CN115478213A - 一种海底管线用高频电阻焊管及其制造方法 - Google Patents
一种海底管线用高频电阻焊管及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115478213A CN115478213A CN202110660253.1A CN202110660253A CN115478213A CN 115478213 A CN115478213 A CN 115478213A CN 202110660253 A CN202110660253 A CN 202110660253A CN 115478213 A CN115478213 A CN 115478213A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- welded pipe
- controlled
- frequency resistance
- frequency
- resistance welded
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
- B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/34—Methods of heating
- C21D1/42—Induction heating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0205—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips of ferrous alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
- C21D8/0226—Hot rolling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/005—Ferrite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/009—Pearlite
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明公开了一种海底管线用高频电阻焊管,其含有Fe和不可避免的杂质,还含有质量百分含量如下的下述各化学元素:C:0.055~0.085%、Si:0.10~0.30%、Mn:1.25~1.55%、Cr:0.01~0.20%、Nb:0.025~0.050%、V:0.001~0.035%、Ti:0.005~0.020%、Al:0.020~0.050%、Ca:0.001~0.004%。相应地,本发明还公开了上述海底管线用高频电阻焊管的制造方法,其包括步骤:(1)冶炼和铸造;(2)板卷轧制;(3)高频焊管制造,其包括:(3a)板卷对焊;(3b)铣边;(3c)成型;(3d)高频焊接:其中控制高频焊接功率≥600KW,控制挤压量为0.6~1.5T,其中T表示管体的壁厚;(3e)采用中频感应加热的方法进行焊缝热处理;(3f)定径。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢材及其制造方法,尤其涉及一种焊管及其制造方法。
背景技术
众所周知,海底管线是海洋油气资源开采和输送系统的关键组成部分,其对于能源战略发展具有重要意义。
海底管线主要包括有直缝埋弧焊管、高频电阻焊管(HFW焊管)、无缝钢管等,其中,因HFW焊管具有较优的经济性和高尺寸精度,其在浅海区域海管工程中得到了十分广泛的应用。
在实际应用中,海底管线的服役状态比陆地管线更加复杂,考虑到轴向承载和抗压溃,通常需要采用小口径厚壁钢管,并对钢管的纵向性能和韧性提出更高的要求。
对于厚壁HFW焊管而言,材料在制管冷成型中会发生较大的塑性变形,导致加工硬化,使其屈服强度和屈强比显著上升。在定径工序中,钢管在径向方向上受压,在纵向方向上受拉,其纵向屈强比会进一步上升,进而难以满足DNVGL-ST-F101规定的纵向屈强比≤0.93的要求。因此,在现有技术中,通常需要从制管原材料和制管工艺等角度进行优化设计,以确保焊管获得良好的力学性能。
