CN110306120A - 一种X80钢级D1422mm无缝弯管及其制造方法 - Google Patents

一种X80钢级D1422mm无缝弯管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种X80钢级D1422mm无缝弯管及其制造方法，属于金属材料热加工成型及油气管道领域。所述无缝弯管制造方法包括：获取电渣锭坯料，对电渣锭坯料依次进行加热、保温、锻造，得到棒状管坯；对棒状管坯进行第一正火热处理、退火热处理和机加工，得到钢管管坯；对钢管管坯依次进行冷定心、加热、穿孔、轧管、扩径、精整形、第二正火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝钢管；采用中频感应加热弯管机对无缝钢管进行全程感应加热弯制成型和回火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝弯管，不仅保证了弯管结构的整体性和材料的连续性，而且解决了有缝弯管焊缝在‑45℃及更低温度下冲击韧性不足或不稳定的问题。

Description

一种X80钢级D1422mm无缝弯管及其制造方法
技术领域
本发明涉及金属材料热加工成型及油气管道领域，特别涉及一种X80钢级D1422mm无缝弯管及其制造方法。
背景技术
感应加热弯管(简称弯管)是长输油气管道中用于改变管线走向重要管道附件。管道设计者正在努力通过提高管道设计压力和钢材强度等级、增大管径等方式来提高油气管道输送效率，而主流油气管道的管径D基本均小于或等于1219mm。我国即将建设的中俄东线天然气管道将采用X80钢级、管径D为1422mm的管材，在敷设时需要穿越低温地区，管材及管道附件需要耐受温度低于-45℃的极端环境。该油气管道建设将要面对诸多新挑战，这就要求管道及其附件的材料性能不断提高，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，X80钢级大口径弯管常采用直缝埋弧焊钢管(简称母管)经中频感应加热方式制成，一般包括直管段和弯曲段两部分，其结构特点之一是管体有一条直焊缝，简称有缝弯管。
发明人发现现有弯管制造技术至少存在以下问题：
从弯管制造工艺角度分析知，弯管管体上的焊缝需要经过感应加热弯制、快速喷水冷却、回火热处理等成型工艺，复杂的热成型工艺易引起焊缝组织性能发生变化，导致焊缝的强韧性降低，焊缝易成为有缝弯管本体强韧性的薄弱部分。
从设计制造角度来说，国内油气管道用X80钢级母管和有缝弯管的设计及冲击试验温度一般高于-20℃，现有X80钢级D1422mm母管焊接技术水平和有缝弯管低温韧性尚不能满足低温环境(环境温度低于-45℃)的使用和服役性能要求，并且-45℃环境用X80钢级D1422mm母管和有缝弯管尚处于研制阶段，未规模化应用于油气管道工程建设中。
此外，大量试验结果表明，X80钢级D1422mm有缝弯管的焊缝中心和热影响区-45℃及更低温度的冲击韧性不足(低于标准规定最小值)或不稳定，难以满足低温环境服役油气管道用弯管的焊缝韧性设计指标。因此，有必要设计制造低温环境用新型X80钢级D1422mm弯管。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种X80钢级D1422mm无缝弯管及其制造方法，减少了焊接的工序，实现了弯管结构的整体稳定性和耐低温韧性。
具体而言，包括以下的技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种X80钢级D1422mm无缝弯管，所述无缝弯管的化学成分(按照重量百分比计算)为：C:0.06～0.12，Si:0.15～0.40，Mn:0.90～1.65，P≤0.015，S≤0.005，Cr:0.15～0.35，Mo:0.20～0.42，Cu:0.08～0.20，Ni:0.80～1.15，Nb:0.03～0.09，V:0.03～0.09，Ti≤0.03，Al:0.02～0.06，Ca≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。此外，气体含量H≤5ppm，O≤50ppm，N≤100ppm。
第二方面，本发明实施例提供一种X80钢级D1422mm无缝弯管，所述无缝弯管采用无缝钢管经感应加热弯制成型制成，弯管管体没有焊缝结构，由直管段和弯曲段两部分构成，弯管壁厚为22mm～40mm，曲率半径为5D～6D，D为弯管规定外径。
第三方面，本发明实施例提供一种X80钢级D1422mm无缝弯管的制造方法，所述制造方法包括：
获取电渣锭坯料，所述电渣锭坯料的化学成分如第一方面所示；
对所述电渣锭坯料依次进行加热、保温、锻造，得到棒状管坯；
对所述棒状管坯依次进行第一正火热处理、退火热处理和机加工，得到钢管管坯；
对所述钢管管坯依次进行冷定心、加热、穿孔、轧管、扩径、精整形、第二正火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝钢管；
