CN109423571B - 一种x80钢级无缝三通及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X80钢级无缝三通及其制造方法,属于石油管道领域。该方法包括:获取环形坯料;对环形坯料依次进行加热、保温、锻造、水淬,获取圆筒管坯;对圆筒管坯依次进行正火热处理、退火热处理、机加工,获取三通管坯;采用热挤压拔制成型工艺对三通管坯进行成型,获取三通毛坯;对三通毛坯依次进行淬火热处理、回火热处理,获取X80钢级无缝三通;淬火热处理包括:将三通毛坯加热至900~980℃,保温第一预设时间;水淬方式冷却至常温,第一预设时间为三通毛坯壁厚×2.1~2.6min/mm,水淬介质为温度小于或等于40℃、比重为1.04~1.08的盐水。回火热处理包括:将三通毛坯加热至610~690℃,保温第二预设时间;然后炉冷至290~310℃;之后空冷至常温;第二预设时间为三通毛坯壁厚×3.2~4.5min/mm。
Description
技术领域
本发明涉及石油管道领域,特别涉及一种X80钢级无缝三通及其制造方法。
背景技术
三通是输送管道工程建设的关键管道附件,主要用于管道分支、变向、变径等。随着我国油气需求量的不断提高,输送管道趋向于高钢级(例如X80钢级)、大管径、高压力的发展特点,以提高输送效率,这就要求管道及其附件材料的性能不断提高,尤其是低温环境(环境温度低于-45℃)地区服役管道及其附件应具有优异的低温韧性,使其能在低温环境中安全可靠的运行。
目前,高压力、高钢级、大管径油气管道广泛采用卷焊三通,其主要制造工艺为:钢板下料-卷制筒节-焊接筒节-热挤压拔制成型-热处理-三通,卷焊三通的工艺特点之一就是其底部有一条纵向直焊缝。
发明人发现现有技术至少存在以下问题:
卷焊三通需要经过焊接、多次高温加热、淬火、回火热处理等成型工艺,复杂的成型工艺易引起焊缝的组织性能发生变化,导致焊缝的强韧性降低,焊缝成为卷焊三通本体的强韧性薄弱部分。大量试验结果表明,卷焊三通焊缝中心和热影响区的-45℃及更低温度的冲击韧性不足或不稳定,难以满足低温环境服役油气管道用管件的焊缝设计韧性指标,因此设计制造新型X80钢级、大管径三通显得十分必要。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题,本发明实施例提供了一种X80钢级无缝三通及其制造方法。所述技术方案如下:
第一方面,本发明实施例提供了一种X80钢级无缝三通,所述X80钢级无缝三通的化学成分按重量百分比为:C:0.05~0.10,Si:0.10~0.35,Mn:1.20~1.60,P≤0.015,S≤0.005,Cr:0.18~0.30,Mo:0.20~0.45,Cu:0.08~0.25,Ni:0.60~1.05,Nb:0.02~0.08,V:0.03~0.08,Ti≤0.04,Al:0.02~0.05,Ca≤0.005,H≤0.0005,O≤0.005,N≤0.01,余量为铁和不可避免的杂质。
第二方面,本发明提供了一种X80钢级无缝三通的制造方法,所述制造方法包括:
获取环形坯料,所述环形坯料的化学成分如第一方面所示;
对所述环形坯料依次进行加热、保温、锻造、水淬,获取圆筒管坯;
对所述圆筒管坯依次进行正火热处理、退火热处理、机加工,获取三通管坯;
采用热挤压拔制成型工艺对所述三通管坯进行成型,获取三通毛坯;
对所述三通毛坯依次进行淬火热处理、回火热处理,获取X80钢级无缝三通;
所述淬火热处理包括:将所述三通毛坯加热至900℃~980℃,并保温第一预设时间,然后,采用水淬方式,将所述三通毛坯冷却至常温;
所述第一预设时间为所述三通毛坯壁厚×v1min/mm,水淬介质为温度小于或等于40℃、且比重为1.04~1.08的盐水,其中,v1为2.1~2.6;
所述回火热处理包括:将所述三通毛坯加热至610℃~690℃,并保温第二预设时间,然后采用炉冷方式,将所述三通毛坯冷却至290℃~310℃,然后采用空冷方式,将所述三通毛坯冷却至常温;
所述第二预设时间为所述三通毛坯壁厚×v2min/mm,v2为3.2~4.5。
具体地,所述获取环形坯料包括:
获取连铸圆坯,利用电渣重熔炉将所述连铸圆坯冶炼成钢水;