此外,因海管工程立管段的服役环境比较复杂,其需要具有更加严格的低温韧性,所以,提高HFW焊缝低温冲击韧性也是海底管线用HFW焊管开发的一项技术难点。
基于此,为了解决海底管线用厚壁HFW焊管纵向屈强比和焊缝低温韧性问题,本发明期望获得一种海底管线用高频电阻焊管,该高频电阻焊管的综合性能优异,其管体和焊缝均具有较高的强度和优良的韧性,可有效减轻厚规格高频电阻焊管制管变形所导致的屈服强度和屈强比上升,其可以有效应用于海洋油气资源开采和输送管线领域,具有十分广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种海底管线用高频电阻焊管,本发明通过合理的化学成分设计并配合优化制造工艺可以获得性能优异的高频电阻焊管,该高频电阻焊管的管体和焊缝均具有较高的强度和优良的韧性,可有效减轻厚规格高频电阻焊管制管变形时所导致的屈服强度和屈强比上升,其可以有效应用于海洋油气资源开采和输送管线领域,具有十分广阔的应用前景。
为了实现上述目的,本发明提出了一种海底管线用高频电阻焊管,其含有Fe和不可避免的杂质,还含有质量百分含量如下的下述各化学元素:
C:0.055~0.085%、Si:0.10~0.30%、Mn:1.25~1.55%、Cr:0.01~0.20%、Nb:0.025~0.050%、V:0.001~0.035%、Ti:0.005~0.020%、Al:0.020~0.050%、Ca:0.001~0.004%。
进一步地,在本发明所述的海底管线用高频电阻焊管中,其各化学元素质量百分含量为:
C:0.055~0.085%、Si:0.10~0.30%、Mn:1.25~1.55%、Cr:0.01~0.20%、Nb:0.025~0.050%、V:0.001~0.035%、Ti:0.005~0.020%、Al:0.020~0.050%、Ca:0.001~0.004%;余量为Fe和不可避免的杂质。
在本发明所述的海底管线用高频电阻焊管中,通过合理的化学成分设计并配合优化工艺,可以获得微观组织为多边形铁素体+针状铁素体+少量珠光体的高频电阻焊管,该高频电阻焊管的管体和焊缝不仅具有较高的强度,还具有优良的韧性。
在本发明所述的海底管线用高频电阻焊管中,各化学元素的设计原理具体如下所述:
C、Mn:在本发明所述的高频电阻焊管中,C和Mn均是最有效、最经济的固溶强化元素,焊管中添加适量的C元素和Mn元素,有助于提高焊管的抗拉强度,降低屈强比。但需要注意的是,焊管中C、Mn元素的含量不宜过高,当焊管中C、Mn元素含量过高时,容易因偏析形成带状组织,对材料韧性和焊接性有不利影响。基于此,在本发明所述的高频电阻焊管中,将C元素的质量百分含量控制在0.055~0.085%之间,将Mn元素的质量百分含量控制在1.25~1.55%之间。
Si:在本发明所述的高频电阻焊管中,Si是固溶强化元素,同时也是钢中的脱氧元素,但需要注意的是,焊管中的Si元素含量不宜过高,当焊管中Si元素的质量百分含量过高时,容易在高频焊接中形成氧化物夹杂,不利于焊缝冲击韧性。基于此,在本发明所述的高频电阻焊管中,将Si元素的质量百分含量控制在0.10~0.30%之间。
Cr:在本发明所述的高频电阻焊管中,Cr不仅可以提高材料的淬透性,还可以有效提高材料的抗拉强度,且特别有助于提高HFW焊缝的强度。但需要注意的是,焊管中的Cr元素含量不宜过高,当焊管中Cr元素含量过高时,不仅容易形成贝氏体,而且还不利于铁素体析出,会导致屈服强度和屈强比上升。因此,为了确保高频电阻焊管的性能,在本发明所述的高频电阻焊管中,将Cr元素的质量百分含量控制在0.01~0.20%之间。
Nb:在本发明所述的高频电阻焊管中,Nb是细化晶粒的重要元素,焊管中添加适量的Nb,可以有效提高焊管的强韧性。此外,Nb可以形成析出相,Nb的析出相还可促进多边形铁素体形核,有利于获得期望的显微组织。但需要注意的是,Nb元素含量不宜过高,当焊管中的Nb元素含量过高时,会导致焊管的屈服强度和屈强比上升。因此,在本发明所述的高频电阻焊管中,将Nb元素的质量百分含量控制在0.025~0.050%之间。
V:在本发明所述的高频电阻焊管中,V主要是发挥析出强化作用,钢中添加适量的V元素可以提高钢材的强度,但钢中V元素含量过高时会导致高频电阻焊管的屈服强度和屈强比上升。因此,在本发明所述的高频电阻焊管中,将V元素的质量百分含量控制在0.001~0.035%之间。
