扩径率为0.5~0.6%;静水压试验压力为540MPa。
本对比例钢板屈服强度为532MPa,钢管屈服强度为585MPa,屈服强度上升53MPa;钢板的-20℃DWTT落锤止裂性能为88%,钢管的-5℃DWTT落锤止裂性能为89%,-20℃DWTT落锤止裂性能为75%。
本对比例制备的X80管线钢的微观组织由10~20%的多边形铁素体、80%左右的贝氏体、以及少量M/A岛组成。
实施例2:钢板厚度为30.8mm,钢管管径为φ1422mm钢的化学组成质量百分比为:C=0.03,Si=0.22,Mn=1.70,P=0.009,S=0.0015,Als=0.031,Nb=0.062,Ti=0.017,V=0.020,Cr=0.18,Mo=0.20,Ni=0.28,Cu=0.15,B=0.0003,N=0.0029,余量为Fe和不可避免的杂质,其中Ti/N=5.0。
制备方法的关键工艺步骤包括:
(1)钢板轧制:采用两阶段控制轧制,粗轧结束温度为1080℃,精轧开轧温度为890℃,终轧温度为808℃;轧制后弛豫50s;冷却速度为12~14℃/s,返红温度420~460℃;
(2)钢板回火:回火温度为425℃;
(3)钢管成型、扩径、静水压:JCOE成型步数为28步;扩径率为0.9~1.0%;静水压试验压力为545MPa;
(4)钢管回火:回火温度为425℃。
本实施例钢板屈服强度为593MPa,钢管屈服强度为585MPa;钢板的-15℃DWTT落锤止裂性能为85%,钢管的-15℃DWTT落锤止裂性能为87%。
本实施例制备的X80管线钢的微观组织由贝氏体基体、以及极少量铁素体和渗碳体组成。
对比例2:钢板厚度为30.8mm,钢管管径为φ1422mm。
钢的化学组成与实施例2相同。但是制备步骤中钢板和钢管均不回火。其它工艺参数相近:
(1)钢板轧制:采用两阶段控制轧制,粗轧结束温度为1085℃,精轧开轧温度为890℃,终轧温度为811℃;轧制后弛豫50s;冷却速度为12~14℃/s,返红温度420~460℃;
(2)钢管成型、扩径、静水压:JCOE成型步数为28步;扩径率为0.9~1.0%;静水压试验压力为545MPa。
本对比例钢板屈服强度为584MPa,钢管屈服强度为661MPa,屈服强度上升77MPa;钢板的-15℃DWTT落锤止裂性能为84%,钢管的-0℃DWTT落锤止裂性能为86%,-15℃DWTT落锤止裂性能为65%。
本对比例制备的X80管线钢的微观组织由贝氏体和少量M/A岛组成。

Claims (1)

1.一种大口径X80直缝埋弧焊管的制备方法,其特征在于:钢的化学组成质量百分比为C≤0.05,Si≤0.30,Mn≤1.80,P≤0.015,S≤0.005,Als=0.015~0.050,Nb=0.040~0.080,Ti=0.008~0.025,V≤0.030,Cr≤0.30,Mo≤0.30,Ni=0.20~0.40,Cu≤0.30,B≤0.0005,N≤0.0040,且Ti/N≥3.42,余量为Fe和不可避免的杂质;关键工艺步骤包括:
(1)钢板轧制:采用两阶段控制轧制,粗轧结束温度≥1020℃,精轧开轧温度≤920℃,终轧温度为780~820℃;轧制后弛豫30~150s,控制冷却速度为10~16℃/s,返红温度为400~500℃;
(2)钢板回火:回火温度为400~500℃;
(3)钢管成型、扩径、静水压:成型工艺采用JCOE成型,其成型步数为24~30步;扩径率采用0.4%~1.5%;静水压试验压力为528~555MPa;
(4)钢管回火:与钢板回火温度相差10℃以内。
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