对所述钢水进行连铸,并利用环形的连铸坯模具,获取所述环形坯料。
具体地,所述环形坯料在进行所述锻造之前,进行1210℃~1230℃的均热保温,保温时间≥8h;
依次采用拔长、扩孔、精锻对所述环形坯料进行锻造;
在进行所述锻造时,所述环形坯料的均热温度为1170℃~1190℃,保温时间≥40min,终锻温度≥720℃;
待所述锻造结束后,利用所述水淬处理将所述环形坯料降温至400℃~450℃,然后空冷至常温,获取所述圆筒管坯。
具体地,待所述水淬处理结束后,对所述圆筒管坯进行所述正火热处理和所述退火热处理;
所述正火热处理的条件包括:均热温度为910℃~930℃,保温时间≥5h,然后风冷至300℃~350℃;
所述退火热处理包括:一次退火热处理和二次退火热处理;
所述一次退火热处理在所述正火热处理后顺序进行,所述一次退火热处理的条件包括:均热温度为340℃~360℃,保温时间≥5h;
所述二次退火热处理在所述一次退火热处理后顺序进行,所述二次退火热处理的条件包括:均热温度为640℃~660℃,保温时间≥20h;
待所述二次退火热处理结束后,将所述圆形管坯炉冷至190℃~210℃,然后再空冷至常温;
利用车床对所述圆形管坯进行所述机加工,获取所述三通管坯。
具体地,采用热挤压拔制成型工艺对所述三通管坯进行成型,包括:
将所述三通管坯加热至920℃~940℃,并保温至少30min;
对所述三通管坯依次进行压扁、压制凸台、凸台开孔、支管拔制、管口切割,且所述三通管坯的终压温度≥780℃。
具体地,所述淬火热处理包括:将所述三通毛坯加热至905℃~915℃,并保温115min~125min;
采用水淬方式,将所述三通毛坯冷却至常温;所述水淬介质为温度小于或等于40℃,且比重为1.05的盐水;
所述回火热处理包括:将所述三通毛坯加热至685℃~695℃,并保温175min~185min;
采用炉冷方式,将所述三通毛坯冷却至290~310℃;
采用空冷方式,将所述三通毛坯冷却至常温。
具体地,所述淬火热处理包括:将所述三通毛坯加热至925℃~935℃,并保温135min~145min;
采用水淬方式,将所述三通毛坯冷却至常温;所述水淬介质为温度小于或等于40℃、且比重为1.05的盐水;
所述回火热处理包括:将所述三通毛坯加热至655℃~665℃,并保温195min~205min;
采用炉冷方式,将所述三通毛坯冷却至290℃~310℃;
采用空冷方式,将所述三通毛坯冷却至常温。
具体地,所述淬火热处理包括:将所述三通毛坯加热至955℃~965℃,并保温155min~165min;
采用水淬方式,将所述三通毛坯冷却至常温;所述水淬介质为温度小于或等于40℃、且比重为1.05的盐水;
所述回火热处理包括:将所述三通毛坯加热至625℃~635℃,并保温235min~245min;
采用炉冷方式,将所述三通毛坯冷却至290℃~310℃;
采用空冷方式,将所述三通毛坯冷却至常温。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
本发明实施例提供的X80钢级无缝三通制造方法,以整体锻造无缝管坯为原材料保证了三通结构的整体性和材料的连续性,使得三通在制造过程中,减少了焊接及焊缝检验工序,解决现有卷焊三通制造技术中三通焊缝低温韧性不足或不稳定问题;另外,通过优化淬火热处理、回火热处理的工艺参数,调控了三通的晶粒度和组织结构,破碎并改善了碳化物和非金属夹杂物在金属中的分布,提高了三通的强韧性,尤其是低温韧性。
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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的X80钢级无缝三通的主视图;
图2是本发明实施例提供的X80钢级无缝三通的左视图。下面对附图中各个标号进行说明。
1-肩部;
2-支管;
3-主管;