Ti:在本发明所述的高频电阻焊管中,添加微量的Ti元素可以形成TiN,其可以在板坯加热和粗轧再结晶过程中,阻止奥氏体晶粒的长大,进而起到细化晶粒的作用。因此,在本发明所述的高频电阻焊管中,将Ti元素的质量百分含量控制在0.005~0.020%之间。
Al:在本发明所述的高频电阻焊管中,Al是脱氧元素,钢中添加适量的Al元素有利于提高钢质纯净度,但钢中Al元素添加量过多时容易形成夹杂物,对高频电阻焊管的性能产生影响。因此,在本发明所述的高频电阻焊管中,将Al元素的质量百分含量控制在0.020~0.050%之间。
Ca:在本发明所述的高频电阻焊管中,添加微量的Ca可以控制硫化物的形态,进而避免长条状MnS的形成,以确保高频电阻焊管的质量。因此,在本发明所述的高频电阻焊管中,将Ca元素的质量百分含量控制在0.001~0.004%之间。
进一步地,在本发明所述的海底管线用高频电阻焊管中,在不可避免的杂质中,B≤0.0005%、S≤0.005%、P≤0.018%。
在上述技术方案中,P元素、S元素和B元素均为焊管中的杂质元素,在技术条件允许情况下,为了获得性能更好且质量更优的焊管,应尽可能降低材料中杂质元素的含量。
需要说明的是,P元素和S元素是焊管中不可避免的有害杂质元素,S易形成MnS夹杂物,经轧制后呈长条形,P是易于偏析的元素,两种元素均会降低焊管的韧性。为此,需要控制本发明所述的高频电阻焊管中的P≤0.018%,且将S控制为S≤0.005%。
相应地,在本发明中,杂质元素B是强淬透性元素,其易在晶界析出导致材料的塑性、韧性下降。因此,在本发明所述的高频电阻焊管中,将B元素含量限制为B≤0.0005%。
进一步地,在本发明所述的海底管线用高频电阻焊管中,其微观组织为多边形铁素体+针状铁素体+少量珠光体。
在本发明的上述技术方案中,本发明所述的高频电阻焊管的微观组织为多边形铁素体+针状铁素体+少量珠光体。其中,多边形铁素体可以减小制管冷变形导致的屈服强度上升幅度,因此,在一些优选的实施方式中,可以控制多边形铁素体的体积含量≥50%。
相应地,珠光体可以提高抗拉强度,但不利于低温韧性,在一些优选的实施方式中,可以控制珠光体体积含量在3~10%之间。
进一步地,在本发明所述的海底管线用高频电阻焊管中,其中多边形铁素体的体积比例≥50%。
进一步地,在本发明所述的海底管线用高频电阻焊管中,其中珠光体的体积比例为3-10%。
进一步地,在本发明所述的海底管线用高频电阻焊管中,其壁厚为12.7~19.2mm。
进一步地,在本发明所述的海底管线用高频电阻焊管中,其性能满足下述各项的至少其中之一:
管体横向和纵向屈服强度为450~570MPa,管体横向和纵向抗拉强度为535~660MPa,管体横向和纵向屈强比≤0.93,管体横向-20℃夏比冲击功≥150J;
焊缝横向-20℃夏比冲击功≥100J,焊缝横向抗拉强度为535~660MPa。
相应地,本发明的另一目的在于提供一种海底管线用高频电阻焊管的制造方法,该制造方法生产简单,所获得的高频电阻焊管具有较高的强度和韧性,其管体横向和纵向屈服强度为450~570MPa,管体横向和纵向抗拉强度为535~660MPa,管体横向和纵向屈强比≤0.93,管体横向-20℃夏比冲击功≥150J;焊缝横向-20℃夏比冲击功≥100J,焊缝横向抗拉强度为535~660MPa,该高频电阻焊管可以有效应用于海洋油气资源开采和输送管线领域,具有十分广阔的应用前景。
为了实现上述目的,本发明提出了上述的海底管线用高频电阻焊管的制造方法,其包括步骤:
(1)冶炼和铸造;
(2)板卷轧制;
(3)高频焊管制造,其包括:
(3a)板卷对焊;
(3b)铣边;
(3c)成型;
(3d)高频焊接:其中控制高频焊接功率≥600KW,控制挤压量为0.6~1.5T,其中T表示管体的壁厚;
(3e)采用中频感应加热的方法进行焊缝热处理;
(3f)定径。
在本发明所述的高频电阻焊管的制造方法中,在本发明步骤(3)的高频焊管制造过程中,可以包括步骤(3a)-步骤(3e):板卷对焊、铣边、成型、高频焊接和焊接热处理。
在步骤(3a)的板卷对焊步骤中,在板卷开卷后,可以将每卷的卷头和卷尾切除,切口与板卷横向呈2~5°,然后采用熔化极二氧化碳气体保护焊将卷头和卷尾焊接在一起,形成钢带,进入活套。
在步骤(3b)的铣边步骤中,可以采用I型铣边方法,并根据钢管外径规格,精确控制钢带宽度。
在步骤(3c)的成型步骤中,可以采用排辊成型方法,并经线成型和精成型将钢带制成荒管。
