CN110904391A - 一种焊缝质量优良的厚规格erw海底管线焊管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管及其制造方法,所述焊管含有以下质量百分比化学成分为C:0.020%~0.070%、Si:0.2%~0.30%、Mn:1.0%~1.70%、P:≤0.015%、S:≤0.0050%、Nb:0.04%~0.06%、Ti:0.010%~0.025%、V:0.020%~0.060%、Mo:0.10%~0.20%、N≤0.008%;其余为Fe及不可避免的夹杂。与现有技术相比,本发明获得高强度、高韧性的ERW海底管线焊管,而且,使得X65级海底管线焊缝质量获得了明显的提升,焊缝冲击功提升到300J以上,并稳定保持。
Description
技术领域
本发明属于焊接领域,具体涉及一种焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管及其制造方法。
背景技术
随着海底油气资源持续扩大的勘探和开采工作,海底管线的需求量也在逐年增加。出于安全性的考虑,海底管线在具备一定壁厚的基础上兼备良好的强韧性、焊接性以及耐腐蚀性能等指标。ERW制管技术的成型方式和焊接工艺决定了ERW管具有尺寸精度高、壁厚均匀、抗挤毁能力强等优点,焊缝质量是决定钢管服役安全性的关键性指标。
厚规格(壁厚≥20mm)ERW海管在焊接过程中,由于其壁厚已经达到了机组的极限,焊接过程中由于开口角大小、挤压量设定、焊缝组织中的夹杂物等都会影响到焊缝质量,特别是冲击性能,如何改善焊接工艺提高焊缝冲击性能是厚规格ERW海底生产过程中的关键技术。
专利CN 103526108 B公开了一种SSCC应力腐蚀优良的X70MS的ERW焊管及其制造方法,具体包括对焊、刨边、成型、高频焊接、热处理等工序,针对的X70MS钢管壁厚在8~12.7mm之间,焊接速度达到了20m/min。
专利CN 101745731 B公开了一种N80级ERW油井套管的制造方法,其工艺流程包括原料检验、钢管焊接、焊缝热处理,所述的轧制钢卷板的化学成分重量百分比为:C≤0.12%、Mn≤1.85%、S≤0.010%、V+Nb+Ti≤0.15%,其余为Fe和不可避免的杂质,所述钢管焊接采用高频直缝电阻焊。
但是,上述现有技术仍不能满足日益提高的对焊缝性能的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对厚规格ERW海底管线存在焊缝冲击性能低的问题,提供一种焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管,是厚规格X65级ERW焊管,且焊缝质量优良。
本发明另一目的在于提供一种焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管的制造方法,本发明采用ERW生产流程,在焊接区域增加了氩气保护装置,保证了厚规格ERW管高质量焊缝,壁厚达到20.6mm的ERW海管焊缝质量优良。
本发明具体技术方案如下:
本发明提供的一种焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管,所述焊管含有以下质量百分比化学成分为:C:0.020%~0.070%、Si:0.2%~0.30%、Mn:1.0%~1.70%、P:≤0.015%、S:≤0.0050%、Nb:0.04%~0.06%、Ti:0.010%~0.025%、V:0.020%~0.060%、Mo:0.10%~0.20%、N≤0.008%;其余为Fe及不可避免的夹杂。
上述ERW海底管线焊管板材成分设计原理如下:采用超低C、低Mn、低S、P及添加Nb、Mo等微合金化元素进行板材成分设计。C、Mn含量过高会引起海底管线耐腐蚀性能恶化,控制Mn与Si的用量比,主要是要降低ERW焊接过程中焊缝不可避免的氧化物熔点使其易排出。P、S属于钢中有害元素,优选极低水平。Nb、Ti是固溶强化元素,又是碳氮化物形成元素,可以起到良好的细晶和强化效果,但其含量过高会影响韧性和焊接性,所以Nb元素优选在0.04%~0.06%,Ti元素优选在0.010%~0.025%。Mo元素可以有效增大材料的淬透性,增加强度和韧性,但是其含量过高不但会增加成本,也会对材料焊接性能有不利影响,所以Mo元素优选在0.10%~0.20%范围。微量的Nb、Ti、V、Mo合金化元素均能够通过细化晶粒并产生沉淀强化作用,其中Mo元素能够提高淬透性,促进上贝氏体的形成,对获得最终的针状铁素体组织有促进作用,Nb元素能够促进析出物的形成,并且在后续焊接过程中,铌原子的析出能够阻碍加热时奥氏体晶粒的粗化,改善焊接性能。