4-腹部。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面,本发明实施例提供了一种X80钢级无缝三通,该X80钢级无缝三通的化学成分按重量百分比为:C:0.05~0.10,Si:0.10~0.35,Mn:1.20~1.60,P≤0.015,S≤0.005,Cr:0.18~0.30,Mo:0.20~0.45,Cu:0.08~0.25,Ni:0.60~1.05,Nb:0.02~0.08,V:0.03~0.08,Ti≤0.04,Al:0.02~0.05,Ca≤0.005,H≤0.0005,O≤0.005,N≤0.01,其余为铁和不和避免的杂质。
X80钢级无缝三通的化学成分的设计具体为:
Ni能提高管材的低温韧性、以及在热加工过程中的抗氧化能力,因此,将Ni的含量设计在0.60%~1.05%之间。
V、Cr能增加管材在淬火时过程中的淬透性,V、Nb能提高管材在回火热处理过程中的强度,可适当增加V、Nb、Cr的含量,因此本发明实施例将V、Nb、Cr的含量分别控制为0.03%~0.08%,0.02%~0.08%、0.18%~0.30%。
Cu由于高温时易造成管材的成分偏析,不易稳定控制,在保证其他合金元素含量时,Cu含量应当适当降低,故本发明实施例将其含量控制在0.08%~0.25%之间。
C、Si、Mn虽然有利于提高管材的强度,但是随着它们的含量增加,管材的碳当量会快速升高,这能降低管材的可焊性和冲击韧性,所以应适当降低C、Si、Mn含量,本发明实施例将这三者的含量分别选定为0.05%~0.10%、0.10%~0.35%、1.20%~1.60%。
可见,本发明实施例提供的X80钢级无缝三通,不仅具有良好的力学性能,例如低温冲击韧性;而且也有利于对其进行热加工,以提供其自身的性能。
第二方面,本发明实施例提供了一种X80钢级无缝三通的制造方法,该制造方法包括:
步骤101:获取环形坯料,环形坯料的化学成分如第一方面所述。
步骤102:对环形坯料依次进行加热、保温、锻造、水淬,获取圆筒管坯。
步骤103:对圆筒管坯依次进行正火热处理、退火热处理、机加工,获取三通管坯。
步骤104:采用热挤压拔制成型工艺对三通管坯进行成型,获取三通毛坯。
步骤105:对三通毛坯依次进行淬火热处理、回火热处理,获取X80钢级无缝三通。
其中,淬火热处理包括:将三通毛坯加热至900℃~980℃,并保温第一预设时间;然后采用水淬方式,将三通毛坯冷却至常温;第一预设时间为三通毛坯壁厚×v1min/mm,水淬介质温度小于或等于40℃、且比重为1.04~1.08的盐水,v1为2.1~2.6。
回火热处理包括:将三通毛坯加热至610℃~690℃,并保温第二预设时间;然后采用炉冷方式,将三通毛坯冷却至290℃~310℃;然后采用空冷方式,将三通毛坯冷却至常温;第二预设时间为三通毛坯壁厚×v2min/mm,v2为3.2~4.5。
本发明实施例提供的X80钢级无缝三通制造方法,以整体锻造无缝管坯为原材料,保证了三通结构的整体性和材料的连续性,使得三通在制造过程中,减少了焊接及焊缝检验工序,解决现有卷焊三通制造技术中三通焊缝低温韧性不足或不稳定问题;另外,通过优化淬火热处理、回火热处理的工艺参数,调控了三通的晶粒度和组织结构,破碎并改善了碳化物和非金属夹杂物在金属中的分布,提高了三通的强韧性,尤其是低温韧性。
下面对本发明实施例提供的X80钢级无缝三通的制造方法给予说明:
步骤101是获取环形坯料,环形坯料的化学成分如第一方面所述。
环形坯料是三通的制造原料,制造环形坯料的方法有多种,本发明实施例采用电渣重熔工艺进行制造,该方法包括:
步骤1011:获取连铸圆坯,利用电渣重熔炉将连铸圆坯冶炼成钢水。
利用电渣重熔炉对连铸圆坯进行重新冶炼,可减少环形坯料的杂质含量,提高了环形坯料的质量,降低了后续工序对环形坯料进行加工的难度。
进一步地,为了减少环形坯料的杂质含量,在电渣重熔炉冶炼钢水过程中,可控制电渣重熔炉内的保护气体的含量,使钢水中的氢含量(即质量分数)小于或等于5ppm、氧含量小于或等于50ppm、氮含量小于或等于100ppm,其中,1ppm=0.0001%。
步骤1012:对钢水进行连铸,并利用环形的连铸坯模具,获取环形坯料。
该步骤中的铸坯模具的形状为环形,以获取目标尺寸的环形坯料。
步骤102是对环形坯料依次进行加热、保温、锻造、水淬,获取圆筒管坯。
该步骤具体包括:
步骤1021:环形坯料在进行锻造之前,进行1190℃~1210℃的均热保温,保温时间≥8h。