在步骤(3d)的高频焊接步骤中,可以采用大功率、大挤压、高频率焊接工艺,这种高频焊接工艺可以有效排出夹杂物等缺欠,进而获得良好的焊缝质量。焊接完成后可以再在步骤(3e)的焊缝热处理中通过中频感应加热对焊缝进行热处理;焊缝热处理完成后即可在步骤(3f)中进行定径,以提高高频电阻焊管的尺寸精度。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,步骤(2)包括板坯再加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取,其中控制精轧终轧温度为800~860℃;控制层流冷却的冷速为10~25℃/s,控制卷取温度为500~580℃。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,在步骤(2)中,控制板坯再加热的温度为1150~1210℃,控制粗轧温度为960~1100℃。
在本发明所述制造方法的步骤(2)中,需要将步骤(1)所制得的板坯轧制成板卷,步骤(2)的板卷轧制可以包括:板坯再加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取。
需要说明的是,在步骤(2)中,板坯加热需达到一定温度才能保证充分固溶,但过高的加热温度会导致原始奥氏体晶粒尺寸过大,不利于组织细化,因此,可以将板坯再加热的温度控制在1150~1210℃之间。相应地,粗轧阶段旨在通过再结晶细化奥氏体晶粒,应在再结晶温度范围内进行,因此可以控制粗轧温度在960~1100℃之间。
相应地,在精轧阶段,奥氏体通过形变能够积累应变储能和变形带,同时伴有回复,当精轧终轧温度过高时,应变储能积累不足,不利于后续多边形铁素体形核;而当精轧终轧温度过低时,则析出的铁素体晶粒过于细小,会导致板材的屈服强度过高,因此在本发明所述制造方法的步骤(2)中,可以控制终轧温度范围为800~860℃。
此外,还需要注意的是,轧后层流冷却和卷取是形变奥氏体的相变过程,适当的提高冷速和降低卷取温度有利于细化晶粒,但过高的冷速和过低的卷取温度容易形成硬相组织,对韧性有不利影响,为了获得多边形铁素体+针状铁素体+少量珠光体的显微组织,在本发明所述制造方法的步骤(2)中,可以控制控制层流冷却的冷速为10~25℃/s,控制卷取温度为500~580℃。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,在步骤(3d)中,控制焊接速度为8~16m/min,控制开口V角在3~6°范围内。
在本发明所述的制造方法中,在步骤(3d)的高频焊接步骤中,需要根据外径和厚度,调整焊接速度和高频感应线圈的输出功率,使荒管边部充分熔化,并在挤压辊的作用下焊接成为钢管。焊接速度可以据壁厚调整,当焊管的壁厚增加时,则可以对应降低焊接速度,其不仅可以保证焊接温度,还能够保证后续焊缝热处理充分。因此,在本发明中,可以控制焊接速度为8~16m/min。
需要说明的是,较高的焊接功率可以确保边部充分熔化,避免冷焊,同时也有利于熔融金属在电磁力的作用下向外流动,排出高温形成的氧化物,再配合大挤压工艺,通过增大挤压量,可以有效挤出熔融状态下形成的氧化物等夹杂物,获得高纯净度、高质量的高频电阻焊缝。因此,在本发明所述的高频焊接步骤中,需要控制高频焊接功率≥600KW,控制挤压量为0.6~1.5T,T表示管体的壁厚。
相应地,在某些优选的实施方式中,还可以进一步地控制高频焊接步骤中的开口V角在3~6°范围内,当开口角过小时,夹杂物不易排出,而当开口角过大时,则又会导致焊接温度降低。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,在步骤(3e)中,控制热处理温度为950~1010℃,并保证焊缝在950℃以上的保温时间≥10s;然后将焊缝空冷至400℃以下,再进行喷水冷却。
在本发明所述的制造方法中,在步骤(3e)的焊缝热处理步骤中,可以利用中频感应加热的方法进行焊缝热处理,热处理温度不宜过低,否则无法保证焊缝内壁完全奥氏体化,消除焊缝中心的长条形硬相组织。而过高的热处理温度亦会导致焊缝晶粒长大,因此,可以将热处理温度控制在950~1010℃范围。进一步地,在在本发明所述的制造方法中,通过控制焊接速度,并确保焊缝在950℃以上的保温时间≥10s,然后将中频热处理后的HFW焊缝需空冷至400℃以下,再喷水冷却,可以最终获得铁素体+珠光体的焊缝组织。
