CN1119427C - 石油天然气输送管及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种石油天然气输送管，其特征是由C0.07～0.12%，Si0.30～0.40%，Mn1.2～2.0%，Nb≤0.01%，V≤0.04%，Mo≤0.25～0.40%，S≤0.03%，P≤0.02%，余量为Fe组成(重量%)。经冶炼、炉外精炼、强力变速离心铸造及脱模、热扩管、在线调质热处理等步骤制成。采用本发明输送管，强度高、韧性好、低温冲击值高；采用本发明生产工艺特别是炉外精炼、离心铸造工艺热扩管及在线热处理，可保证管子成型，并满足力学性能，且工艺流程短，生产成本低。
Description
本发明涉及一种长形的空心物及其离心铸造方法，特别涉及一种石油天然气输送管及其生产方法。
现有技术中，石油天然气的长距离输送，一般均采用钢板焊接而成的焊管，其主要生产工艺为：冶炼→数道初轧→精轧成钢板→卷板→焊接→校圆→焊缝检查→水压检测→力学性能检测。由于焊管的焊缝多，使用中焊缝易被腐蚀穿孔、或从焊缝处开裂，从而导致管道失效，并且使用过程中焊缝的检修十分困难。因而早期使用的螺旋焊管被近年来开始逐渐采用的直缝焊管替代，但直缝焊管仍存在焊缝较多、生产工序复杂、工艺长，生产成本高等缺点。
本发明之目的旨在克服上述现有技术工艺的不足，提供一种管段上无焊缝、生产成本低的石油天然气输送管及采用强力变速离心铸造生产石油天然气输送管的方法。
本发明的内容是：一种石油天然气输送管，其特征是输送管的材料由：C 0.07-0.12％，Si 0.30-0.40％，Mn1.22.0％，Nb≤0.01％，V≤0.04％，Mo≤0.25-0.40％，S≤0.03％，P≤0.02％，余量为Fe组成(重量％)。
本发明的另一个内容是：一种石油天然气输送管的生产方法，其特征是包括下列步骤：
a.冶炼：以废钢及合金为主要原料，采用电弧炉熔炼，熔炼中向电弧炉内喷入材料总量的1.0-2.0％的以氩气为载体的Si-Ca粉，熔炼中多次进行炉前分析(例如：采用直读光谱仪等)，根据炉前分析结果调整钢水成分，至钢水成分符合输送管的材料组成后出炉，钢水出炉温度为1550-1650℃；
b.炉外精炼：将钢水倒入钢包中，再向钢包中喂线和吹氩气，对钢水进行精炼，使夹杂物变性，降低夹杂物的含量，改善冶金质量；
c.强力变速离心铸造及脱模：将喷涂有石英或锆英涂料的φ500-1300×4000-8000mm型筒，置于离心机上，浇注前，型筒的线速度调到12m/s，然后，将钢水以40-150Kg/s的铸速浇入型筒中，浇铸过程中型筒以2-4m/s2的加速度提升转速，浇铸完毕时，型筒的线速度达到20-60m/s，钢水凝固后，型筒又以-0.05--0.10m/s2的加速度降低转速，当型筒内壁温度达到850-1100℃时停车、将管段脱模，脱模后，管段的壁厚为13-35mm：
d.热扩管：先将管段内壁的氧化层用钢丝刷快速清除掉，然后将管段置于扩管机上进行热扩，热扩的工艺的参数为：温度850-1100℃，变形量5-30％，热扩速度300-1000mm/min；
e.在线调质热处理：在连续热处理炉中对管段进行调质热处理，先用感应圈从管段的一端连续加热到另一端，同时在感应圈尾部喷水淬火，淬火温度为900-1200℃，感应圈的移动速度为2-8mm/s，然后，再送入保温炉中，在400-550℃保温1-2h，再出炉空冷后，即制得产品。