在对环形坯料进行锻造之前,需要对环形坯料进行加热,有利于环形坯料发生形变,减少对环形坯料进行锻造的难度。其中,可将环形坯料加热至1190℃~1210℃,举例来说,1190℃、1192℃、1194℃、1196℃、1198℃、1200℃、1200℃、1202℃、1204℃、1206℃、1208℃、1210℃等。
上述温度指的是环形坯料的平均温度,环形坯料不同部位的温度存在差异。
需要说明的是,根据生产工艺,为了保证对环形坯料进行锻造的效果,可对环形坯料进行加热,直至环形坯料的均热温度到达1200℃,且该均热温度可以在±10℃范围内进行上、下波动。其中,环形坯料的均热温度指的是环形坯料的平均温度。因为,环形坯料不同部位的温度存在差异性,故取平均值。
另外,本发明实施例考虑了环形坯料的厚度,为了使环形坯料各个部位的温度均匀,在对环形坯料加热之后,应对其进行保温,至少保温8h(例如,8h、9h、10h、11h等)。
步骤1022:依次采用拔长、扩孔、精锻对环形坯料进行锻造。
该步骤是对环形坯料进行多次拔长与扩孔,以获取目标尺寸的三通管坯。
当对环形坯料进行锻造时,环形坯料应具备足够高的温度,否则不利于锻造。其中,环形坯料的终锻温度≥720℃(例如,720℃、730℃、740℃、750℃等),也就是说,当环形坯料的温度小于720℃时,终止对环形坯料进行锻造,若环形坯料的尺寸已经达到要求,直接进行后序工序;若还没达到要求,对其进行加热,使其温度达到要求的温度,然后再对其继续进行锻造,直至达到目标尺寸为止。
具体地,在锻造过程中,若环形坯料锻造的温度过低,将其返回至加热炉,再次对其进行加热,使环形坯料的均热温度达到1170℃~1190℃;然后,将其保温至少40min。需要说明的是,根据生产工艺,为了保证对环形坯料进行锻造的效果,可利用加热炉对环形坯料进行加热,直至环形坯料的均热温度到达1180℃,且该均热温度可以在±10℃范围内进行上、下波动。
步骤1023:待锻造结束后,利用水淬处理将环形坯料降温至400℃~450℃,然后空冷至常温,获取所述圆筒管坯。
为了提高三通的力学性能,尤其是低温韧性,对完成锻造的环形坯料进行水淬,可采取水冷方式将其冷却至400℃~450℃(例如,400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃等),以获取晶粒更加细化的三通管坯。
其中,水池中的水为纯净水或自来水,温度为常温。该常温在12月~3月期间为5℃~10℃、在4月~6月期间为10℃~20℃、在7月~9月期间为20℃~35℃、在10月~11月期间为10℃~20℃。
步骤103是对圆筒管坯依次进行正火热处理、退火热处理、机加工,获取三通管坯。
为了获取性能优良的无缝三通,本发明实施例待水淬处理结束后,对圆筒管坯进行正火热处理和退火热处理,以改善圆筒管坯金属的内部组织结构。具体为,对圆筒管坯进行正火热处理,可提高圆筒管坯的强度;而对圆筒管坯进行退火热处理,可减小圆筒管坯的硬度。
正火热处理的条件包括:均热温度为910℃~930℃,保温时间≥5h,然后风冷至300℃~350℃。具体为,先将圆筒管坯加热至910℃~930℃(例如,910℃、915℃、920℃、925℃、930℃等),然后保温至少5h(例如,5h、6h、7h、8h等);之后,采用风冷方式,将圆筒管坯冷却至300℃~350℃(例如,300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃等)。
需要说明的是,根据生产工艺,为了保证对圆筒管坯热处理的效果,可将圆筒管坯进行加热,直至其均热温度到达920℃,且该均热温度可以在±10℃范围内进行上、下波动。
本发明实施例为了使圆筒管坯的组织转变符合三通的组织特征、力学性能的要求,该退火热处理包括一次退火热处理与二次退火热处理,即先对圆筒管坯进行一次退火热处理,然后对其进行二次退火热处理。
一次退火热处理在正火热处理后顺序进行,均热温度为340℃~360℃,保温时间≥5h。具体为:先将圆筒管坯加热至340℃~360℃(例如,340℃、345℃、350℃、350℃、360℃等),并保温至少5h(例如,5h、6h、7h、8h等)。