进一步地,在本发明所述的制造方法中,在步骤(3f)中,控制定径率为0.5~1.5%。
在本发明所述的制造方法中,在步骤(3f)的定径步骤中,定径可有效提高高频电阻焊管的尺寸精度,以满足海底管线用高频电阻对直度和椭圆度的高要求。但需要注意的是,定径率不宜过大,当定径率过大时,钢管纵向延伸会导致纵向屈强比进一步上升。因此,可以优选地控制定径率为0.5~1.5%。
本发明所述的海底管线用高频电阻焊管及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果:
在本发明采用了合理的化学成分设计并配合优化制造工艺,利用低碳含铌钢的TMCP(控制轧制和控制冷却)工艺及相变控制技术,可以获得微观组织为多边形铁素体+针状铁素体+少量珠光体的高频电阻焊管,所制得的高频电阻焊管具有较高的强度和优良的韧性,其管体横向和纵向屈服强度为450~570MPa,管体横向和纵向抗拉强度为535~660MPa,管体横向和纵向屈强比≤0.93,管体横向-20℃夏比冲击功≥150J。
相应地,在制造过程中,本发明所述的高频电阻焊管,采用了大功率、大挤压、高频率焊接工艺,进而可以有效排出焊接氧化物等缺欠,获得良好的焊缝质量。高频焊接完成后可以再通过中频感应加热对焊缝进行热处理,并辅以喷水冷却,获得铁素体+珠光体的焊缝组织,具有较好的强韧性,其焊缝横向-20℃夏比冲击功≥100J,焊缝横向抗拉强度为535~660MPa。
综上所述可以看出,本发明所述的高频电阻焊管综合性能优异,其可以有效应用于海洋油气资源开采和输送管线领域,具有十分广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例3的海底管线用高频电阻焊管的管体金相组织。
图2为实施例3的海底管线用高频电阻焊管的焊缝金相组织。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的海底管线用高频电阻焊管及其制造方法做进一步的解释和说明,然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-6
实施例1-6的高频电阻焊管均采用以下步骤制得:
(1)按照下述表1所示的化学成分进行冶炼和连铸获得板坯。
(2)板卷轧制:板卷轧制包括板坯再加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取,最终得到热轧板卷。其中,控制板坯再加热的温度为1150~1210℃,控制粗轧温度范围为960~1100℃,控制精轧终轧温度为800~860℃;控制层流冷却的冷速为10~25℃/s,控制卷取温度为500~580℃。
(3)高频焊管制造,将热轧板卷制成高频焊管,其包括下述步骤(3a)-步骤(3f):
(3a)板卷对焊:板卷开卷后,将每卷的卷头和卷尾切除,切口与板卷横向呈2~5°,然后采用熔化极二氧化碳气体保护焊将卷头和卷尾焊接在一起,形成钢带,进入活套。
(3b)铣边:采用I型铣边方法,根据钢管外径规格,精确控制钢带的宽度。
(3c)成型:采用排辊成型方法,经线成型和精成型将钢带制成荒管,将钢带制成荒管。
(3d)高频焊接:根据外径和厚度,调整焊接速度和高频感应线圈的输出功率,达到钢带边部充分熔化,并在挤压辊的作用下焊接成为钢管;其中控制高频焊接功率≥600KW,控制挤压量为0.6~1.5T,其中T表示管体的壁厚;控制焊接速度为8~16m/min;控制开口V角在3~6°范围内。
(3e)焊缝热处理:采用中频感应加热的方法进行焊缝热处理,控制热处理温度为950~1010℃,并保证焊缝在950℃以上的保温时间≥10s;然后将焊缝空冷至400℃以下,再进行喷水冷却。
(3f)定径:控制定径率为0.5~1.5%。
需要说明的是,在本发明中,实施例1-6的高频电阻焊管的化学成分设计以及相关工艺均满足本发明设计规范要求。各实施例高频电阻焊管的化学元素质量百分配比可以如下述表1所示。
表1列出了实施例1-6的高频电阻焊管的各化学元素的质量百分配比。
表1.(wt.%,余量为Fe和除了P、S和B以外的其他不可避免的杂质)
表2-1和表2-2列出了实施例1-6的高频电阻焊管在上述工艺步骤中的具体工艺参数。
表2-1.