采用中频感应加热弯管机对所述无缝钢管进行全程感应加热弯制成型，并对制成的无缝弯管进行回火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝弯管；
所述回火热处理包括：将所述无缝弯管加热至500℃～630℃，保温时间为所述无缝弯管规定壁厚×(2.5～4.0)mm/min，然后采用炉冷方式，将所述无缝弯管冷却至290℃～310℃，之后采用空冷方式，将所述无缝弯管冷却至常温。
可选择地，所述电渣锭坯料在进行所述锻造之前，进行1220℃～1240℃的均热保温，保温时间≥6h；
依次采用镦粗、拔长、精锻对所述电渣锭坯料进行所述锻造；
在进行所述锻造时，所述电渣锭坯料返炉加热的均热温度为1180℃～1200℃，保温时间≥50min，终锻温度≥800℃。
可选择地，待所述锻造结束后，对所述棒状管坯进行第一正火热处理、退火热处理和机加工；
所述第一正火热处理包括：均热温度为910℃～930℃，保温时间≥8h，然后空冷至300℃～350℃；
所述退火热处理包括：在所述第一正火热处理后顺序进行，均热温度为640℃～660℃，保温时间≥20h，然后以冷速40℃/h～50℃/h空冷至390℃～410℃，再以冷速≤15℃/h炉冷至150℃，再出炉空冷至常温；
利用车床对所述棒状管坯进行所述机加工，得到所述钢管管坯。
可选择地，采用无缝钢管制管装备及工艺方法依次对所述钢管管坯进行冷定心、加热、穿孔、轧管、定径，制成外径为1000mm～1050mm的无缝毛坯管；
采用钢管热扩径机对所述无缝毛坯管进行多道次扩径加工，制成D1422mm无缝钢管；
扩径过程中，利用中频感应加热装置对无缝毛坯管进行圆周方向感应加热，加热温度为950℃～1050℃，推进速度为0.15mm/s～0.25mm/s，每道次扩径率控制在10％～15％之间，直至钢管的外径达到1422mm；
对所述D1422mm无缝钢管进行精整形，所述精整形包括：矫直、管端锯切、内外表面抛磨，得到D1422mm无缝钢管。
可选择地，对所述D1422mm无缝钢管进行第二正火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝钢管；
所述第二正火热处理包括：均热温度为910℃～930℃，保温至预设时间，然后采用空冷方式，将所述无缝钢管冷却至常温，保温预设时间为所述无缝钢管规定壁厚×(2.0～3.5)mm/min。
可选择地，采用中频感应加热弯管机对所述无缝钢管进行全程感应加热弯制成型，包括：
所述无缝钢管感应加热温度为980℃～1100℃，钢管推进速度为0.25mm/s～0.45mm/s，感应加热带的宽度为60mm～70mm，钢管感应加热保温时间≥150s；
所述无缝钢管在感应加热弯制和推进过程中，利用感应加热线圈上的均匀分布喷水孔，同步对已加热弯制管段的外表面持续喷射冷却水，使其快速冷却成型，冷却水的压力≥0.4MPa、温度≤40℃，保证感应加热管材的冷却速率≥5℃/s。
可选择地，所述X80钢级D1422mm无缝弯管感应加热目标控制温度为1000℃，推进速度为0.35mm/s，弯管曲率半径R＝5D，冷却水压力为0.4MPa；
所述回火热处理包括：将所述无缝弯管装入加热炉中，以≤150℃/h的加热速度升温至510℃～530℃，并保温90min～95min；
采用炉冷方式，将所述无缝弯管冷却至290℃～310℃；
采用空冷方式，将所述无缝弯管冷却至常温。
可选择地，所述X80钢级D1422mm无缝弯管感应加热目标控制温度为1020℃，推进速度为0.3mm/s，弯管曲率半径R＝5D，冷却水压力为0.43MPa；
所述回火热处理包括：将所述无缝弯管装入加热炉中，以≤150℃/h的加热速度升温至550℃～570℃，并保温100min～105min；
采用炉冷方式，将所述无缝弯管冷却至290℃～310℃；
采用空冷方式，将所述无缝弯管冷却至常温。
可选择地，所述X80钢级D1422mm无缝弯管感应加热目标控制温度为1050℃，推进速度为0.28mm/s，弯管曲率半径R＝6D，冷却水压力为0.5MPa；
所述回火热处理包括：将所述无缝弯管装入加热炉中，以≤150℃/h的加热速度升温至610℃～630℃，并保温115min～120min；
采用炉冷方式，将所述无缝弯管冷却至290℃～310℃；
采用空冷方式，将所述无缝弯管冷却至常温。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明实施例的X80钢级D1422mm无缝弯管及其制造方法通过获取电渣锭坯料，对电渣锭坯料依次进行加热、保温、锻造，得到棒状管坯；对棒状管坯进行第一正火热处理、退火热处理和机加工，得到钢管管坯；对钢管管坯进行冷定心、加热、穿孔、轧管、扩径、精整形、第二正火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝钢管；采用中频感应加热弯管机对无缝钢管进行全程感应加热弯制成型、回火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝弯管。由于得到的无缝弯管管体没有焊缝结构，保证了弯管结构的整体性和材料的连续性，解决了有缝弯管焊缝在-45℃及更低温度下冲击韧性不足或不稳定的问题。