需要说明的是,根据生产工艺,为了保证对圆筒管坯进行热处理的效果,可对圆筒管坯进行加热,直至圆筒管坯的均热温度到达350℃,且该均热温度可以在±10℃范围内进行上、下波动。
二次退火热处理在一次退火热处理后顺序进行,均热温度为640℃~660℃,保温时间≥20h;待二次退火热处理结束后,将圆筒管坯炉冷至190℃~210℃,然后再空冷至常温。具体为:先将圆筒管坯加热至640℃~660℃(例如,640℃、645℃、650℃、650℃、660℃等),并保温至少20h(例如,20h、21h、22h、23h等);然后,采用炉冷方式,将圆筒管坯冷却至190℃~210℃(例如,190℃、195℃、200℃、205℃、210℃等);其次,采用空冷方式,将圆筒管坯冷却至常温。
需要说明的是,根据生产工艺,为了保证对圆筒管坯进行热加工的效果,可在进行一次退火时,对圆筒管坯进行加热,直至圆筒管坯的均热温度到达350℃,且该均热温度可以在±10℃范围内进行上、下波动;可在进行二次退火时,对圆筒管坯进行加热,直至圆筒管坯的均热温度到达650℃,且该均热温度可以在±10℃范围内进行上、下波动。
当圆筒管坯完成正火热处理、退火热处理后,对圆筒管坯进行机加工,可采用车床对圆筒管坯进行机加工,以获取预设长度、壁厚、内外径的无缝三通管坯。
步骤104是采用热挤压拔制成型工艺对三通管坯进行成型,获取三通毛坯。
先利用安装在压力机上的三通模具对加热后的无缝三通管坯进行热挤压拔制成型,主要是先对三通管坯进行热挤压拔制成型,以获取目标尺寸的无缝三通,可具体包括:
先将三通管坯加热至920℃~940℃,并保温至少30min;然后,对三通管坯依次进行加热、压扁、压制凸台、凸台开孔、支管拔制、管口切割,且三通管坯的终压温度大于或等于780℃。
在对三通管坯进行热挤压拔制成型前,应先对三通管坯进行加热。其中,可将三通管坯加热至920℃~940℃,举例来说,920℃、925℃、930℃、935℃、940℃等。
需要说明的是,根据生产工艺,为了保证对三通管坯进行热挤压拔制成型的效果,可对三通管坯进行加热,直至三通管坯的均热温度到达930℃,且该均热温度可以在±10℃范围内进行上、下波动。
另外,本发明实施例考虑了三通管坯的厚度,为了使三通管坯的各个部位的温度均匀,在对三通管坯加热之后,需对三通管坯进行保温,至少保温30min(例如,30min、35min、40min等)。
当对三通管坯进行热挤压拔制成型时,三通管坯应具备工艺要求的温度,否则不利于热挤压拔制成型。其中,三通管坯的终压温度大于或等于780℃(例如,780℃、790℃、800℃、等),也就是说,当三通管坯的温度小于780℃时,终止对三通管坯进行热挤压成型,若三通管坯的尺寸已经达到要求,直接进行后序工序;若还没达到要求,对其进行加热,使其温度到达930℃,然后再对其继续进行热挤压成型,直至达到目标尺寸为止。
当完成对三通管坯进行热挤压拔制成型后,需要对三通毛坯的主管2、支管3(参见图1)进行切割,使三通毛坯与预设三通的尺寸相同。
步骤105是对三通毛坯依次进行淬火热处理、回火热处理,获取X80钢级无缝三通。
其中,淬火热处理包括:先将三通毛坯加热至900℃~980℃(举例来说,900℃、910℃、920℃、930℃、940℃、950℃、960℃、970℃、980℃等),并保温第一预设时间;然后采用水淬方式,将三通毛坯冷却至常温(例如,20℃、25℃、30℃等);第一预设时间为三通毛坯壁厚×v1min/mm,水淬介质为温度为小于或等于40℃、且比重为1.04~1.08(例如,1.04、1.05、1.06、1.07、1.08等)的盐水,其中,v1为2.1~2.6。
水淬方式有多种,例如,将加热后的三通毛坯放入预定温度、预定比重的盐水中直接冷却,直至三通毛坯冷却至常温。
需要说明的是,可根据表1来获取盐水比重所对应的盐的质量与水的质量。
表1
回火热处理包括:先将三通毛坯加热至610℃~690℃(例如610℃、620℃、630℃、640℃、650℃、660℃、670℃、680℃、690℃等),并保温第二预设时间;然后采用炉冷方式,将三通毛坯冷却至290℃~310℃(例如290℃、295℃、300℃、305℃、310℃等);然后采用空冷方式,将三通毛坯冷却至常温(20℃、25℃、30℃等);第二预设时间为三通毛坯壁厚×v2min/mm,v2为3.2~4.5。