一种焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管的制造方法,包括以下步骤:原料检验、开卷对焊、活套储料、钢板铣边、钢管成型、钢管焊接、焊缝热处理、焊缝空冷水冷、钢管定径和钢管探伤。
进一步的,所述原料检验具体为:对热轧卷进行成分和性能检测。
所述开卷对焊具体为:钢带开卷后,经过矫平,将头尾切除,经过埋弧焊方式将前一卷卷尾与后一卷卷头进行对焊,并送入活套。
所述活套储料具体为:采用外进内出,下进上出式螺旋活套,长度达2000余米的储料量,可以保证供料,满足焊管的连续化生产。
所述钢板铣边:钢带进入成型前,两侧边经铣边机铣至设定宽度,铣边后宽度设定为1884mm,预计单边铣边5~8mm,以满足高质量成型和焊接工艺要求。
所述钢管成型具体为:将钢带通过一系列主动和被动轧辊,以连续的方式使钢带弯曲变形成圆形钢管。
所述钢管焊接具体为:钢管焊接过程中采用氩气保护焊接,通过输气管连接到集气罐中,输气管平行放置于焊接区上方进行出气,通过氩气保护,抑制焊接区金属氧化。氩气保护:通过输气管道将在集气罐中的氩气均匀的在焊接区上方进行出气,输气管末端均匀分布4个孔,水平放置在焊接区上方,孔眼对着焊接区,进行出气,使得保护气体出气分布均匀,进一步提高了气体保护效果,保证了焊接质量。采用高频焊机对成型后的钢管采用高频直缝电阻焊进行焊接。
X65级厚规格ERW海底管线的焊接方式采用高频直缝电阻焊,焊接功率控制在1000KW以内,焊接速度控制在7±2m/min,焊接开口角控制4~7°,目标5°焊接开口角设定目标为5°,以便于获得稳定的焊缝质量大开口角的焊缝质量更趋于稳定,但过大的开口角度大大提高了焊接功率,高频焊接设备不能满足,同时焊缝质量下降;挤压量设定在9~11mm,目标值10mm;金属流线角控制在70°左右,大的挤压量提高了焊缝的质量,较大的挤压量有利于夹杂物的挤出,提高焊缝的纯净度也提高了焊缝的质量,较小的挤压量不利于夹杂物的挤出,残留在焊缝中的夹杂物大大影响焊缝的冲击韧性。
焊缝热处理:为了保证极限厚度规格的ERW海底管线具备高强度、高韧性,应该对焊缝进行充分热处理,以此改善焊缝及其热影响区内的显微组织。950℃热处理试样中存在细小的铁素体晶粒,而在1050℃热处理试样中存在粗晶粒的贝氏体,大部分的碳化物Nb和Ti在奥氏体中处于不溶状态,奥氏体晶粒在热处理阶段会迅速长大,因此,热处理温度在1050℃以上时,后续冷却过程中会形成粗大的奥氏体,不易选用。为了获得高强度、高韧性的ERW海底管线,中频热处理4架温度分别为:1#900±20℃,2#1000±20℃,3#1000±20℃,4#1000±20℃。
进一步的,所述焊缝空冷水冷具体为:经过热处理后的焊缝采用60米空冷段进行空冷,为了保障钢管的几何尺寸不因温度影响过大,焊缝出水冷槽的温度控制在80℃以下。
所述钢管定径具体为:定径段减径量控制在2-4mm,在满足钢管尺寸的要求下尽可能减小减径量,定径机架应均匀分配减径量,减径后保证钢管的管径和椭圆度均匀满足要求。
所述钢管探伤具体为:对切完定尺后的钢管焊缝及焊缝上下50mm范围内进行手工探伤,采用N5(φ1.6)标准,探伤不合格钢管做降级处理。
本发明制造的焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管的金相组织为针状铁素体组织,晶粒度等级为10.0~12.0级。
与现有技术相比,本发明通过控制焊管的成分,并且在焊接的过程中,增加氩气保护装置、调整焊缝开口角和焊接挤压量。使本发明生产的焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线的力学性能:横向力学性能:Rt0.5:480~500MPa,Rm:567~655MPa,A50mm:34%~48%;纵向力学性能:Rt0.5:500~530MPa,Rm:550~636MPa,A50mm:34%~48%;0℃,焊缝冲击功平均300J以上。从而使得X65级海底管线焊缝质量获得了明显的提升,焊缝冲击功由之前偶发性的低于50J,大幅提升到300J以上,并稳定保持。
附图说明
图1为本发明焊接过程中氩气保护示意图;图中1-氩气保护装置、2-挤压辊、3-排辊;
图2为本发明实施例1生产的钢金相组织。
具体实施方式
实施例1