步骤b中所述喂线是向钢包内的1550-1650℃的钢水中以0.5-2.0m/s的速度喂入Si-Ca、Si-Ba或Si-Al-Ba线中的一种或多种，喂入总量为钢水重量的0.2-1.0％。
步骤b中所述吹氩气是将压力为0.2-0.4Mpa的氩气吹入钢包内钢水中2-5min。
本发明内容所述石油天然气输送管的生产方法，还可以包括下列步骤：
f、水压试验：将冷却到室温的管段，两端开V形坡口，然后用平封头顶住管口；在4.5-25MPa下进行水压试验，保压20-30min；
g、性能检测：水压试验合格后，截取力学性能和低温冲击试样，进行抗拉强度，伸长率和冲击值的测量，其值满足：
抗拉强度：≥539MPa
屈服强度：≥440MPa
伸长率δ5：≥20％
低温冲击值(-40℃)：≥50J；
h、编号入库：将经过检测后，各项指标合格的管段，编号入库。
与现有技术相比，本发明具有下列特点：
(1)采用本发明输送管材料生产的管子，强度高、韧性好、低温冲击值高，是一种能达到焊管X-65，X-70钢性能的铸管；
(2)采用本发明生产工艺特别是炉外精炼，离心铸造工艺，热扩管及在线热处理，可保证管子成型，并满足力学性能要求，且工艺流程短，生产成本低；
(3)采用本发明生产的石油天然气输送管，口径为Φ500-1300mm，长度为4000-8000mm，厚度可达到13-30mm，承压4.5-25MP。其性能指标为：抗拉强度≥539MPa，屈服强度≥440MPa，伸长率δ5≥20％，低温冲击值(-40℃)≥50J，焊缝大大减少(至少减少70％)，这不但更有利于现场施工，也可大大提高管段的寿命，同时，也大大减少对埋地使用管线的焊缝的检修。
下面通过实施对本发明作进一步说明：
实施例1：
石油天然气输送管的材料组成为(重量％)：C 0.075％，Si 0.37％，Mn1.2％，Nb 0.01％，V 0.04％，Mo 0.3％，S 0.03％，P 0.02％，余量为Fe。在1.5t电弧炉中加入废钢及合金，并用氩气做载体，向炉中喷Si-Ca粉，喷入量为2％，钢水出炉温度1580℃，出炉前采用直读光谱仪进行炉前分析，成分合格后，将钢水倒入钢包中。先向钢包中喂Si-Ca线，喂线速度0.7m/s，加入量0.3％。再吹氩气3min(压力0.2Mpa)。然后浇入型筒中，型筒规格为Φ600×6000mm，内喷涂石英涂料。浇铸时的初始线速度为12m/s，加速度为2m/s2，浇铸完毕时，型筒的线速度达到40m/s，铸速为40Kg/s；钢水凝固后，又以-0.08m/s2的加速度降低转速，当内壁温度达到875℃时脱模，脱模后，用钢丝刷快速清除钢管(壁厚15mm)内壁的氧化层，然后以400mm/min的速度进行热扩管，其变形量7％。
经热扩管的管段的一端套上感应圈，以3mm/s的速度向另一端移动，淬火加热温度950℃，感应圈尾部喷水淬火，然后送入500℃的保温炉中保温2h后，再出炉空冷。将冷到室温的管段两端开V型坡口，用平封头顶住两端，在7Mpa下进行水压试验，保压20min。最后，截取力学性能试样，进行性能测试，其值分别为：抗拉强度570MPa，屈服强度445MPa，伸长率δ535％，低温冲击值(-40℃)70J。
实施例2：