其中,炉冷指的是,当三通毛坯加热到目标温度后,停止加热炉对三通毛坯的加热,并将三通毛坯继续放置在加热炉内,使三通毛坯缓慢冷却。
需要说明的是,三通毛坯壁厚为无缝三通的公称壁厚。
为了获取性能更加优良的X80钢级无缝三通,本发明实施例对上述淬火热处理、回火热处理的工艺参数进行进一步优化,可包括三种实施方式:
(1)第一种实施方式:
淬火热处理包括:先将三通毛坯加热至905℃~915℃,并保温115min~125min;然后,采用水淬方式,将三通毛坯冷却至常温;水淬介质为温度小于或等于40℃、且比重为1.05的盐水。
回火热处理包括:先将三通毛坯加热至685℃~695℃,并保温175min~185min;然后,采用炉冷方式,将三通毛坯冷却至290~310℃;其次,采用空冷方式,将三通毛坯冷却至常温。
(2)第二种实施方式:
淬火热处理包括:先将三通毛坯加热至925℃~935℃,并保温135min~145min;然后,采用水淬方式,将三通毛坯冷却至常温;水淬介质为温度小于或等于40℃、且比重为1.05的盐水;
回火热处理包括:先将三通毛坯加热至655℃~665℃,并保温195min~205min;然后,采用炉冷方式,将三通毛坯冷却至290℃~310℃;其次,采用空冷方式,将三通毛坯冷却至常温。
(3)第三种实施方式:
淬火热处理包括:先将三通毛坯加热至955℃~965℃,并保温155min~165min;然后,采用水淬方式,将三通毛坯冷却至常温;水淬介质为温度小于或等于40℃,且比重为1.05的盐水。
回火热处理包括:先将三通毛坯加热至625℃~635℃,并保温235min~245min;然后,采用炉冷方式,将三通毛坯冷却至290℃~310℃;其次,采用空冷方式,将三通毛坯冷却至常温。
综上,本发明实施例通过对三通的化学成分进行合理设计、以及对三通的制造方法进行优化,实现了对三通的显微组织和性能调控,保证三通不仅具有稳定的强度,还具有优异的低温韧性,以解决现有卷焊三通制造技术中三通焊缝低温韧性不足或不稳定问题,使其满足低温环境(环境温度低于-45℃)服役的高压力、大管径X80钢级油气管道对三通管件的性能要求,实现三通结构的本质安全。
下面以一个例子来说明,本发明实施例提供的X80钢级无缝三通与现有技术提供的X80钢级三通之间的性能差异。如附图1和附图2所示,三通检测部位包括:肩部1、支管2、主管3、腹部4,具体包括1/4壁厚和1/2壁厚位置。
表2
表3
注:冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm,缺口为V型。
从表2和表3可看出,通过本发明实施例提供的X80钢级无缝三通制造方法以及相应的化学成分设计而获取的三通,与现有技术相比,具有更加稳定的强度、以及良好优异的低温冲击韧性。
以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。
在以下具体实施例中,所涉及的工艺操作未标明条件者,均安装常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市场获得的常规产品。
实施例
基于本发明实施例提供的方法,本实施例以下面三组不同化学成分的X80钢级无缝三通为例来对其制造方法进行说明。其中,这三组X80钢级无缝三通的化学成分如表4所示。
表4(单位:wt%)
元素 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | V | Ti | Nb | Al | Ca |
1组 | 0.08 | 0.26 | 1.32 | 0.005 | 0.002 | 0.22 | 0.80 | 0.09 | 0.33 | 0.06 | 0.003 | 0.03 | 0.027 | 0.003 |
2组 | 0.09 | 0.23 | 1.36 | 0.006 | 0.003 | 0.23 | 0.85 | 0.08 | 0.31 | 0.07 | 0.001 | 0.02 | 0.02 | 0.002 |
