CN108620448B

CN108620448B - 一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法

Info

Publication number: CN108620448B
Application number: CN201810361960.9A
Authority: CN
Inventors: 王兰英; 骆传教; 谷立军; 高俊星; 孙志刚; 陈楠; 张晓东; 吴强; 谷海龙; 巩忠禄; 万军民
Original assignee: North China Petroleum Steel Pipe Co ltd; CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co Ltd
Current assignee: North China Petroleum Steel Pipe Co ltd; CNPC Bohai Equipment Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: CN108620448A

Abstract

本发明提供了一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，属于螺旋管制造技术领域，包括以下步骤：开卷，矫平，铣边，预弯，成型，内外焊，管端整圆，焊缝X射线检测，静水压试验，母材超声波检测，焊缝超声波检测，超声波手工检测，机械平头，外观检查和涂防腐涂层，成型工序中，钢带按照69°2″～71°2″的成型角卷制成直径为2050mm的螺旋状圆筒。本发明提供的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，在现有设备的基础上，卷制出直径2050mm的螺旋焊管，螺旋焊管的直径增大，用于管道运输后，直接增强了管道运输的运输量。

Description

一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法

技术领域

本发明属于螺旋管制造技术领域，更具体地说，是涉及一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法。

背景技术

随着石油天然气需求量的不断增加，管道的输送压力和管径也不断增大，为提高输送效率，保证管道的稳定性和安全性，还需增加管径和提高管材的强度来达到提高输送效率和安全性的目的。因此，超高压、超大直径、高强度管线管已成为未来天然气长输管道发展的必然选择。

受土地、环保、建设与运营等因素制约，提高单管输量，发展超大输量管道工程已迫在眉睫。提高天然气管道输量的途径有两种：一是增大输送压力，二是增大管径。由GB50251-2003《输气管道工程设计规范》可知，输气管道的流量与压力是一次方的关系，而与管径是2.5次方的关系。我国西气东输一线一类地区用螺旋埋弧焊管采用规格为外径1016mm、壁厚14.6mmm、10MPa、 X70钢管，最大输气量可达170亿方/年。西气东输二线和西气东输三线一类地区用螺旋埋弧焊管采用规格为外径1422mm、壁厚22mm、12MPa、X80钢管，最大输气量可达500亿方/年。若采用X80钢级Ф2050mm超大管径、高强度螺旋埋弧焊管，设计压力相同(12MPa)或甚至更高，管道年输气量可从500亿方/年最大提升至1290亿方/年，翻了2.5倍还要多，可更好的满足超大输量管道建设用管需求。

目前，俄罗斯、美国等国家已建设了多条超大输量管道。最具代表性的是俄罗斯巴甫年科沃-乌恰管道，采用类似X80的K65钢级，管径Ф1420mm，输送压力11.8MPa，单管设计输气量达到500亿方/年。但欧美地区所建设的超大输量天然气管道主要采用直缝埋弧焊管，螺旋埋弧焊管在超大输量天然气管道上还未有应用先例。近年来，随着钢铁冶金企业、制管企业装备能力和生产技术的不断提升，为研发超大输量管道用螺旋埋弧焊管创造了先决条件。同时，随着中俄东线、西气东输四线、五线等重大管道工程陆续开工建设，超高压、超大直径、高强度双面螺旋埋弧焊管的市场需求将进一步扩大，在未来国内外市场具有广阔的发展空间。

在相同压力下，单管输气量的增加带来的直接影响是钢管口径和壁厚的增大。壁厚的增加将给热轧卷板轧制带来困难，因此钢管口径的增大对提高单管输气量带来更大的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，以解决现有技术中存在的管道输送能力受限的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，包括以下步骤：开卷，矫平，铣边，预弯，成型，内外焊，管端整圆，焊缝X射线检测，静水压试验，母材超声波检测，焊缝超声波检测，超声波手工检测，机械平头，外观检查和涂防腐涂层，其特征在于：所述成型工序中，钢带按照69°2″～71°2″的成型角卷制成直径为2050mm的螺旋状圆筒。

进一步地，所述成型工序中，采用三辊成型及外控式可协调成型方式，所述直径2050mm的螺旋状圆筒采用三辊卷板机卷制，所述三辊卷板机包括内成型辊和外成型辊，所述外成型辊包括1号辊和3号辊，所述1号辊的角度设为 74°7″，包角设为17°36″，开档设为175.3mm，所述3号辊的角度设为74° 25″，包角设为21°16″，开档设为246.1mm。