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为本发明实施例提供的一种X80钢级D1422mm无缝弯管的制造方法制造得到的X80钢级D1422mm无缝弯管的正视结构示意图。
图中的附图标记分别表示为：
1-前直管段；
2-过渡区(起始)；
3-弯曲段内弧侧；
4-弯曲段外弧侧；
5-弯曲段中性区；
6-过渡区(停止)；
7-后直管段。
具体实施方式
为使本发明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D1422mm无缝弯管，该无缝弯管的化学成分(按照重量百分比计算)为：C:0.06～0.12，Si:0.15～0.40，Mn:0.90～1.65，P≤0.015，S≤0.005，Cr:0.15～0.35，Mo:0.20～0.42，Cu:0.08～0.20，Ni:0.80～1.15，Nb:0.03～0.09，V:0.03～0.09，Ti≤0.03，Al:0.02～0.06，Ca≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。此外，气体含量H≤5ppm，O≤50ppm，N≤100ppm。
X80钢级D1422mm无缝弯管的化学成分的设计具体为：
C、Si、Mn的加入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，易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，本发明实施例中将这三者的含量分别控制为0.06％～0.12％、0.15％～0.40％、0.90％～1.65％。
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％～0.09％，0.03％～0.09％、0.15％～0.35％。
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，在本发明实施例中将Ni的含量控制为0.80％～1.15％。
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，因此，在本发明实施例中将其含量控制为0.08％～0.20％。
此外，为了减少坯料中的杂质含量，尤其是气体含量，在电渣重熔炉冶炼钢水过程中，需要严格控制电渣重熔炉内的气体含量，使钢水中的0<H≤5ppm，0<O≤50ppm，0<N≤100ppm，其中，1ppm＝0.0001％。
可见，本发明实施例提供的X80钢级D1422mm无缝弯管，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D1422mm无缝弯管，无缝弯管采用无缝钢管经感应加热弯制成型，弯管管体没有焊缝结构，由直管段和弯曲段两部分构成，弯管壁厚为22mm～40mm，曲率半径为5D～6D，D为弯管规定外径。
X80钢级D1422mm无缝弯管是根据油气管道工程建设一般性需要而设计制造的。无缝弯管的直管段和弯曲段的长度应根据管道设计要求来确定。通过全程感应加热弯制成型处理后的X80钢级D1422mm无缝弯管管体其正视结构示意图如图1所示。
第三方面，本发明实施例提供了一种X80钢级D1422mm无缝弯管的制造方法，该制造方法包括：
步骤101：获取电渣锭坯料，电渣锭坯料的化学成分如第一方面所示。
步骤102：对电渣锭坯料依次进行加热、保温、锻造，得到棒状管坯。
步骤103：对棒状管坯依次进行第一正火热处理、退火热处理和机加工，得到钢管管坯。
步骤104：对钢管管坯依次进行冷定心、加热、穿孔、轧管、扩径、精整形、第二正火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝钢管。
步骤105：采用中频感应加热弯管机对无缝钢管进行全程感应加热弯制成型，并对制成的无缝弯管进行回火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝弯管。
其中，回火热处理包括：将无缝弯管加热至500℃～630℃，保温时间为无缝弯管规定壁厚×(2.5～4.0)mm/min，然后采用炉冷方式，将无缝弯管冷却至290℃～310℃，之后采用空冷方式，将无缝弯管冷却至常温。