石油天然气输送管的材料组成为(重量％)：C 0.10％，Si 0.31％，Mn1.7％，Nb 0.008％，V 0.02％，Mo 0.25％，S 0.02％，P 0.02％，余量为Fe。在1.5t电弧炉中加入废钢及合金，并用氩气做载体，向炉中喷Si-Ca粉，喷入量为1.2％，钢水出炉温度1600℃，出炉前采用直读光谱仪进行炉前分析，成分合格后，将钢水倒入钢包中。先向钢包中喂Si-Ba线，喂线速度0.5m/s，加入量0.4％。再吹氩气2min(压力0.3MPa)。然后浇入型筒中，型筒规格为Φ1100×8000mm，内喷涂锆英涂料。浇铸时的初始线速度为12m/s，加速度为3m/s2，浇铸完毕时，型筒的线速度达到40m/s，铸速为125Kg/s；钢水凝固后，又以-0.1m/s2的加速度降低转速，当内壁温度达到1100℃时脱模，脱模后，用钢丝刷快速清除钢管内壁(壁厚25mm)的氧化层，然后以800mm/min的速度进行热扩管，其变形量8％。
经热扩管的管段的一端套上感应圈，以2mm/s的速度向另一端移动，淬火加热温度1150℃，感应圈尾部喷水淬火，然后送入550℃的保温炉中保温1.5h后，再出炉空冷。将冷到室温的管段两端开V型坡口，用平封头顶住两端，在12Mpa下进行水压试验，保压20min。最后，截取力学性能试样，进行性能测试，其值分别为：抗拉强度565MPa，屈服强度450MPa，伸长率δ5 32％，低温冲击值(-40℃)71J。
实施例3：
石油天然气输送管的材料组成为(重量％)：C 0.08％，Si 0.30％，Mn1.5％，Mo 0.4％，S 0.03％，P 0.02％，余量为Fe。在1.5t电弧炉中加入废钢及合金，并用氩气做载体，向炉中喷Si-Ca粉，喷入量为1.0％，钢水出炉温度1610℃，出炉前采用直读光谱仪进行炉前分析，成分合格后，将钢水倒入钢包中。先向钢包中喂Si-Al-Ba线，喂线速度1.2m/s，加入量0.5％。再吹氩气4min(压力0.4Mpa)。然后浇入型筒中，型筒规格为Φ1300×8000mm，内喷涂锆英涂料。浇铸时的初始线速度为12m/s，加速度为4m/s2，浇铸完毕时，型筒的线速度达到40m/s，铸速为150Kg/s；钢水凝固后，又以-0.05m/s2的加速度降低转速，当内壁温度达到1050℃时脱模，脱模后，用钢丝刷快速清除钢管内壁(壁厚30mm)的氧化层，然后以720mm/min的速度进行热扩管，其变形量10％。
经热扩管的管段的一端套上感应圈，以4mm/s的速度向另一端移动，淬火加热温度900℃，感应圈尾部喷水淬火，然后送入450℃的保温炉中保温1h后，再出炉空冷。将冷到室温的管段两端开V型坡口，用平封头顶住两端，在5Mpa下进行水压试验，保压25min。最后，截取力学性能试样，进行性能测试，其值分别为：抗拉强度580MPa，屈服强度473MPa，伸长率δ529％，低温冲击值(-40℃)65J。
实施例4：
石油天然气输送管的材料组成为(重量％)：C 0.09％，Si 0.40％，Mn1.54％，Nb 0.01％，V 0.03％，Mo 0.3％，S 0.025％，P 0.020％，余量为Fe。在1.5t电弧炉中加入废钢及合金，并用氩气做载体，向炉中喷Si-Ca粉，喷入量为1.5％，钢水出炉温度1650℃，出炉前采用直读光谱仪进行炉前分析，成分合格后，将钢水倒入钢包中。先向钢包中喂Si-Ca线，喂线速度2m/s，加入量1.0％。再吹氩气5min(压力0.2Mpa)。然后浇入型筒中，型筒规格为Φ728×5000mm，内喷涂锆英涂料。浇铸时的初始线速度为12m/s，加速度为2m/s2，浇铸完毕时，型筒的线速度达到60m/s，铸速为90Kg/s；钢水凝固后，又以-0.07m/s2的加速度降低转速，当内壁温度达到850℃时脱模，脱模后，用钢丝刷快速清除钢管(壁厚20mm)内壁的氧化层，然后以300mm/min的速度进行热扩管，其变形量30％。