一种焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管,采用壁厚20.6mm的X65MO热轧板卷,所制钢管规格为φ610×20.6mm,其化学成分分析如下:C:0.020%、Si:0.20%、Mn:1.0%、P:0.012%、S:0.0040%、N:0.006%、Nb:0.040%、Ti:0.010%、V:0.02%、Mo:0.10%,其余为Fe及不可避免的夹杂。
上述焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管的制造方法,包括以下步骤:钢卷经过原料检验、开卷对焊、活套储料、钢板铣边、钢管成型、钢管焊接、焊缝热处理、焊缝空冷水冷、钢管定径和钢管探伤。
其中,所述原料检验具体为:对热轧卷进行成分和性能检测。
所述开卷对焊具体为:钢带开卷后,经过矫平,将头尾切除,经过埋弧焊方式将前一卷卷尾与后一卷卷头进行对焊,并送入活套。
所述活套储料具体为:采用外进内出,下进上出式螺旋活套,长度达2000余米的储料量,可以保证供料,满足焊管的连续化生产。
钢卷铣边后控制宽度为1884mm,最大的铣边总宽度≤12mm,焊接功率控制在950KW,焊接速度控制在7m/min,焊接开口角控制5°;挤压量10mm;金属流线角控制在70°。所述钢管焊接过程中采用氩气保护装置1,利用氩气保护焊接,通过输气管连接到集气罐中,输气管平行放置于焊接区上方进行出气,如下图1所示。通过输气管道将在集气罐中的氩气均匀的在焊接区上方进行出气,输气管末端均匀分布4个孔,水平放置在焊接区上方,孔眼对着焊接区,进行出气,使得保护气体出气分布均匀,进一步提高了气体保护效果,保证了焊接质量。焊接开口角是指挤压辊2前管坯两边缘的夹角,本发明通过排辊3调整开口角度为5°。
焊缝热处理:为了获得高强度、高韧性的ERW海底管线,应该对焊缝进行充分热处理,以此改善焊缝及其热影响区的显微组织。中频热处理4架温度分别为:1#910℃,2#1010℃,3#1000℃,4#1000℃。
热处理后钢管经过空冷和水冷段:经过热处理后的焊缝采用60米空冷段进行空冷,为了保障钢管的几何尺寸不因温度影响过大,焊缝出水冷槽的温度控制在80℃以下。
然后经过定径处理,定径段减径量为2mm;
最后对钢管焊缝及焊缝上下50mm范围内进行手工探伤,采用N5(φ1.6)标准。
通过上述方法制造的厚规格ERW海底管线焊管,随机抽取2个,分别为1#及2#钢管,1#及2#钢管焊缝和焊缝上下50mm以内范围探伤均合格。
对1#及2#钢管的拉伸性能检验按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》标准,检验结果见表1所示,冲击性能检验按照GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》标准,检验结果见表2所示。
表1钢管拉伸性能数据表
表2钢管的冲击性能数据表(0℃)
实施例2
一种焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管,采用壁厚20.6mm的X65MO热轧板卷,所制钢管规格为φ610×20.6mm,其化学成分分析如下:C:0.070%、Si:0.30%、Mn:1.70%、P:0.013%、S:0.0040%、N:0.006%、Nb:0.060%、Ti:0.025%、V:0.06%、Mo:0.20%,其余为Fe及不可避免的夹杂。
上述焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管的制造方法,包括以下步骤:钢卷经过原料检验、开卷对焊和活套储料,钢卷铣边后控制宽度为1884mm,最大的铣边总宽度≤12mm,焊接功率控制965KW,焊接速度控制在8.5m/min,焊接开口角控制5°;挤压量10mm;金属流线角控制在70°。
焊缝中频热处理:为了获得高强度、高韧性的ERW海底管线,应该对焊缝进行充分热处理,以此改善焊缝及其热影响区的显微组织。中频热处理4架温度分别为:1#920℃,2#980℃,3#1010℃,4#1010℃。热处理后钢管经过空冷和水冷段,然后经过定径处理,定径段减径量为3mm,最后对钢管焊缝及焊缝上下50mm范围内进行手工探伤,采用N5(φ1.6)标准。
通过上述方法制造的厚规格ERW海底管线焊管,随机抽取2个,分别为1#及2#钢管,1#及2#钢管焊缝和焊缝上下50mm以内范围探伤均合格。
对1#及2#钢管的拉伸性能检验按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》标准,检验结果见表3所示,冲击性能检验按照GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》标准,检验结果见表4所示。