表2-2.
需要说明的是,在表2-1中,在实施例1-6的高频电阻焊管中,由于粗轧过程中包括有多各轧制道次,每个轧制道次的温度可能存在着一定差异,因此表2-1中各实施例的粗轧温度均为一段范围值,而并未单一的点值。
相应地,将得到的实施例1-6的高频电阻焊管分别取样,获得对应样本,并对实施例1-6的高频电阻焊管的性能进行进一步地检测。在本发明中,可以对实施例1-6的高频电阻焊管分别进行拉伸试验和冲击性能测试,并将各实施例的拉伸性能测试结果和冲击韧性测试结果分别列于下述表3和表4中。
需要说明的是,在对实施例1-6的高频电阻焊管样品进行试验测试时,试验按照ASTM A370标准进行,其中,管体和焊缝横向拉伸试验采用压平的板状拉伸试样;冲击试验温度为-20℃。
表3列出了实施例1-6的高频电阻焊管的拉伸性能测试结果。
表3.
表4列出了实施例1-6的高频电阻焊管的冲击韧性测试结果。
表4.
由表3和表4可以看出,本发明所述实施例1-6的高频电阻焊管具有综合性能优异,其不仅具有较高的强度,还具有优良的韧性。
结合参阅表3可以看出,在本发明中,实施例1-6的高频电阻焊管的管体横向屈服强度均在463-550MPa之间,管体横向抗拉强度均在561-641MPa之间,管体横向屈强比均在0.83-0.89之间,管体横向延伸率在29%-36%之间。
相应地,实施例1-6的高频电阻焊管的管体纵向屈服强度均在514-561MPa之间,管体纵向抗拉强度均在568-645MPa之间,管体纵向屈强比均在0.84-0.91之间,管体纵向延伸率在28%-37%之间。
此外,进一步参阅表4可以看出,在本发明中,实施例1-6的高频电阻焊管还满足:管体横向-20℃夏比冲击功≥150J;焊缝横向-20℃夏比冲击功≥100J。
综上所述可以看出,本发明所述的高频电阻焊管,通过合理的化学成分设计并结合优化工艺,可以同时具有较高的强度性能和良好的冲击韧性。该高频电阻焊管管体和焊缝均具有较高的强度和优良的韧性,可有效减轻厚规格高频电阻焊管制管变形导致的屈服强度和屈强比上升,其可以有效应用于海洋油气资源开采和输送管线领域,具有十分广阔的应用前景。
图1为实施例3的海底管线用高频电阻焊管的管体金相组织。
图2为实施例3的海底管线用高频电阻焊管的焊缝金相组织。
如图1和图2所示,在本发明中,实施例3的海底管线用高频电阻焊管的微观组织为为多边形铁素体+针状铁素体+少量珠光体,且经过分析发现其多边形铁素体的体积比例≥50%,珠光体的体积比例为3-10%。
需要说明的是,本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式,本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合,除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是,以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例,随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的,均应属于本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种海底管线用高频电阻焊管,其含有Fe和不可避免的杂质,其特征在于,还含有质量百分含量如下的下述各化学元素:
C:0.055~0.085%、Si:0.10~0.30%、Mn:1.25~1.55%、Cr:0.01~0.20%、Nb:0.025~0.050%、V:0.001~0.035%、Ti:0.005~0.020%、Al:0.020~0.050%、Ca:0.001~0.004%。
2.如权利要求1所述的海底管线用高频电阻焊管,其特征在于,其各化学元素质量百分含量为:
C:0.055~0.085%、Si:0.10~0.30%、Mn:1.25~1.55%、Cr:0.01~0.20%、Nb:0.025~0.050%、V:0.001~0.035%、Ti:0.005~0.020%、Al:0.020~0.050%、Ca:0.001~0.004%;余量为Fe和不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的海底管线用高频电阻焊管,其特征在于,在不可避免的杂质中,B≤0.0005%、S≤0.005%、P≤0.018%。
4.如权利要求1或2所述的海底管线用高频电阻焊管,其特征在于,其微观组织为多边形铁素体+针状铁素体+少量珠光体。
5.如权利要求4所述的海底管线用高频电阻焊管,其特征在于,其中多边形铁素体的体积比例≥50%。
6.如权利要求4所述的海底管线用高频电阻焊管,其特征在于,其中珠光体的体积比例为3-10%。
7.如权利要求1或2所述的海底管线用高频电阻焊管,其特征在于,其壁厚为12.7~19.2mm。