本发明实施例提供的X80钢级D1422mm无缝弯管及其制造方法通过获取电渣锭坯料，对电渣锭坯料依次进行加热、保温、锻造，得到棒状管坯；对棒状管坯进行第一正火热处理、退火热处理和机加工，得到钢管管坯；对钢管管坯依次进行冷定心、加热、穿孔、轧管、扩径、精整形、第二正火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝钢管；采用中频感应加热弯管机对无缝钢管进行全程感应加热弯制成型、回火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝弯管。由于得到的无缝弯管管体没有焊缝结构，保证了弯管结构的整体性和材料的连续性，解决了有缝弯管焊缝在-45℃及更低温度下冲击韧性不足或不稳定的问题。
下面对本发明实施例提供的X80钢级D1422mm无缝弯管的制造方法给予详细说明：
步骤101：获取电渣锭坯料，电渣锭坯料的化学成分如第一方面所示。
电渣锭坯料是制造无缝弯管的原材料，本发明实施例采用连铸圆坯经电渣重熔工艺进行制造，该方法包括：
步骤1011：获取连铸圆坯，原料经转炉冶炼和精炼后的钢水连铸成圆坯；
步骤1012：获取电渣锭坯料，利用电渣重熔炉对连铸圆坯进行电渣重熔冶炼，形成棒状电渣锭坯料。电渣重熔可减少坯料中的杂质含量，提高了坯料的质量，降低了后续工序对坯料进行深加工的难度。
进一步地，为了减少坯料中的杂质含量，尤其是气体含量，在电渣重熔炉冶炼钢水过程中，严格控制电渣重熔炉内的气体含量，使钢水中的氢含量(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102：对电渣锭坯料依次进行加热、保温、锻造，得到棒状管坯。
该步骤具体包括：
步骤1021：电渣锭坯料在进行锻造之前，进行1220℃～1240℃的均热保温，保温时间≥6h；
在对电渣锭坯料进行锻造之前，需要对电渣锭坯料进行加热，有利于电渣锭坯料在锻造时发生热塑性形变，提高锻造比，降低锻造难度。其中，可将电渣锭坯料加热至1220℃～1240℃，举例来说，1220℃、1222℃、1224℃、1226℃、1228℃、1230℃、1232℃、1234℃、1236℃、1238℃、1240℃等。
上述温度指的是电渣锭坯料的平均温度，电渣锭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，为了保证电渣锭坯料的锻造效果，可利用加热炉对电渣锭坯料进行持续加热，直至电渣锭坯料的均热温度到达1230℃，且该均热温度的温差可以在±10℃范围内进行波动。其中，电渣锭坯料的均热温度指的是电渣锭坯料的平均温度，因为，电渣锭坯料不同部位的温度存在差异，故取平均值。
另外，本发明实施例考虑了电渣锭坯料的厚度，为了使电渣锭坯料各个部位的温度均匀，在对电渣锭坯料加热之后，应对其进行保温，至少保温6h(例如，6h、7h、8h、9h等)。
步骤1022：依次采用镦粗、拔长、精锻对电渣锭坯料进行锻造；
该步骤是对电渣锭坯料进行连续的多次镦粗、拔长、精锻，获取目标尺寸的棒状管坯；
当对电渣锭坯料进行锻造时，电渣锭坯料应具有足够高的温度，以提高钢的塑性、降低锻造时的变形抗力。其中，电渣锭坯料的终锻温度≥800℃(例如，800℃、810℃、820℃等)，也就是说，当电渣锭坯料的温度小于800℃时，应终止对电渣锭坯料进行锻造。若棒状管坯的尺寸已经达到要求，直接进行下一步工序；若未达到要求，对其进行返炉加热，使其温度达到要求的温度，然后再对电渣锭坯料继续进行锻造，直至达到目标尺寸为止。
具体地，在锻造过程中，若电渣锭坯料锻造的温度小于800℃时，应将其返回至加热炉，再次对其进行加热，使电渣锭坯料的均热温度达到1180℃～1200℃；然后，将其保温至少50min。需要说明的是，根据生产工艺，为了保证电渣锭坯料的锻造效果，可利用加热炉对电渣锭坯料进行加热，直至环形坯料的均热温度到达1190℃，且该均热温度的温差可以在±10℃范围内进行波动。
步骤103：对棒状管坯依次进行第一正火热处理、退火热处理和机加工，得到钢管管坯。
为了获取性能优良的棒状管坯，本发明实施例待棒状管坯锻造成型结束后，对棒状管坯进行第一正火热处理和退火热处理，以改善棒状管坯金属的内部组织结构和综合力学性能，有利于无缝钢管制造成型。
该步骤具体包括：
步骤1031：第一正火热处理；
第一正火热处理的条件包括：均热温度为910℃～930℃，保温时间≥8h，然后空冷至300℃～350℃。
具体为，先将棒状管坯加热至910℃～930℃(例如，910℃、915℃、920℃、925℃、930℃等)，然后保温至少8h(例如，8h、9h、10h、11h等)；之后，采用空冷方式，将棒状管坯冷却至300℃～350℃(例如，300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃等)。
需要说明的是，根据生产工艺，为了保证对棒状管坯热处理的效果，将棒状管坯进行加热，直至其均热温度到达920℃，且该均热温度的温差可以在±10℃范围内进行波动。
步骤1032：退火热处理；
本发明实施例为了使棒状管坯的组织结构特征、力学性能符合技术要求，对棒状管坯进行退火热处理。