3组 | 0.09 | 0.23 | 1.36 | 0.006 | 0.003 | 0.23 | 0.85 | 0.08 | 0.31 | 0.07 | 0.001 | 0.02 | 0.02 | 0.002 |
(1)获取环形坯料
具体为,首先获取连铸圆坯,并采用电渣重熔工艺,将连铸圆坯冶炼成钢水;之后,对钢水进行连铸,并利用环形的连铸坯模具,获取环形坯料。
(2)获取圆筒管坯
首先,将环形坯料加热至1200℃,并保温8h;其次,对环形坯料进行锻造,即对环形坯料进行多次拔长与扩孔,直至圆筒管坯的尺寸符合要求。且,在锻造过程中,要保证环形坯料的终锻温度大于或等于720℃。
对环形坯料进行锻造后,利用水冷方式将其冷却至425℃。
(3)获取三通管坯
首先,对上述圆筒管坯进行正火热处理,具体过程为:将圆筒管坯加热至920℃,并保温5h;之后,采用风冷方式,将圆筒管坯冷却至325℃。
然后,对圆筒管坯进行退火热处理,具体过程为:先将圆筒管坯加热至350℃,并保温5h;继续将圆筒管坯加热至650℃,并保温20h;之后,先炉冷方式,将圆筒管坯冷却至200℃;再采用空冷方式,将圆筒管坯冷却至常温。
其次,采用立式车床对圆筒管坯进行机加工,以获取预设长度、壁厚、内外径的三通管坯。
(4)获取三通毛坯
利用安装在压力机上的三通模具对三通管坯件进行热挤压拔制成型,具体为:先将三通管坯加热至930℃,并保温30min;之后,对三通管坯依次进行压扁、压制凸台、开孔、拔制成型;然后,对无缝三通的主管、支管进行二次切割,使无缝三通与预设目标三通的尺寸相同。
且,在对三通管坯进行压扁、压制凸台、开孔、拔制成型过程中,要保证三通管坯的终压温度不低于780℃。
(5)获取X80钢级无缝三通
对这三组无缝三通分别依次进行淬火热处理、回火热处理,其中,这三组无缝三通所对应的热处理的参数设置如下表:
表5
以下是对这三组三通的力学性能的检测结果:
表6
表7
可见,通过本实施例提供的X80钢级无缝三通的制造方法而获取的X80钢级无缝三通的力学行能满足X80钢级三通管件的技术要求。
上述所有可选技术方案,可以采用任意结合形成本公开的可选实施例,在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种X80钢级无缝三通的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括:
获取环形坯料,所述环形坯料的化学成分按重量百分比为:C:0.05~0.10,Si:0.10~0.35,Mn:1.20~1.60,P≤0.015,S≤0.005,Cr:0.18~0.30,Mo:0.20~0.45,Cu:0.08~0.25,Ni:0.60~1.05,Nb:0.02~0.08,V:0.03~0.08,Ti≤0.04,Al:0.02~0.05,Ca≤0.005,H≤0.0005,O≤0.005,N≤0.01,余量为铁和不可避免的杂质;
对所述环形坯料依次进行加热、保温、锻造、水淬,获取圆筒管坯;
对所述圆筒管坯依次进行正火热处理、退火热处理、机加工,获取三通管坯;
采用热挤压拔制成型工艺对所述三通管坯进行成型,获取三通毛坯;
对所述三通毛坯依次进行淬火热处理、回火热处理,获取X80钢级无缝三通;
所述淬火热处理包括:将所述三通毛坯加热至900℃~980℃,并保温第一预设时间,然后采用水淬方式,将所述三通毛坯冷却至常温;
所述第一预设时间为所述三通毛坯壁厚×v1min/mm,水淬介质为温度小于或等于40℃、且比重为1.04~1.08的盐水,其中,v1为2.1~2.6;
所述回火热处理包括:将所述三通毛坯加热至610℃~690℃,并保温第二预设时间,然后采用炉冷方式,将所述三通毛坯冷却至290℃~310℃,然后采用空冷方式,将所述三通毛坯冷却至常温;
所述第二预设时间为所述三通毛坯壁厚×v2min/mm,v2为3.2~4.5。
2.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述获取环形坯料包括:
获取连铸圆坯,利用电渣重熔炉将所述连铸圆坯冶炼成钢水;
对所述钢水进行连铸,并利用环形的连铸坯模具,获取所述环形坯料。