8.如权利要求1或2所述的海底管线用高频电阻焊管,其特征在于,其性能满足下述各项的至少其中之一:
管体横向和纵向屈服强度为450~570MPa,管体横向和纵向抗拉强度为535~660MPa,管体横向和纵向屈强比≤0.93,管体横向-20℃夏比冲击功≥150J;
焊缝横向-20℃夏比冲击功≥100J,焊缝横向抗拉强度为535~660MPa。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的海底管线用高频电阻焊管的制造方法,其特征在于,其包括步骤:
(1)冶炼和铸造;
(2)板卷轧制;
(3)高频焊管制造,其包括:
(3a)板卷对焊;
(3b)铣边;
(3c)成型;
(3d)高频焊接:其中控制高频焊接功率≥600KW,控制挤压量为0.6~1.5T,其中T表示管体的壁厚;
(3e)采用中频感应加热的方法进行焊缝热处理;
(3f)定径。
10.如权利要求9所述的制造方法,其特征在于,步骤(2)包括板坯再加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取,其中控制精轧终轧温度为800~860℃;控制层流冷却的冷速为10~25℃/s,控制卷取温度为500~580℃。
11.如权利要求10所述的制造方法,其特征在于,在步骤(2)中,控制板坯再加热的温度为1150~1210℃,控制粗轧温度为960~1100℃。
12.如权利要求9所述的制造方法,其特征在于,在步骤(3d)中,控制焊接速度为8~16m/min,控制开口V角在3~6°范围内。
13.如权利要求9所述的制造方法,其特征在于,在步骤(3e)中,控制热处理温度为950~1010℃,并保证焊缝在950℃以上的保温时间≥10s;然后将焊缝空冷至400℃以下,再进行喷水冷却。
14.如权利要求9所述的制造方法,其特征在于,在步骤(3f)中,控制定径率为0.5~1.5%。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110660253.1A CN115478213A (zh) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | 一种海底管线用高频电阻焊管及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110660253.1A CN115478213A (zh) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | 一种海底管线用高频电阻焊管及其制造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115478213A true CN115478213A (zh) | 2022-12-16 |
Family
ID=84419904
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110660253.1A Pending CN115478213A (zh) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | 一种海底管线用高频电阻焊管及其制造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115478213A (zh) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103966505A (zh) * | 2013-01-24 | 2014-08-06 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种大壁厚x70m钢级hfw管线管的制造工艺 |
CN107988547A (zh) * | 2016-10-27 | 2018-05-04 | 鞍钢股份有限公司 | 一种高频电阻焊管用x52ms热轧卷板及其制造方法 |
CN107988562A (zh) * | 2016-10-27 | 2018-05-04 | 鞍钢股份有限公司 | 一种x65级低成本海底管线钢及其制造方法 |
JP2019116659A (ja) * | 2017-12-27 | 2019-07-18 | Jfeスチール株式会社 | 疲労強度に優れた厚肉大径電縫鋼管およびその製造方法 |
CN110273109A (zh) * | 2019-07-30 | 2019-09-24 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种450MPa级海底管线钢板卷及其制备方法 |