退火热处理包括：在第一正火热处理后顺序进行，均热温度为640℃～660℃，保温时间≥20h；待退火热处理结束后，将棒状管坯然后以冷速40℃/h～50℃/h空冷至390℃～410℃，再以冷速≤15℃/h炉冷至150℃，再出炉空冷至常温。
具体为：先将棒状管坯加热至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，采用空冷方式，将棒状管坯冷却至390℃～410℃(例如，390℃、395℃、400℃、405℃、410℃等)；其次，采用炉冷方式，将棒状管坯冷却至常温。
需要说明的是，根据生产工艺，为了保证对棒状管坯进行热加工的效果，可在进行退火热处理时，对棒状管坯进行加热，直至棒状管坯的均热温度到达650℃，且该均热温度的温差可以在±10℃范围内进行波动。
步骤1033：机加工；
当棒状管坯完成正火热处理、退火热处理后，对棒状管坯进行机加工，可采用车床对棒状管坯进行机加工，以获取预设长度、直径的钢管管坯。
步骤104：对钢管管坯依次进行冷定心、加热、穿孔、轧管、扩径、精整形、第二正火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝钢管；
该步骤具体包括：
步骤1041：冷定心；
通过在专用机床上在钢管管坯前、后两个端面中心钻孔，定心孔直径为100mm，深度为60mm～80mm，孔的偏心度应小于10mm，冷定心有利于轧管前穿芯棒和提高钢管表面质量。
步骤1042：加热；
在穿孔和轧管之前，将钢管管坯加热至1220℃～1240℃，举例来说，1220℃、1222℃、1224℃、1226℃、1228℃、1230℃、1232℃、1234℃、1236℃、1238℃、1240℃等，提高钢的塑性变形能力、降低穿孔、轧管的变形抗力，以便于穿孔和轧制加工。
需要说明的是，根据生产工艺，为了保证穿孔和轧管的效果，在穿孔和轧管之前，钢管管坯应具有足够高的温度，应对管坯进行持续加热，直至管坯的均热温度到达1230℃，且该均热温度的温差可以在±10℃范围内进行波动。
步骤1043：穿孔；
采用斜轧机将加热后的实心钢管管坯斜轧穿孔变为空心管坯，即毛管。
步骤1044：轧管；
采用无缝钢管制管装备及工艺方法，对毛管进行多道次扩径轧制，制成无缝毛坯管。
步骤1045：定径；
采用定径机对轧制后的外径不均匀的毛坯管进行定径处理，制成外径为1000mm～1050mm的无缝毛坯管。
步骤1046：扩径；
采用钢管热扩径机对无缝毛坯管进行多道次扩径加工，制成D1422mm无缝钢管。扩径过程中，利用中频感应加热装置对无缝毛坯管进行圆周方向感应加热，加热温度为950℃～1050℃，推进速度为0.15mm/s～0.25mm/s，每道次扩径率控制在10％～15％之间，直至钢管的外径达到1422mm。
步骤1047：精整形；
精整形包括：矫直、管端锯切、内外表面抛磨，以使钢管的直径、椭圆度、直度、壁厚、表面质量等符合要求，得到D1422mm无缝钢管。
步骤1048：第二正火热处理。
本发明实施例为了使D1422mm无缝钢管的组织结构特征、力学性能符合技术要求，对D1422mm无缝钢管进行第二正火热处理。
第二正火热处理的条件包括：均热温度为910℃～930℃，保温至预设时间，预设时间，然后采用空冷方式，将无缝钢管冷却至常温，保温预设时间为无缝钢管规定壁厚×(2.0～3.5)mm/min。
具体为，先将D1422mm无缝钢管加热至910℃～930℃(例如，910℃、915℃、920℃、925℃、930℃等)，然后保温至预设时间，保温预设时间为钢管规定壁厚×(2.0～3.5)mm/min；之后，采用空冷方式，将D1422mm无缝钢管冷却至常温，由此获得X80钢级D1422mm无缝钢管，即制造弯管用母管。
需要说明的是，根据生产工艺，为了保证对无缝钢管热处理的效果，将无缝钢管进行加热，直至其均热温度到达920℃，且该均热温度的温差可以在±10℃范围内进行波动。
步骤105：采用中频感应加热弯管机对无缝钢管进行全程感应加热弯制成型，并对制成的无缝弯管进行回火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝弯管。
该步骤具体包括：
步骤1051：采用中频感应加热弯管机上的中频感应加热装置对无缝钢管进行全程感应加热弯制成型；
无缝钢管感应加热温度为980℃～1100℃(例如，980℃、990℃、1000℃、1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃等)，目标控制温度为1020℃，钢管推进速度为0.25mm/s～0.45mm/s(例如，0.25mm/s、0.27mm/s)、0.29mm/s、0.31mm/s、0.33mm/s、0.35mm/s、0.37mm/s)、0.39mm/s、0.41mm/s、0.43mm/s、0.45mm/s)，感应加热带的宽度为60mm～70mm，钢管感应加热保温时间≥150s；