经热扩管的管段的一端套上感应圈，以8mm/s的速度向另一端移动，淬火加热温度1050℃，感应圈尾部喷水淬火，然后送入400℃的保温炉中保温2h后，再出炉空冷。将冷到室温的管段两端开V型坡口，用平封头顶住两端，在4.5Mpa下进行水压试验，保压30min。最后，截取力学性能试样，进行性能测试，其值分别为：抗拉强度721MPa，屈服强度530MPa，伸长率δ520％，低温冲击值(-40℃)53J。
实施例5：
石油天然气输送管的材料组成为(重量％)：C 0.08％，Si 0.30％，Mn1.2％，Nb 0.008％，V 0.04％，Mo 0.4％，S 0.025％，P 0.02％，余量为Fe。在1.5t电弧炉中加入废钢及合金，并用氩气做载体，向炉中喷Si-Ca粉，喷入量为1.8％，钢水出炉温度1550℃，出炉前采用直读光谱仪进行炉前分析，成分合格后，将钢水倒入钢包中。先向钢包中喂Si-Al-Ba线，喂线速度1.5m/s，加入量0.7％。再吹氩气4min(压力0.3Mpa)。然后浇入型筒中，型筒规格为Φ500×4000mm，内喷涂石英涂料。浇铸时的初始线速度为12m/s，加速度为3.5m/s2，浇铸完毕时，型筒的线速度达到35m/s，铸速为55Kg/s；钢水凝固后，又以-0.08m/s2的加速度降低转速，当内壁温度达到930℃时脱模，脱模后，用钢丝刷快速清除钢管(壁厚13mm)内壁的氧化层，然后以500mm/min的速度进行热扩管，其变形量23％。
经热扩管的管段的一端套上感应圈，以5mm/s的速度向另一端移动，淬火加热温度1200℃，感应圈尾部喷水淬火，然后送入500℃的保温炉中保温1h后，再出炉空冷。将冷到室温的管段两端开V型坡口，用平封头顶住两端，在10Mpa下进行水压试验，保压25min。最后，截取力学性能试样，进行性能测试，其值分别为：抗拉强度612MPa，屈服强度473MPa，伸长率δ524％，低温冲击值(-40℃)56J。
实施例6：
石油天然气输送管的材料组成为(重量％)：℃ 0.10％，Si 0.35％，Mn2.0％，Mo 0.40％，S 0.03％，P 0.02％，余量为Fe。在1.5t电弧炉中加入废钢及合金，并用氩气做载体，向炉中喷Si-Ca粉，喷入量为2％，钢水出炉温度1580℃，出炉前采用直读光谱仪进行炉前分析，成分合格后，将钢水倒入钢包中。先向钢包中喂Si-Ba线，喂线速度0.5m/s，加入量0.5％。再吹氩气2min(压力0.3Mpa)。然后浇入型筒中，型筒规格为Φ500×4000mm，内喷涂石英涂料。浇铸时的初始线速度为12m/s，加速度为2m/s2，浇铸完毕时，型筒的线速度达到20m/s，铸速为95Kg/s；钢水凝固后，又以-0.05m/s2的加速度降低转速，当内壁温度达到970℃时脱模，脱模后，用钢丝刷快速清除钢管(壁厚13mm)内壁的氧化层，然后以1000mm/min的速度进行热扩管，其变形量5％。
经热扩管的管段的一端套上感应圈，以6mm/s的速度向另一端移动，淬火加热温度1150℃，感应圈尾部喷水淬火，然后送入470℃的保温炉中保温2h后，再出炉空冷。将冷到室温的管段两端开V型坡口，用平封头顶住两端，在23Mpa下进行水压试验，保压20min。最后，截取力学性能试样，进行性能测试，其值分别为：抗拉强度578MPa，屈服强度463MPa，伸长率δ5 23％，低温冲击值(-40℃)51J。