进一步地，所述铣边工序采用双铣边工艺：先粗铣I型坡口，然后精铣X 型坡口，其中钢板上坡口角度为29.75°～30.25°，下坡口角度为34.75°～ 35.25°，钝边高度为8.50mm～9.00mm，上坡口深度为4.90mm～5.00mm，下坡口深度为4.80mm～4.90mm。

进一步地，所述预弯工序中，采用双辊弯边机对卷板的递送边和自由边进行预弯边，半径尺寸为1453mm～1974mm，长度为120mm～150mm。

进一步地，所述内外焊工序中，采用三丝串列埋弧自动焊，焊接速度为1.5～1.7m/min。

进一步地，所述管端整圆工序中，在螺旋焊管的管端300mm范围内进行冷扩径，扩径量为螺旋焊管直径的0.6％；管端周长偏差±1.0mm，椭圆度偏差≤ 4mm。

进一步地，所述静水压试验工序中，对钢管进行100％的静水压试验，环向应力为钢管规定最小屈服强度的95％。

进一步地，所述母材超声波检测工序中，对全管体母材及焊缝进行分层检测，扫查面积大于50％。

进一步地，所述超声波手工检测工序中，对螺旋焊管的管端400mm范围内的焊缝、两侧25mm的管体、管端25mm范围内的母材、管端坡口面进行检查。

进一步地，所述外观检查和涂防腐涂层工序中，对螺旋焊管的周长、椭圆度、焊缝余高、坡口角度、钝边尺寸以及壁厚等几何尺寸进行测量，同时对咬边、摔坑、划伤等造成应力集中和影响最小壁厚的缺陷进行检查、修磨和重新测量，对合格的螺旋焊管的内壁和外壁涂抹防腐涂层。

本发明提供的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，在成型工序中，通过控制成型角，在现有设备的基础上，卷制出直径2050mm的螺旋焊管，螺旋焊管的直径增大，用于管道运输后，直接增强了管道运输的运输量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法中处于卷板状态的示意图；

其中，图中各附图标记：

D-螺旋焊管外径；1#-1号辊；3#-3号辊；α1-1号辊包角；α3-3号辊包角； X1-1号辊开档；X3-3号辊开档。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

采用化学成分重量百分比符合美国石油学会API Spect 5L：2012标准、显微组织为GB+PF(粒状贝氏体+多边形铁素体)、晶粒度大于等于12级的X80 热压卷板为原材料，采用低碳、超低碳的多元微合金化设计和机械热轧制工艺 (TMCP)、加速冷却(ACC)等技术，利用Nb、V、Mo、Ni等合金元素固溶强化、沉淀强化、晶粒细化等作用，在较大壁厚范围内获得以粒状贝氏体为主的多种形态的复相组织，得到强度韧性兼备且具有良好焊接性能的X80管线钢。用此X80管线钢为原材料，进行管径为2050mm、壁厚为18.4mm的螺旋焊管的制造，具体步骤如下：

1、卷板开卷、矫平；

2、铣边：先粗铣I型坡口，将板边宽度铣削掉10～20mm，保证带钢宽度，同时去除卷板因钢坯及轧制过程中的板边缺陷、月牙弯；然后精铣X型复合坡口，钢板上坡口角度为30°，下坡口角度为35°，钝边高度8.5mm，上坡口深度5.0mm，下坡口深度4.9mm，X型坡口设计既可以满足预焊融化极混合气体保护焊高速焊接，又可以有效改善精埋弧焊焊缝形貌，提升焊接接头性能，减少焊材消耗；

铣边工序可以精确加工带钢宽度尺寸，确保钢管成型精度，带钢板边质量决定了焊接钢管的内在质量，必须去除板边氧化物、油及其它缺陷，且带钢边部不允许凹凸不平，所以必须用粗铣先对板边进行加工，使用精铣开X型复合坡口，既可满足预焊熔化极混合气体保护高速焊接，又可有效改善精悍埋弧焊焊缝形貌，消除“大肚子”、“深而窄”等不良焊缝形貌，降低超大壁厚钢管焊接接头残余应力，同时，X型复合坡口有利于减少焊接材料的填充量，节省生产成本，并降低焊接热输入，提高焊缝、热影响区性能；