3.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述环形坯料在进行所述锻造之前,进行1190℃~1210℃的均热保温,保温时间≥8h;
依次采用拔长、扩孔、精锻对所述环形坯料进行所述锻造;
在进行所述锻造时,所述环形坯料的均热温度为1170℃~1190℃,保温时间≥40min,终锻温度≥720℃;
待所述锻造结束后,利用所述水淬处理将所述环形坯料降温至400℃~450℃,然后空冷至常温,获取所述圆筒管坯。
4.根据权利要求3所述的制造方法,其特征在于,待所述水淬处理结束后,对所述圆筒管坯进行所述正火热处理和所述退火热处理;
所述正火热处理的条件包括:均热温度为910℃~930℃,然后风冷至300℃~350℃;
所述退火热处理包括:一次退火热处理和二次退火热处理;
所述一次退火热处理在所述正火热处理后顺序进行,所述一次退火热处理的条件包括:均热温度为340℃~360℃,保温时间≥5h;
所述二次退火热处理在所述一次退火热处理后顺序进行,所述二次退火热处理的条件包括:均热温度为640℃~660℃,保温时间≥20h;
待所述二次退火热处理结束后,将所述圆形管坯炉冷至190℃~210℃,然后再空冷至常温;
利用车床对所述圆形管坯进行所述机加工,获取所述三通管坯。
5.根据权利要求4所述的制造方法,其特征在于,所述采用热挤压拔制成型工艺对所述三通管坯进行成型,包括:
将所述三通管坯加热至920℃~940℃,并保温至少30min;
对所述三通管坯依次进行压扁、压制凸台、凸台开孔、支管拔制、管口切割,且所述三通管坯的终压温度≥780℃。
6.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述淬火热处理包括:将所述三通毛坯加热至905℃~915℃,并保温115min~125min;
采用水淬方式,将所述三通毛坯冷却至常温;所述水淬介质为温度小于或等于40℃、且比重为1.05的盐水;
所述回火热处理包括:将所述三通毛坯加热至685℃~695℃,并保温175min~185min;
采用炉冷方式,将所述三通毛坯冷却至290℃~310℃;
采用空冷方式,将所述三通毛坯冷却至常温。
7.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述淬火热处理包括:将所述三通毛坯加热至925℃~935℃,并保温135min~145min;
采用水淬方式,将所述三通毛坯冷却至常温;所述水淬介质为温度小于或等于40℃、且比重为1.05的盐水;
所述回火热处理包括:将所述三通毛坯加热至655℃~665℃,并保温195min~205min;
采用炉冷方式,将所述三通毛坯冷却至290℃~310℃;
采用空冷方式,将所述三通毛坯冷却至常温。
8.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述淬火热处理包括:将所述三通毛坯加热至955℃~965℃,并保温155min~165min;
采用水淬方式,将所述三通毛坯冷却至常温;所述水淬介质为温度小于或等于40℃,且比重为1.05的盐水;
所述回火热处理包括:将所述三通毛坯加热至625℃~635℃,并保温235min~245min;
采用炉冷方式,将所述三通毛坯冷却至290℃~310℃;
采用空冷方式,将所述三通毛坯冷却至常温。
9.一种X80钢级无缝三通,其特征在于:所述X80钢级无缝三通的化学成分按重量百分比为:C:0.05~0.10,Si:0.10~0.35,Mn:1.20~1.60,P≤0.015,S≤0.005,Cr:0.18~0.30,Mo:0.20~0.45,Cu:0.08~0.25,Ni:0.60~1.05,Nb:0.02~0.08,V:0.03~0.08,Ti≤0.04,Al:0.02~0.05,Ca≤0.005,H≤0.0005,O≤0.005,N≤0.01,余量为铁和不可避免的杂质,并且所述X80钢级无缝三通通过权利要求1-8任一项所述的制造方法制造。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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