一種低成本高韌性x70鋼螺旋埋弧焊管制造方法
2023-10-08 21:24:14 1
專利名稱：一種低成本高韌性x70鋼螺旋埋弧焊管制造方法
技術領域：
本發明涉及一種螺旋埋弧焊管制造技術，尤其是一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法。
背景技術：
X70管線鋼在我國的大規模應用是始於2001年的西氣東輸管道工程，X70級管線鋼及鋼管的生產技術也已基本成熟。我國在西氣東輸一線管道建設中，成功開發應用了大壁厚X70螺旋埋弧焊管，並在隨後的陝京二線、川氣東送、陝京三線、西氣東輸二線支線等眾多管線建設中得到了廣泛應用；同時，形成了以《西氣東輸管道工程用螺旋縫埋弧焊管技術條件》和《西氣東輸二線管道工程用X70螺旋縫埋弧焊管技術條件》為典型代表的X70螺旋埋弧焊管標準，並被國內眾多管線標準廣泛引用。由於特定管線《印度大博-班加羅爾輸氣管道工程用X70螺旋縫埋弧焊管技術條件》對於合金成分與低溫韌性以及硬度等性能要求苛刻，其主要合金成分的上限均低於常用X70鋼的規定。要符合其管線技術規範的要求，勢必要調整板卷的成分、工藝以及鋼管的生產工藝。另一方面，目前鋼管市場競爭激烈，管線鋼常用合金含量較高，造成成本較高。因此迫切需要研製出能夠應用於該特定管線的X70鋼級Φ914πιπιΧ14. 3mm板卷及螺旋埋弧焊管。其化學成分、顯微組織、拉伸性能、衝擊性能等要性能達到通常的X70鋼管技術水平，而其低合金含量與較好的低溫韌性還要達到該特定管線的要求。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，該方法尤其適用於Φ914πιπιΧ 14. 3mm低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管的製造。為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其加工工序包括開卷、矯平、銑邊、預彎、成型、內焊、外焊、管端擴徑、母材分層超聲波檢查、焊縫X射線檢查、水壓試驗、焊縫超聲波檢查、管端倒稜和成品檢查，所述銑邊工序中坡口角度為65° 75°，坡口深度3 4mm，該螺旋縫埋弧焊管主要化學成分的重量含量為C 0. 05 0. 07%、Si 0. 16 0. 21%、Mn 1. 49 1. 59%、Cr 0. 20 0. 23%,Ni 0. 014 0. 019%,Al 0. 029 0. 054%, Cu 0. 007 0. 024%,Nb 0. 030 0. 046%, V 0. 015 0. 049%,Ti 0. 012 0. 021%,P 0. 005 0. 012%、S 0. 001 0. 001%,B 0. 0001 0. 0003%、N 0. 0024 0. 0085%,餘量為鐵。上述成型工序的工藝為採用三輥變形、外控式成型方式，按照56° 59』的成型角在成型器內將帶鋼卷製成直徑為Φ914πιπι的螺旋狀圓筒；成型過程中精密測量控制各成型輥的位置與角度，內成型輥角度為56° 34』，外成型輥角度為57°對』，1#輥包角為 18° 10，、開襠為43.9讓，3#輥包角為對° 51，、開襠120. 0mm，根據卷板實物屈服強度水平來調整2#輥壓下量，並通過環切法現場測量鋼管成型殘餘應力，保證鋼管周向開口尺寸小於 30mmo
上述焊接工藝中焊縫化學成分的重量含量為C 0. 05 0. 08%,Si 0. 15 0. 25%、 Mn 1. 50 1. 65%,P 彡 0. 013%、S 彡 0. 007%, Cr 彡 0. 23%、Mo 0. 08 0. 13%,Ni 彡 0. 08%、 Cu 彡 0. 08%、Al 彡 0. 060%、Ti 0. 015 0. 040%、Nb 彡 0. 05%、V 彡 0. 05%、B 0. 0008 0. 0018%、N ( 0. 010%，餘量為鐵。上述焊接工藝中焊劑化學成分的重量含量為SiA+TiA 15 20%、Ca0+Mg0沈 31%、AL203+Mn0 25 32%、CaF2 14 19%、S^O. 015%、P ^ 0. 015%。上述焊接工藝中焊絲化學成分的重量含量為C 0. 06 0. 09%,Si 0. 15 0. 25%、 Mn 1. 45 1. 65%、Mo 0. 30 0. 40%、Ti 0. 030 0. 070%、B 0. 003 0. 006%、P <0.015%、 S 彡 0. 005%、Cu 彡 0. 