3、预弯：在双辊弯边机上对卷板的递送边和自由边尽心预弯边，半径尺寸为1974mm,长度150mm；

4、成型：将经过预弯边的带钢在三辊卷板机内按照70°2″的成型角卷制成直径为2050mm的螺旋状圆筒，在卷制过程中，成型角允许有1°的误差，即成型角控制在69°2″～71°2″的区间内，并在实际操作中进行微调，精密测量控制各成型辊的位置和角度，在成型过程中，位于螺旋状圆筒圈内的辊子为内成型辊，也称为2号辊；位于螺旋状圆筒圈外的辊子为外成型辊，分别称为1号辊和3号辊，采用的内外辊初始角度为卷制直径1820mm的螺旋状圆筒时的内外辊角度，在卷制直径2050mm的螺旋状卷筒时，将1号辊的角度设为 74°7″，3号辊的角度设为74°25″，1号辊的包角设为17°36″，3号辊的包角设为21°16″，1号辊的开档尺寸设为175.3mm，3号辊的开档尺寸设为 246.1mm，根据卷板实物屈服强度水平调整2号辊的下压量；通过环切法测试钢管的残余应力，钢管周向开口尺寸平均为-20mm(开口断面向内缩进20mm)，残余应力小，且均为压应力，其中，1号辊和3号辊的角度为辊子端面与螺旋状圆筒的轴线的夹角，1号辊和3号辊的包角及开档通过以下公式得出：

1号辊包角

1号辊开档X1＝(265+D/2)sin(α1)-180；

3号辊包角；

3号辊开档X3＝(265+D/2)sin(α1)-180；

5、内外焊：采用三丝串列埋弧自动焊，焊接速度V＝1.5～1.7m/min，内焊、外焊工艺均采用高韧性埋弧焊焊剂和焊丝，并采用跟踪精度达到0.25mm的激光焊缝自动跟踪装置；

6、管端整圆：在钢管管端300mm范围内进行冷扩径，提高钢管管端外观尺寸精度，易于施工现场钢管对口操作，最大扩径量为直径的0.6％；管端周长偏差-1.0mm～+1.0mm，椭圆度偏差≤4mm；扩径段与未扩径段应平滑过渡；

7、焊缝X射线检测：对钢管全焊缝进行100％X射线工业电视检查，并对钢管管端进行X射线拍片检查，以排除焊缝中可能存在的缺陷；

8、静水压试验：对钢管进行100％的静水压试验，环向应力为钢管规定最小屈服强度(R_t0.5)的95％，以检查钢管的强度及是否存在渗漏、变形等情况；

9、母材超声波自动检测：对全管体母材及焊缝边缘进行分层检测，扫查覆盖面积大于50％，对警报缺陷进行标记；

10、焊缝超声波自动检测：对钢管全焊缝进行100％超声波自动检测，对报警缺陷进行标记，然后进行超声波手工检测复查；

11、超声波手工检测：对钢管管端400mm范围内的焊缝及两侧25m管体、钢管管端25mm范围内的母材、管端坡口面进行检查，并对母材超声波自动检测和焊缝超声波自动检测所标记的缺陷进行复查；

12、机械平头：按照施工现场焊缝焊接的要求，对钢管管端进行坡口和钝边尺寸的机械加工；

13、外观检查和涂防腐涂层：对钢管周长、椭圆度、焊缝余高、坡口角度、钝边尺寸、壁厚等几何尺寸进行测量，同时对咬边、摔坑、划伤等造成的应力集中和影响最小壁厚的缺陷进行检查、修磨和测量，合格的钢管按照设计要求对钢管内壁或/和外壁进行涂层和防腐处理。

表1和表2给出了本实施例的钢管实物的主要理化性能检测结果。可以看出，通过各工序严格的技术控制，钢管的各项性能完全符合API Spec 5L:2012。

表1钢管主要化学成分(wt.％)

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni	Al
										管体	0.054	0.19	1.69	0.0087	0.0024	0.25	0.18	0.19	0.028
焊缝	0.053	0.24	1.65	0.0100	0.0020	0.22	0.23	0.15	0.017
											Cu	Nb	Ti	V	B	N	Nb+Ti+V	CE<sub>ⅡW</sub>	CE<sub>Pcm</sub>
管体	0.19	0.062	0.014	0.020	0.0002	0.0050	0.096	0.45	0.19
										焊缝	0.16	0.045	0.014	0.014	0.0011	0.0062	/	/	/

表2钢管力学性能

实施例2：

采用化学成分重量百分比符合美国石油学会API Spect 5L：2012标准、显微组织为GB+PF(粒状贝氏体+多边形铁素体)、晶粒度大于等于12级的X80 热压卷板为原材料，进行管径为2050mm、壁厚为18.4mm的螺旋焊管的制造，具体步骤如下:

1、卷板开卷、矫平；

3、预弯：在双辊弯边机上对卷板的递送边和自由边进行预弯边，半径尺寸为1453mm,长度120mm；

4、成型：将经过预弯边的带钢在三辊卷板机内按照70°2″的成型角卷制成直径为2050mm的螺旋状圆筒，在卷制过程中，成型角允许有1°的误差，即成型角控制在69°2″～71°2″的区间内，并在实际操作中进行微调，精密测量控制各成型辊的位置和角度，在成型过程中，位于螺旋状圆筒圈内的辊子为内成型辊，也称为2号辊；位于螺旋状圆筒圈外的辊子为外成型辊，分别称为1号辊和3号辊，采用的内外辊初始角度为卷制直径1820mm的螺旋状圆筒时的内外辊角度，在卷制直径2050mm的螺旋状卷筒时，将1号辊的角度设为 74°7″，3号辊的角度设为74°25″，1号辊的包角设为17°36″，3号辊的包角设为21°16″，1号辊的开档尺寸设为175.3mm，3号辊的开档尺寸设为 246.1mm，根据卷板实物屈服强度水平调整2号辊的下压量；通过环切法测试钢管的残余应力，钢管周向开口尺寸平均为-20mm(开口断面向内缩进20mm)，残余应力小，且均为压应力；

表3和表4给出了本实施例的钢管实物的主要理化性能检测结果。可以看出，通过各工序严格的技术控制，钢管的各项性能完全符合API Spec 5L:2012。

表3钢管主要化学成分(wt.％)

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni	Al
										管体	0.052	0.24	1.67	0.0063	0.0014	0.29	0.21	0.15	0.032
焊缝	0.054	0.28	1.66	0.0091	0.0022	0.20	0.26	0.11	0.019
											Cu	Nb	Ti	V	B	N	Nb+Ti+V	CE<sub>ⅡW</sub>	CE<sub>Pcm</sub>
管体	0.015	0.063	0.015	0.026	0.0003	0.0044	0.104	0.45	0.18
										焊缝	0.041	0.040	0.016	0.019	0.0017	0.0085	/	/	/

表4钢管力学性能

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，包括以下步骤：开卷，矫平，铣边，预弯，成型，内外焊，管端整圆，焊缝X射线检测，静水压试验，母材超声波检测，焊缝超声波检测，超声波手工检测，机械平头，外观检查和涂防腐涂层，其特征在于：所述成型工序中，钢带按照69°2″～71°2″的成型角卷制成直径为2050mm的螺旋状圆筒；所述成型工序中，采用三辊成型及外控式可协调成型方式，所述直径2050mm的螺旋状圆筒采用三辊卷板机卷制，所述三辊卷板机包括内成型辊和外成型辊，所述内成型辊为2号辊，根据卷板实物屈服强度水平调整所述2号辊的下压量，所述外成型辊包括1号辊和3号辊，所述1号辊和所述3号辊的初始角度为卷制1820mm螺旋状圆筒时的内外辊角度；所述1号辊的角度设为74°7″，包角设为17°36″，开档设为175.3mm，所述3号辊的角度设为74°25″，包角设为21°16″，开档设为246.1mm。

2.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，其特征在于：所述铣边工序采用双铣边工艺：先粗铣I型坡口，然后精铣X型坡口，其中钢板上坡口角度为29.75°～30.25°，下坡口角度为34.75°～35.25°，钝边高度为8.50mm～9.00mm，上坡口深度为4.90mm～5.00mm，下坡口深度为4.80mm～4.90mm。

3.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，其特征在于：所述预弯工序中，采用双辊弯边机对卷板的递送边和自由边进行预弯边，半径尺寸为1453mm～1974mm，长度为120mm～150mm。

4.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，其特征在于：所述内外焊工序中，采用三丝串列埋弧自动焊，焊接速度为1.5～1.7m/min。

5.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，其特征在于：所述管端整圆工序中，在螺旋焊管的管端300mm范围内进行冷扩径，扩径量为螺旋焊管直径的0.6％；管端周长偏差±1.0mm，椭圆度偏差≤4mm。

6.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，其特征在于：所述静水压试验工序中，对钢管进行100％的静水压试验，环向应力为钢管规定最小屈服强度的95％。

7.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，其特征在于：所述母材超声波检测工序中，对全管体母材及焊缝进行分层检测，扫查面积大于50％。

8.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，其特征在于：所述超声波手工检测工序中，对螺旋焊管的管端400mm范围内的焊缝、两侧25mm的管体、管端25mm范围内的母材、管端坡口面进行检查。

9.如权利要求1-8任一项所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法，其特征在于：所述外观检查和涂防腐涂层工序中，对螺旋焊管的周长、椭圆度、焊缝余高、坡口角度、钝边尺寸以及壁厚进行测量，同时对咬边、摔坑、划伤造成应力集中和影响最小壁厚的缺陷进行检查、修磨和重新测量，对合格的螺旋焊管的内壁和外壁涂抹防腐涂层。