表3钢管拉伸性能数据表
表4钢管的冲击性能数据表(0℃)
实施例3
采用壁厚20.6mm的X65MO热轧板卷,所制钢管规格为φ610×20.6mm,其化学成分分析如下:C:0.060%、Si:0.25%、Mn:1.30%、P:0.014%、S:0.0030%、N:0.007%、Nb:0.045%、Ti:0.020%、V:0.04%、Mo:0.15%,其余为Fe及不可避免的夹杂。
上述焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管的制造方法,包括以下步骤:钢卷经过原料检验、开卷对焊和活套储料,钢卷铣边后控制宽度为1884mm,最大的铣边总宽度≤12mm,焊接功率控制980KW,焊接速度控制在8m/min,焊接开口角控制5°;挤压量10mm;金属流线角控制在70°。
焊缝中频热处理:为了获得高强度、高韧性的ERW海底管线,应该对焊缝进行充分热处理,以此改善焊缝及其热影响区的显微组织。中频热处理4架温度分别为:1#915℃,2#990℃,3#1020℃,4#1020℃。热处理后钢管经过空冷和水冷段,然后经过定径处理,定径段减径量为3.5mm,最后对钢管焊缝及焊缝上下50mm范围内进行手工探伤,采用N5(φ1.6)标准。
通过上述方法制造的厚规格ERW海底管线焊管,随机抽取2个,分别为1#及2#钢管,1#及2#钢管焊缝和焊缝上下50mm以内范围探伤均合格。
对1#及2#钢管的拉伸性能检验按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》标准,检验结果见表5所示,冲击性能检验按照GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》标准,检验结果见表6所示。
表5钢管拉伸性能数据表
表6钢管的冲击性能数据表(0℃)
本发明生产的厚壁ERW海底管线的金相组织为针状铁素体组织,晶粒度等级为10.0~12.0级,图2为本发明实施例1的金相组织。
从表1-表6可以得到,本发明获得高强度、高韧性的ERW海底管线焊管,而且,使得X65级海底管线焊缝质量获得了明显的提升,焊缝冲击功由之前偶发性的低于50J,大幅提升到300J以上,并稳定保持。
Claims (9)
1.一种焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管,其特征在于,所述焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管含有以下质量百分比化学成分为:C:0.020%~0.070%、Si:0.2%~0.30%、Mn:1.0%~1.70%、P:≤0.015%、S:≤0.0050%、Nb:0.04%~0.06%、Ti:0.010%~0.025%、V:0.020%~0.060%、Mo:0.10%~0.20%、N≤0.008%;其余为Fe及不可避免的夹杂。
2.一种权利要求1所述的焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括以下步骤:原料检验、开卷对焊、活套储料、钢板铣边、钢管成型、钢管焊接、焊缝热处理、焊缝空冷水冷、钢管定径和钢管探伤。
3.根据权利要求2所述的制造方法,其特征在于,所述钢管焊接:钢管焊接过程中采用氩气保护焊接。
4.根据权利要求2或3所述的制造方法,其特征在于,钢管焊接过程中,焊接功率控制在1000KW以内,焊接速度控制在7±2m/min。
5.根据权利要求2或3所述的制造方法,其特征在于,钢管焊接过程中,接开口角控制4~7°;挤压量9~11mm。
6.根据权利要求2或5所述的制造方法,其特征在于,钢管焊接过程中,金属流线角控制在70°。
7.根据权利要求2或5所述的制造方法,其特征在于,所述焊缝热处理具体为:采用中频热处理4架温度分别为:1#900±20℃,2#1000±20℃,3#1000±20℃,4#1000±20℃。
8.根据权利要求2或5所述的制造方法,其特征在于,所制造的焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管的金相组织为针状铁素体组织,晶粒度等级为10.0~12.0级。
9.根据权利要求2或5所述的制造方法,其特征在于,所制造的焊缝质量优良的厚规格ERW海底管线焊管,0℃焊缝冲击功平均300J以上。
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