本发明实施例中对弯管的直管段和弯曲段均进行感应加热。钢管推进速度与钢管的直径、壁厚、强度等级等因素有关，推进速度随着钢管的直径、壁厚、强度等级的增加而逐渐降低，弯管制造前应设计合理的推进速度，当推进速度确定后，在推进过程中应保持这一推进速度，保证钢管壁厚横截面充分加热，且温度均匀。
需要说明的是，根据生产工艺，在保证无缝钢管感应加热成型温度符合技术要求时，允许感应加热温度的温差在±20℃范围内进行波动；钢管感应加热带的宽度和保温时间可能因弯管机设备不同而存在差异。
在无缝钢管在感应加热弯制和推进过程中，利用感应加热线圈上的均匀分布喷水孔，同步对已加热弯制管段的外表面持续喷射冷却水，使其快速冷却成型。
本发明实施例中，线圈上的喷水孔的孔径约为1.0mm，两孔间距约为10mm。
冷却水采用增压循环冷却水，冷却水的压力≥0.4MPa、温度≤40℃，提高管材淬透性，保证感应加热管材的冷却速率≥5℃/s，以使管材组织充分转变为贝氏体组织。
步骤1052：对弯制成型后的无缝弯管进行回火热处理。
具体为：将无缝弯管装入加热炉中，以≤150℃/h的加热速度升温至500℃～630℃，保温时间至预设时间，保温预设时间为无缝弯管规定壁厚×(2.0～3.5)mm/min。
需要说明的是，根据生产工艺，为了保证对无缝钢管热处理的效果，将无缝钢管进行加热，直至其均热温度到达预设目标温度，且该均热温度的温差可以在±10℃范围内进行波动。
为了获取性能更加优良的X80钢级D1422mm无缝弯管，本发明实施例对上述感应加热弯制工艺参数、回火热处理的工艺参数进行进一步优化，包括三种实施方式：
(1)第一种实施方式
X80钢级D1422mm无缝弯管感应加热目标控制温度为1000℃，推进速度为0.35mm/s，弯管曲率半径R＝5D，冷却水压力为0.4MPa。
回火热处理包括：将无缝弯管装入加热炉中，以≤150℃/h的加热速度升温至510℃～530℃，并保温90min～95min；
采用炉冷方式，将无缝弯管冷却至290℃～310℃；
采用空冷方式，将无缝弯管冷却至常温。
(2)第二种实施方式
X80钢级D1422mm无缝弯管感应加热目标控制温度为1020℃，推进速度为0.3mm/s，弯管曲率半径R＝5D，冷却水压力为0.43MPa。
回火热处理包括：将无缝弯管装入加热炉中，以≤150℃/h的加热速度升温至550℃～570℃，并保温100min～105min；
采用炉冷方式，将无缝弯管冷却至290℃～310℃；
采用空冷方式，将无缝弯管冷却至常温。
(3)第三种实施方式
X80钢级D1422mm无缝弯管感应加热目标控制温度为1050℃，推进速度为0.28mm/s，弯管曲率半径R＝6D，冷却水压力为0.5MPa。
回火热处理包括：将无缝弯管装入加热炉中，以≤150℃/h的加热速度升温至610℃～630℃，并保温115min～120min；
采用炉冷方式，将无缝弯管冷却至290℃～310℃；
采用空冷方式，将无缝弯管冷却至常温。
综上可知，本发明实施例提供的X80钢级D1422mm无缝弯管及其制造方法，通过获取电渣锭坯料，对电渣锭坯料采用加热、保温、锻造，得到棒状管坯；对棒状管坯进行第一正火热处理、退火热处理和机加工，得到钢管管坯；对钢管管坯进行冷定心、加热、穿孔、轧管、扩径、精整形、第二正火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝钢管；采用中频感应加热弯管机对无缝钢管进行全程感应加热弯制成型、回火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝弯管。由于得到的无缝弯管管体没有焊缝结构，保证了弯管结构的整体性和材料的连续性，解决了有缝弯管焊缝在-45℃及更低温度下冲击韧性不足或不稳定的问题。
下面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。
基于本发明实施例提供的方法，本实施例以下面三组X80钢级D1422mm无缝弯管为例来对其制造方法进行说明。其中，这三组XX80钢级D1422mm无缝弯管的化学成分如表1所示，其中1组的气体含量0<H≤0.2ppm，0<O≤22ppm，0<N≤60ppm，2组和3组的气体含量0<H≤0.6ppm，0<O≤28ppm，0<N≤50ppm。
表1(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
实施方法：
(1)获取电渣锭坯料；
将连铸圆坯在电渣重熔炉中进行重新冶炼，并缓慢冷却，获取电渣锭坯料。
(2)获取棒状管坯；
对三组电渣锭坯料依次进行加热、保温、锻造，获取棒状管坯。
具体地，进行1240℃的均热保温，保温时间6h，然后进行镦粗、拔长、精锻的锻造工序，电渣锭坯料的终锻温度≥800℃，直至获得目标尺寸的棒状管坯。在进行锻造时，电渣锭坯料返炉加热的均热温度为1200℃，保温时间≥50min。
(3)获取钢管管坯；
对三组管坯依次进行第一正火热处理、退火热处理和机加工，获取钢管管坯。
具体地，第一正火热处理包括：均热温度为910℃，保温时间8h，然后空冷至350℃；退火热处理包括：退火热处理在正火热处理后顺序进行，均热温度为660℃，保温时间20h，然后以冷速40℃/h空冷至400℃，再以冷速≤15℃/h炉冷至150℃，再出炉空冷至常温。
利用车床对棒状管坯进行机加工，获取预设长度、直径的钢管管坯。
(3)获取X80钢级D1422mm无缝钢管
对三组钢管管坯依次进行冷定心、加热、穿孔、轧管、扩径、精整形、第二正火热处理，获取X80钢级D1422mm无缝钢管。
具体地，在专用机床上在钢管管坯前、后两个端面中心钻孔，定心孔直径为100mm，深度为60mm～80mm，孔的偏心度应小于10mm。
在穿孔和轧管之前，将钢管管坯加热至1240℃以便于穿孔和轧制加工。
采用斜轧机将加热后的实心钢管管坯斜轧穿孔变为空心管坯，即毛管。
采用无缝钢管制管装备及工艺方法，对毛管进行多道次扩径轧制，同时采用定径机对轧制后的毛坯管进行定径处理，制成外径为1000mm～1050mm的无缝毛坯管。
采用钢管热扩径机对无缝毛坯管进行多道次扩径加工，制成D1422mm无缝钢管；扩径过程中，利用中频感应加热装置对无缝毛坯管进行圆周方向感应加热，加热温度为980℃，推进速度为0.20mm/s，每道次扩径率控制在10％～15％之间，直至钢管的外径达到1422mm。
对D1422mm无缝钢管进行精整形，精整形包括：矫直、管端锯切、内外表面抛磨，获得目标D1422mm无缝钢管。
对D1422mm无缝钢管进行正火热处理，获取X80钢级D1422mm无缝钢管；正火热处理包括：均热温度为930℃，保温时间为80min～120min，然后采用空冷方式，将无缝钢管冷却至常温,由此获得X80钢级D1422mm无缝钢管，即制造弯管用母管。
(4)获取X80钢级D1422mm无缝钢管
对三组X80钢级D1422mm无缝钢管进行全程感应加热弯制成型和回火热处理，制成X80钢级D1422mm无缝弯管，其感应加热弯制主要工艺参数、回火热处理工艺参数设置如表2所示。
表2
下面以将通过对这三组无缝弯管进行检验，以说明本发明实施例提供的X80钢级D1422mm无缝弯管与现有技术提供的X80钢级弯管之间的性能差异。
如附图1所示，无缝弯管检验位置包括：1-前直管段、2-过渡区(起始)、3-弯曲段内弧侧、4-弯曲段外弧侧、5-弯曲段中性区、6-过渡区(停止)、7-后直管段。其中，过渡区取样方向为纵向，其他位置取样方向为横向，具体包括1/4壁厚和1/2壁厚位置。
这三组X80钢级D1422mm无缝弯管的力学性能如表3和表4所示。需要说明的是，表3和表4中的试验数据为弯管力学性能的平均水平。
表3
表4
注：冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，缺口为V型。
从表3和表4可看出，通过本发明实施例提供的X80钢级D1422mm无缝弯管制造方法以及相应的化学成分设计而制成的弯管，各项性能满足X80钢级感应加热弯管的技术要求。与现有技术相比，具有更加稳定的强度、硬度和优异的低温冲击韧性。
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 (11)

1.一种X80钢级D1422mm无缝弯管，其特征在于，所述无缝弯管的化学成分(按照重量百分比计算)为：C:0.06～0.12，Si:0.15～0.40，Mn:0.90～1.65，P≤0.015，S≤0.005，Cr:0.15～0.35，Mo:0.20～0.42，Cu:0.08～0.20，Ni:0.80～1.15，Nb:0.03～0.09，V:0.03～0.09，Ti≤0.03，Al:0.02～0.06，Ca≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。此外，气体含量H≤5ppm，O≤50ppm，N≤100ppm。
2.一种X80钢级D1422mm无缝弯管，其特征在于，所述无缝弯管采用无缝钢管经感应加热弯制成型制成，弯管管体没有焊缝结构，由直管段和弯曲段两部分构成，弯管壁厚为22mm～40mm，曲率半径为5D～6D，D为弯管规定外径。
3.一种X80钢级D1422mm无缝弯管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
获取电渣锭坯料，所述电渣锭坯料的化学成分如权利要求1所述；
对所述电渣锭坯料依次进行加热、保温、锻造，得到棒状管坯；
对所述棒状管坯依次进行第一正火热处理、退火热处理和机加工，得到钢管管坯；
对所述钢管管坯依次进行冷定心、加热、穿孔、轧管、扩径、精整形、第二正火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝钢管；
采用中频感应加热弯管机对所述无缝钢管进行全程感应加热弯制成型，并对制成的无缝弯管进行回火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝弯管；