实施例7：
石油天然气输送管的材料组成为(重量％)：C 0.08％，Si 0.37％，Mn1.4％，Nb 0.01％，V 0.02％，Mo 0.31％，S 0.03％，P 0.02％，余量为Fe。在1.5t电弧炉中加入废钢及合金，并用氩气做载体，向炉中喷Si-Ca粉，喷入量为2％，钢水出炉温度1610℃，出炉前采用直读光谱仪进行炉前分析，成分合格后，将钢水倒入钢包中。先向钢包中喂Si-Ba线，喂线速度1.7m/s，加入量0.5％。再吹氩气3min(压力0.2Mpa)。然后浇入型筒中，型筒规格为Φ1100×8000mm，内喷涂锆英涂料。浇铸时的初始线速度为12m/s，加速度为4m/s2，浇铸完毕时，型筒的线速度达到30m/s，铸速为125Kg/s；钢水凝固后，又以-0.07m/s2的加速度降低转速，当内壁温度达到1000℃时脱模，脱模后，用钢丝刷快速清除钢管(壁厚25mm)内壁的氧化层，然后以800mm/min的速度进行热扩管，其变形量7％。
经热扩管的管段的一端套上感应圈，以2mm/s的速度向另一端移动，淬火加热温度1050℃，感应圈尾部喷水淬火，然后送入550℃的保温炉中保温2h后，再出炉空冷。将冷到室温的管段两端开V型坡口，用平封头顶住两端，在6MPa下进行水压试验，保压20min。最后，截取力学性能试样，进行性能测试，其值分别为：抗拉强度580MPa，屈服强度454MPa，伸长率δ5 24％，低温冲击值(-40℃)51J。
实施例8：
石油天然气输送管的材料组成为(重量％)：C 0.09％，Si 0.40％，Mn1.3％，Nb 0.01％，V 0.03％，Mo 0.40％，S 0.025％，P 0.02％，余量为Fe。在1.5t电弧炉中加入废钢及合金，并用氩气做载体，向炉中喷Si-Ca粉，喷入量为1.7％，钢水出炉温度1590℃，出炉前采用直读光谱仪进行炉前分析，成分合格后，将钢水倒入钢包中。先向钢包中喂Si-Ca线，喂线速度1.7m/s，加入量0.8％。再吹氩气4min(压力0.3Mpa)。然后浇入型筒中，型筒规格为Φ500×4000mm，内喷涂石英涂料。浇铸时的初始线速度为12m/s，加速度为4m/s2，浇铸完毕时，型筒的线速度达到40m/s，铸速为50Kg/s；钢水凝固后，又以-0.10m/s2的加速度降低转速，当内壁温度达到900℃时脱模，脱模后，用钢丝刷快速清除钢管(壁厚13mm)内壁的氧化层，然后以450mm/min的速度进行热扩管，其变形量20％。
经热扩管的管段的一端套上感应圈，以7mm/s的速度向另一端移动，淬火加热温度950℃，感应圈尾部喷水淬火，然后送入450℃的保温炉中保温2h后，再出炉空冷。将冷到室温的管段两端开V型坡口，用平封头顶住两端，在17Mpa下进行水压试验，保压20min。最后，截取力学性能试样，进行性能测试，其值分别为：抗拉强度675MPa，屈服强度532MPa，伸长率δ523％，低温冲击值(-40℃)62J。
实施例9：
石油天然气输送管的材料组成为(重量％)：C 0.10％，Si 0.40％，Mn1.3％，Nb 0.008％，V 0.04％，Mo 0.28％，S 0.025％，P 0.02％，余量为Fe。在1.5t电弧炉中加入废钢及合金，并用氩气做载体，向炉中喷Si-Ca粉，喷入量为1.8％，钢水出炉温度1600℃，出炉前采用直读光谱仪进行炉前分析，成分合格后，将钢水倒入钢包中。先向钢包中喂Si-Ca线，喂线速度1.7m/s，加入量1.0％。再吹氩气2min(压力0.4Mpa)。然后浇入型筒中，型筒规格为Φ500×4000mm，内喷涂石英涂料。浇铸时的初始线速度为12m/s，加速度为3m/s2，浇铸完毕时，型筒的线速度达到35m/s，铸速为85Kg/s；钢水凝固后，又以-0.10m/s2的加速度降低转速，当内壁温度达到950℃时脱模，脱模后，用钢丝刷快速清除钢管(壁厚13mm)内壁的氧化层，然后以520mm/min的速度进行热扩管，其变形量17％。
经热扩管的管段的一端套上感应圈，以5mm/s的速度向另一端移动，淬火加热温度1150℃，感应圈尾部喷水淬火，然后送入450℃的保温炉中保温2h后，再出炉空冷。将冷到室温的管段两端开V型坡口，用平封头顶住两端，在17Mpa下进行水压试验，保压20min。最后，截取力学性能试样，进行性能测试，其值分别为：抗拉强度644MPa，屈服强度503MPa，伸长率δ522％，低温冲击值(-40℃)52J。
本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有良好效果，略。
Claims (2)
1、一种石油天然气输送管，其特征是输送管的材料由：C 0.07-0.12％，Si 0.30-0.40％，Mn1.2-2.0％，Nb≤0.01％，V≤0.04％，Mo≤0.40％，S≤0.03％，P≤0.02％，余量为Fe组成(重量％)。
2、一种生产权利要求1的石油天然气输送管的方法，其特征是包括下列步骤：
a.冶炼：以废钢及合金为主要原料，采用电弧炉熔炼，熔炼中向电弧炉内喷入材料总量的1.0-2.0％的以氩气为载体的Si-Ca粉，熔炼中多次进行炉前分析，根据炉前分析结果调整钢水成分，至钢水成分符合输送管的材料组成后出炉，钢水出炉温度为1550-1650℃；
b.炉外精炼：将钢水倒入钢包中，再向钢包中喂线和吹氩气，对钢水进行精炼；
所述喂线是向钢包内的1550-1650℃的钢水中以0.5-2.0m/s的速度喂入Si-Ca、Si-Ba或Si-Al-Ba线中的一种或多种，喂入总量为钢水重量的0.2-1.0％；
所述吹氩气是将压力为0.2-0.4MPa的氩气吹入钢包内钢水中2-5min；
c.强力变速离心铸造及脱模：将喷涂有石英或锆英涂料的φ500-1300×4000-8000mm型筒，置于离心机上，浇注前，型筒的线速度调到12m/s，然后，将钢水以40-150Kg/s的铸速浇入型筒中，浇铸过程中型筒以2-4m/s2的加速度提升转速，浇铸完毕时，型筒的线速度达到20-60m/s，钢水凝固后，型筒又以-0.05--0.10m/s2的加速度降低转速，当型筒内壁温度达到850-1100℃时停车、将管段脱模，脱模后，管段的壁厚为13-35mm；
d.热扩管：先将管段内壁的氧化层用钢丝刷快速清除掉，然后将管段置于扩管机上进行热扩，热扩的工艺的参数为：温度850-1100℃，变形量5-30％，热扩速度300-1000mm/min；
e.在线调质热处理：在连续热处理炉中对管段进行调质热处理，先用感应圈从管段的一端连续加热到另一端，同时在感应圈尾部喷水淬火，淬火温度为900-1200℃，感应圈的移动速度为2-8mm/s，然后，再送入保温炉中，在400-550℃保温1-2h，再出炉空冷后，即制得产品。
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