10%、N 彡 0. 015%，餘量為鐵。所述內焊工序為採用雙絲埋弧自動焊在鋼管內側焊接坡口進行焊接，前絲為直流，電流1050 1200A，電壓30 34V ；後絲為交流，電流400 450A，電壓；34 38V ；焊接速度 1. 60 1. 70m/min。所述外焊工序為採用雙絲埋弧自動焊在鋼管外側焊接坡口進行焊接，前絲為直流，電流1150 1300A，電壓31 :35V ；後絲為交流，電流400 450A，電壓；34 38V ；焊接速度 1. 60 1. 70m/min。本發明的有益效果如下本發明製造低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管採用的母材中沒有添加Mo、Ni、Cu，並降低了 Nb等合金元素的含量，從而降低了生產成本；另外，經過對成型工藝和焊接工藝的優化，使得製成的螺旋埋弧焊管具有耐低溫衝擊韌性的優異性能。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明螺旋埋弧焊管管體的橫向夏比特衝擊吸收功分布圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。實施例
採用管徑為Φ914ι πι、壁厚為14. 3mm、化學成分為C 0. 05 0. 07%,Si 0. 16 0. 21%、 Mn 1. 49 1. 59%、Cr 0. 20 0. 23%、Ni 0. 014 0. 019%、A1 0. 029 0. 054%、Cu 0. 007 0. 024%、Nb 0. 030 0. 046%、V 0. 015 0. 049%、Ti 0. 012 0. 021%、P 0. 005 0. 012%、 S 0. 001 0. 001%、B 0. 0001 0. 0003%、N 0. 0024 0. 0085%,餘量為鐵的 X70 控軋鋼板
進行螺旋埋弧焊管的製造，製造工藝過程如下 板卷經開卷、矯平。銑邊先粗銑，將板邊寬度銑削掉0 IOmm;然後精銑X型坡口，即將鋼板卷兩個對接的板邊分別開出鈍邊尺寸為8士 1mm、坡口角度為35° 40°的坡口，鋼板的兩個邊對接後形成70° 80°的X形坡口。預彎在二輥彎邊機上對卷板的遞送邊和自由邊進行預彎邊，使半徑尺寸為 1470mm ；長度 100 130mm。成型將經過上述預彎邊的帶鋼在三輥成型器卷製成直徑為Φ914πιπι的螺旋狀圓筒。內焊採用雙絲埋弧自動焊在鋼管內側焊接坡口進行焊接，前絲為直流，電流 1050 1200A，電壓30 34V ；後絲為交流，電流400 450A，電壓34 38V ；焊接速度 1. 60 1. 70m/mino外焊採用四絲埋弧自動焊在鋼管外側焊接坡口進行焊接，第一絲採用直流反接， 第二至四絲為交流。焊接工藝參數為第一絲電流1200A、電壓34V，第二絲電流950A、電壓 38V,第三絲電流800A、電壓40V，第四絲電流700A、電壓42V，焊絲間距為33mm，焊接速度為 145mm/min0管端擴徑在鋼管管端300mm範圍內進行冷擴徑，最大擴徑量為直徑的1. 5 % ；管端周長偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差土 2mm ；擴徑段與未擴徑段應平滑過渡。母材分層超聲波檢驗對焊接後的鋼管母材部分進行檢查。X射線檢查對焊接後的鋼管內外焊縫進行100%的工業電視檢查。水壓試驗。焊縫超聲波檢驗對焊接後的鋼管內外焊縫及焊縫兩側熱影響區部分進行100% 的檢查。管端倒稜對鋼管的端部稜邊進行倒鈍。成品檢查。熱影響區指的是焊接過程中熔池附近的母材因受到熱的影響(但未熔化)而發生金相組織和力學性能變化的區域，是焊接接頭的重要組成部分，其質量的優劣直接關係到焊接接頭的整體質量。熱影響區的質量主要取決於母材原始組織、化學成分及焊接工藝參數，而焊接工藝參數的影響又主要體現在焊接線能量的大小。相同母材條件下，焊接線能量越大，則熱影響區範圍越寬、晶粒越粗大、塑韌性越差。當熱影響區性能惡化到一定程度時， 不僅會造成低溫衝擊韌性的不合格，還會在導向彎曲試驗時出現熱影響區開裂現象，造成不合格品數量增力卩。焊接線能量的大小則取決於電流、電壓和焊接速度；其中，電流、電壓與其成正比，焊接速度與其成反比。焊接速度的大小直接決定著產量和效益，應在保證質量的前提下儘量提高產能；綜合參考相同、相近規格鋼管生產情況和機組綜合能力等因素後，首先確定焊接速度。電流、電壓的大小決定著熔池的形狀和焊縫的質量，也是決定線能量大小的關鍵，而減小電流則是減小焊接線能量最可行的途徑。由於電流決定著焊道熔深，如直接減小電流則容易造成未焊透缺陷的增多，因此需要減小鈍邊尺寸。雖然減小鈍邊尺寸可以減小焊接電流、降低焊接線能量，對熱影響區性能有利，但鈍邊尺寸過小時又容易產生板邊擠厚、成型不穩定等不良後果，造成焊接缺陷增多。綜合分析相關資料後，確定將鈍邊尺寸由8. 5mm 9. 5mm減小至7. Omm 8. Omm,並通過增大1#輥和3#輥開檔尺寸、精密控制成型參數等工藝措施來減小殘餘應力、消除對成型的不利影響。然後通過焊道形貌質量控制， 適當降低焊接電流、微調電弧電壓和焊點位置，保證良好的焊道幾何形狀。焊絲是焊縫中最主要的填充金屬，直接影響著焊縫金屬的化學成分和組織性能；而適合管線鋼焊接的焊絲不僅要保證焊縫金屬具有足夠的強度，更重要的是要具有較高的低溫衝擊韌性。目前適用於X70鋼管焊接的焊絲主要是上世紀末我國自主開發的 Mn-Mo-Ti-B系低合金鋼埋弧焊焊絲，該焊絲在成分設計上力圖使焊縫金屬中獲得較大比例的針狀鐵素體組織，以保證焊縫金屬同時具有較高的強度和低溫衝擊韌性。研究發現質量相對穩定的焊絲品牌主要有H08C、JW-9和MK680GX-III三個牌號。焊絲中P、S雜質元素對鋼管低溫衝擊韌性具有不利影響，而三種焊絲中以H08C雜質元素含量最少，因此將其作為焊絲的首選，與焊劑進行匹配。因此焊接工藝中採用焊絲化學成分的重量含量為C 0. 06 0. 09%、Si 0. 15 0. 25%、Mn 1. 45 1. 65%、Mo 0. 30 0. 40%、Ti 0. 030 0. 070%、 B 0. 003 0. 006%、P 彡 0. 015%、S 彡 0. 005%、Cu 彡 0. 10%、N 彡 0. 015%,餘量為鐵。焊劑在埋弧焊過程中熔化形成熔渣，對熔池具有機械保護、冶金處理和改善焊接工藝性能的作用。不同種類的焊劑化學組成不同，其工藝性能、焊縫金屬力學性能也各不相同。目前我國管線鋼焊接使用的主要是SJlOlG焊劑。該焊劑在保證良好工藝性能的同時具有較高的焊縫低溫衝擊韌性，自西氣東輸一線開始在我國得到了廣泛應用。但隨著鋼管壁厚的增加和焊接速度的提高，焊接電流大大增加，焊接線能量隨之提高，導致該焊劑工藝性能惡化，焊接缺陷增多，因此在生產大壁厚鋼管使我公司通常會混合使用一定比例的林肯995N焊劑。995N焊劑工藝性能較好，可降有效降低焊接缺陷比例提高合格率，但焊縫低溫衝擊韌性不及SJlOlG焊劑。由於SJlOlG焊劑匹配H08C焊絲得到的焊縫低溫衝擊韌性偏低，因此需要重新選擇高韌性焊劑。另有一種牌號為SJ105B的焊劑，該焊劑工藝性能略低於SJ101G，但低溫衝擊韌性大大提高。SJ105B焊劑熔敷金屬_40°C低溫衝擊韌性明顯優於SJlOlG和995N，雖然其強度略低，但差值較小。分別使用三種焊劑匹配H08C焊絲得到的焊接接頭各項性能指標都能滿足標準要求，但SJlOlG和995N焊劑低溫衝擊功偏低，特別是995N僅剛剛達標，無法應用於大批量生產；而SJ105B焊劑低溫衝擊功較高，安全餘量較大，其餘性能也均滿足標準要求，故將其作為首選焊劑。雖然SJ105B焊劑低溫衝擊韌性較好，但其工藝性能相對較差，大批量生產過程中很容易造成焊接缺陷(尤其是氣孔和夾渣) 增多，焊接一通率降低，從而導致不合格品數量增多而增加生產成本。因此，需要混合一定比例的995N焊劑來彌補其工藝性能方面的不足，保證較高的焊接合格率。根據以往相近規格鋼管的生產經驗，結合印度管線的特殊規定，分析認為添加1/4的995N焊劑比較合適，既能提高焊接合格率，又不會對焊縫低溫衝擊韌性造成過多影響。因此焊接工藝中採用焊劑化學成分的重量含量為Siq+TiA 15 20%、Ca0+Mg0 26 31%、AL203+Mn0 25 32%、CaF2 14 19%、S^O. 015%、P^O. 015%。採用上述化學成分的焊絲和焊劑對母材焊縫進行焊接，得到的焊縫化學成分的重量含量為c 0. 05 0. 08%、Si 0. 15 0. 25%、Mn 1.50 1.65%、P 彡 0. 013%、S 彡 0. 007%、 Cr 彡 0. 23%、Mo 0. 08 0. 13%、Ni 彡 0. 08%、Cu 彡 0. 08%、Al 彡 0. 060%、Ti 0. 015 0. 040%、Nb 彡 0. 05%、V 彡 0. 05%、B 0. 0008 0. 0018%、N 彡 0. 010%,餘量為鐵。本發明所述的低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管管體的橫向夏比衝擊試驗和 DffTT結果如下
權利要求
1.一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其加工工序包括開卷、矯平、銑邊、預彎、成型、內焊、外焊、管端擴徑、母材分層超聲波檢查、焊縫X射線檢查、水壓試驗、焊縫超聲波檢查、管端倒稜和成品檢查，所述銑邊工序中坡口角度為70° 80°，坡口深度 3 4mm，其特徵在於，該螺旋縫埋弧焊管主要化學成分的重量含量為C 0. 05 0. 07%、 Si 0. 16 0. 21%、Mn 1. 49 1. 59%、Cr 0. 20 0. 23%、Al 0. 029 0. 054%、Nb 0. 030 0.046%、V 0. 015 0. 049%、Ti 0. 012 0. 021%、P 0. 005 0. 012%、S 0. 001 0. 001%、 N 0. 0024 0. 0085%，餘量為鐵。
2.根據權利要求1所述的一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其特徵在於，焊接工藝中焊縫化學成分的重量含量為C 0. 05 0. 08%、Si 0. 15 0. 25%、Mn1.50 1. 65%、P 彡 0. 013%、S 彡 0. 007%、Cr 彡 0. 23%、Mo 0. 08 0. 13%、Ni 彡 0. 08%、 Cu 彡 0. 08%、Al 彡 0. 060%、Ti 0. 015 0. 040%、Nb 彡 0. 05%、V 彡 0. 05%、B 0. 0008 0.0018%、N ( 0. 010%，餘量為鐵。
3.根據權利要求1所述的一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其特徵在於，焊接工藝中焊劑化學成分的重量含量為15 20%、CaO+MgO 26 31%、 AL203+Mn0 25 32%、CaF2 14 19%、S^O. 015%、P^O. 015%。
4.根據權利要求1所述的一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其特徵在於，焊接工藝中焊絲化學成分的重量含量為C 0. 06 0. 09%、Si 0. 15 0. 25%、Mn1.45 1. 65%、Mo 0. 30 0. 40%、Ti 0. 030 0. 070%、B 0. 003 0. 006%、P 彡 0. 015%、S 彡 0. 005%、Cu 彡 0. 10%、N 彡 0. 015%，餘量為鐵。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法， 其特徵在於，所述內焊工序為採用雙絲埋弧自動焊在鋼管內側焊接坡口進行焊接，前絲為直流，電流1050 1200A，電壓30 :34V ；後絲為交流，電流400 450A，電壓；34 38V ；焊接速度 1. 60 1. 70m/min。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法， 其特徵在於，所述外焊工序為採用雙絲埋弧自動焊在鋼管外側焊接坡口進行焊接，前絲為直流，電流1150 1300A，電壓31 :35V ；後絲為交流，電流400 450A，電壓；34 38V ；焊接速度 1. 60 1. 70m/min。
全文摘要
本發明公開了一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其加工工序包括開卷、矯平、銑邊、預彎、成型、內焊、外焊、管端擴徑、母材分層超聲波檢查、焊縫X射線檢查、水壓試驗、焊縫超聲波檢查、管端倒稜和成品檢查，所述銑邊工序中坡口角度為70°～80°，坡口深度3～4mm。本發明製造低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管採用的母材中沒有添加Mo、Ni、Cu，並降低了Nb等合金元素的含量，從而降低了生產成本；另外，經過對成型工藝和焊接工藝的優化，使得製成的螺旋埋弧焊管具有耐低溫衝擊韌性的優異性能。
文檔編號C22C38/16GK102383049SQ201110370469
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者孫宏, 孫志剛, 李建一, 田鵬, 申立群, 石國紅 申請人:中國石油集團渤海石油裝備製造有限公司, 華油鋼管有限公司