所述回火热处理包括：将所述无缝弯管加热至500℃～630℃，保温时间为所述无缝弯管规定壁厚×(2.5～4.0)mm/min，然后采用炉冷方式，将所述无缝弯管冷却至290℃～310℃，之后采用空冷方式，将所述无缝弯管冷却至常温。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述电渣锭坯料在进行所述锻造之前，进行1220℃～1240℃的均热保温，保温时间≥6h；
依次采用镦粗、拔长、精锻对所述电渣锭坯料进行所述锻造；
在进行所述锻造时，所述电渣锭坯料返炉加热的均热温度为1180℃～1200℃，保温时间≥50min，终锻温度≥800℃。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，待所述锻造结束后，对所述棒状管坯进行第一正火热处理、退火热处理和机加工；
所述第一正火热处理包括：均热温度为910℃～930℃，保温时间≥8h，然后空冷至300℃～350℃；
所述退火热处理包括：在所述第一正火热处理后顺序进行，均热温度为640℃～660℃，保温时间≥20h，然后以冷速40℃/h～50℃/h空冷至390℃～410℃，再以冷速≤15℃/h炉冷至150℃，再出炉空冷至常温；
利用车床对所述棒状管坯进行所述机加工，得到所述钢管管坯。
6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，采用无缝钢管制管装备及工艺方法依次对所述钢管管坯进行冷定心、加热、穿孔、轧管、定径，制成外径为1000mm～1050mm的无缝毛坯管；
采用钢管热扩径机对所述无缝毛坯管进行多道次扩径加工，制成D1422mm无缝钢管；
扩径过程中，利用中频感应加热装置对无缝毛坯管进行圆周方向感应加热，加热温度为950℃～1050℃，推进速度为0.15mm/s～0.25mm/s，每道次扩径率控制在10％～15％之间，直至钢管的外径达到1422mm；
对所述D1422mm无缝钢管进行精整形，所述精整形包括：矫直、管端锯切、内外表面抛磨，得到D1422mm无缝钢管。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，对所述D1422mm无缝钢管进行第二正火热处理，得到X80钢级D1422mm无缝钢管；
所述第二正火热处理包括：均热温度为910℃～930℃，保温至预设时间，然后采用空冷方式，将所述无缝钢管冷却至常温，保温预设时间为所述无缝钢管规定壁厚×(2.0～3.5)mm/min。
8.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，采用中频感应加热弯管机对所述无缝钢管进行全程感应加热弯制成型，包括：
所述无缝钢管感应加热温度为980℃～1100℃，钢管推进速度为0.25mm/s～0.45mm/s，感应加热带的宽度为60mm～70mm，钢管感应加热保温时间≥150s；
所述无缝钢管在感应加热弯制和推进过程中，利用感应加热线圈上的均匀分布喷水孔，同步对已加热弯制管段的外表面持续喷射冷却水，使其快速冷却成型，冷却水的压力≥0.4MPa、温度≤40℃，保证感应加热管材的冷却速率≥5℃/s。
9.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述X80钢级D1422mm无缝弯管感应加热目标控制温度为1000℃，推进速度为0.35mm/s，弯管曲率半径R＝5D，冷却水压力为0.4MPa；
所述回火热处理包括：将所述无缝弯管装入加热炉中，以≤150℃/h的加热速度升温至510℃～530℃，并保温90min～95min；
采用炉冷方式，将所述无缝弯管冷却至290℃～310℃；
采用空冷方式，将所述无缝弯管冷却至常温。
10.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述X80钢级D1422mm无缝弯管感应加热目标控制温度为1020℃，推进速度为0.3mm/s，弯管曲率半径R＝5D，冷却水压力为0.43MPa；
所述回火热处理包括：将所述无缝弯管装入加热炉中，以≤150℃/h的加热速度升温至550℃～570℃，并保温100min～105min；
采用炉冷方式，将所述无缝弯管冷却至290℃～310℃；
采用空冷方式，将所述无缝弯管冷却至常温。
11.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述X80钢级D1422mm无缝弯管感应加热目标控制温度为1050℃，推进速度为0.28mm/s，弯管曲率半径R＝6D，冷却水压力为0.5MPa；
所述回火热处理包括：将所述无缝弯管装入加热炉中，以≤150℃/h的加热速度升温至610℃～630℃，并保温115min～120min；
采用炉冷方式，将所述无缝弯管冷却至290℃～310℃；
采用空冷方式，将所述无缝弯管冷却至常温。
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