CN111996461A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-27 | 鞍钢股份有限公司 | 一种微合金化电阻焊管用x70管线卷板及其生产方法 |
-
2021
- 2021-06-15 CN CN202110660253.1A patent/CN115478213A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103966505A (zh) * | 2013-01-24 | 2014-08-06 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种大壁厚x70m钢级hfw管线管的制造工艺 |
CN107988547A (zh) * | 2016-10-27 | 2018-05-04 | 鞍钢股份有限公司 | 一种高频电阻焊管用x52ms热轧卷板及其制造方法 |
CN107988562A (zh) * | 2016-10-27 | 2018-05-04 | 鞍钢股份有限公司 | 一种x65级低成本海底管线钢及其制造方法 |
JP2019116659A (ja) * | 2017-12-27 | 2019-07-18 | Jfeスチール株式会社 | 疲労強度に優れた厚肉大径電縫鋼管およびその製造方法 |
CN110273109A (zh) * | 2019-07-30 | 2019-09-24 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种450MPa级海底管线钢板卷及其制备方法 |
CN111996461A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-27 | 鞍钢股份有限公司 | 一种微合金化电阻焊管用x70管线卷板及其生产方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102953018B (zh) | 高强度管线用钢、钢管及其制造方法 | |
CN109536846B (zh) | 屈服强度700MPa级高韧性热轧钢板及其制造方法 | |
CN104089109B (zh) | 一种625MPa级UOE焊管及其制造方法 | |
CN107984112B (zh) | 一种具有良好低温韧性的高强度埋弧焊丝 | |
JP4837789B2 (ja) | 超高強度ラインパイプ用鋼板および鋼管の製造方法 | |
JP2000199036A (ja) | 低温靱性に優れた超高強度ラインパイプおよびその製造法 | |
CN102560284B (zh) | 高强度高韧性x100管线钢热轧钢带及其制造方法 | |
CN101864542A (zh) | 高频电阻直缝焊油井管用钢及其制造方法 | |
CN108193141B (zh) | 一种V-N-Cr微合金化的Q550级别热轧带钢及其制备方法 | |
CN109536847B (zh) | 屈服强度390MPa级焊管用热轧钢板及其制造方法 | |
CN107937807B (zh) | 770MPa级低焊接裂纹敏感性压力容器钢及其制造方法 | |
WO2021115263A1 (zh) | 一种基于异型坯轧制成型的热轧h型钢及其制备方法 | |
CN104357756A (zh) | 一种抗硫化氢应力腐蚀直缝焊接石油套管及其制造方法 | |
CN104894492A (zh) | 一种超低温大口径wphy80级三通管件专用钢板及其制备方法 | |
CN111378893A (zh) | 一种屈服强度290MPa级纵剖焊管用热轧钢板 | |
CN106567001A (zh) | 一种再冷拔erw焊管用钢及其热轧板卷和制备方法 | |
CN111455267A (zh) | 一种高强韧性j55热轧钢带及其生产方法 | |
CN111318833A (zh) | 一种抗拉强度≥590MPa的高韧性气保焊丝盘条及制备方法 | |
CN110614458A (zh) | 一种高强度钢埋弧绞股焊丝及其焊接方法 | |
CN115478213A (zh) | 一种海底管线用高频电阻焊管及其制造方法 | |
CN113172116B (zh) | 无缝钢管的制备方法、无缝钢管及钻杆结构 | |
CA3157822C (en) | Normalized uoe welded pipe and manufacturing method thereof | |
CN110629109B (zh) | 一种特大口径厚壁uoe直缝埋弧焊管及其制造方法 | |
CN116254475A (zh) | 一种深海管道用厚壁直缝钢管及其加工方法 | |
CN111809117B (zh) | 一种高断裂韧性低时效敏感性海上风电用钢及其生产方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |