一種x100高鋼級大口徑厚壁直縫埋弧焊管的製造方法
2023-06-04 10:58:46 1
一種x100高鋼級大口徑厚壁直縫埋弧焊管的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種X100高鋼級大口徑厚壁直縫埋弧焊管的製造方法，包括：鋼板超聲波檢驗、銑邊、預彎邊、JCO成型、預焊、內焊、外焊、焊縫X射線檢測、鋼管擴徑、靜水壓試驗、焊縫超聲波檢測、管端X射線檢測、倒稜、管端磁粉檢測、外觀質量檢查。所述精焊工藝為內外焊四絲埋弧自動焊。採用此方法製造的X100高鋼級大口徑厚壁直縫埋弧焊管不僅具有低溫衝擊韌性高、焊接接頭力學性能優良等特點，同時具有較高的管體均勻延伸率。
【專利說明】—種X100高鋼級大口徑厚壁直縫埋弧焊管的製造方法
【技術領域】:
[0001]本發明屬於石油管材領域，涉及一種焊管制造方法，尤其是一種XlOO高鋼級大口徑厚壁直縫埋弧焊管的製造方法。
【背景技術】:
[0002]石油天然氣是工業的血液，也是支撐國民經濟和社會發展的基礎，是重要的戰略資源，佔我國一次能源的比重已達到24%。管道輸送是長距離輸送石油天然氣時最經濟安全、最合理的運輸方法，已成為陸地油氣輸送的主要方式。隨著管道建設的需要和技術的不斷進步，管線建設朝著高壓、大口徑方向發展。
[0003]XlOO作為高強度管線鋼中的一種典型代表，在管線建設中有非常廣闊的應用前景，採用XlOO作為高壓、大口徑、大輸入量油氣輸送管材，可有效的降低管線建設的成本。據測算，在管線口徑和壓力確定後，鋼級每提高一個等級，可以減少用鋼量約8% -12%。
[0004]國內對XlOO管線鋼管已進行前期的研究，雖然國內已有報導採用UOE成型方式生產XlOO大口徑厚壁直縫焊管，但對採用JCOE成型方式生產XlOO管線鋼大口徑厚壁直縫焊管，特別是大於20mm壁厚焊管的研究報導較少。專利申請號為200710185350.X的「一種XlOO管線鋼直縫埋弧焊管制造方法」中也只涉及了 Φ813Χ 14.3mm小口徑薄壁直縫焊管的製造方法，對於大口徑厚壁直縫焊管的製造方法未涉及，而且在Xioo鋼級下，管體性能中未涉及管體均勻延伸率指標。本發明中的製造方法可實現Xioo級Φ 1219 X 20.6mm厚壁直縫焊管的製造，焊管不但實現了焊接接頭的強韌性匹配，並具有較高的均勻延伸率。
[0005]XlOO焊管強度高，隨著口徑和壁厚的增加，管體DWTT性能、低溫衝擊韌性、屈強比和均勻延伸率等關鍵指標實現難度較大，特別對於厚壁焊管尤其如此。XlOO焊管隨著口徑和壁厚的增加，在成型過程中由於加工硬化的影響，成型較困難，易出現成型不均勻、韌性有下降的問題。如何保證焊管在成型過程中管體部分變形均勻、性能均勻以及焊接接頭的強韌性匹配是Xioo高鋼級焊管開發中需解決的關鍵問題。
【發明內容】
:
[0006]本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供一種XlOO高鋼級大口徑厚壁直縫埋弧焊管的製造方法，解決了厚壁直縫焊管在成型過程中由於成型不均勻，管體力學性能下降嚴重的問題以及焊接接頭強韌性匹配的問題，為我國XlOO高強度管線管的工業化應用提供參考。
[0007]本發明的目的是通過以下技術方案來解決的:
[0008]採用化學成分為C0.06%, Si0.27%, Mnl.75%, S0.002%, P0.01%, Ni0.26%,Cr0.02 %、Cu0.21 Nb0.06 %、V0.003 %、Ti0.01 Mo0.20 %、A10.05 %、N0.008 %、B0.0001%,餘量為Fe，其中碳當量CE(Pem)為0.19的XlOO鋼板。
[0009]採用鐵水預處理、轉爐煉鋼、全流程潔淨化處理、控軋控冷等工藝，實現了管體組織為貝氏體+鐵素體的雙相組織，該雙相組織保證焊管除具有較高的強度和良好的低溫韌性外，還具有較高的管體均勻延伸率。
[0010]一種XlOO高鋼級大口徑厚壁直縫埋弧焊管的製造方法包括以下步驟:鋼板超聲波檢驗、銑邊、預彎邊、JCO成型、預焊、內焊、外焊、焊縫X射線檢測、鋼管擴徑、靜水壓試驗、焊縫超聲波檢測、管端X射線檢測、倒稜、管端磁粉檢測、外觀質量檢查。
[0011]所述的JCO成型工藝為利用JCO成型機先將經縱邊預彎後的外側鋼板進行多次壓制，鋼板每次進給165.4mm，壓成「J」形，再將內側鋼板進行多次壓制，壓成「C」形，最後在鋼板的中間壓制一次使鋼板壓成開口的「0」形，開口縫間隙小於230_，在該衝壓工藝中採用小步長，多道次的工序，採用19-21道次單道次的壓制次數，單次壓下量為l_3mm。
[0012]所述的預焊工藝為混合氣體保護焊，其中氣體類別為CO2(55% -65% ) +Ar (35% -45% ),
[0013]焊接電流I = 900-1100A，焊接電壓 U = 23-27V，焊接速度 V = 3.5-4.0m/min。
[0014]所述的精焊內焊工藝採用四絲埋弧自動焊進行焊接，1#絲採用直流反接，2#、3#、4#絲為交流，焊接工藝參數為:1#絲電流I = 880-1080A,電壓U = 31-35V ;2#絲電流I=720-880A,電壓 U = 32-36V ;3# 絲電流 I = 580-720A,電壓 U = 34_38V，4# 絲電流 I =540-660A,電壓 U = 36-40V，絲間距為 16_22mm，幹伸長 24_28mm，焊接速度 V=L 5-1.9m/min0
[0015]所述的精焊外焊工藝採用四絲埋弧自動焊進行焊接，1#絲採用直流反接，2#、3#、4#為交流，焊接工藝參數為:1#絲電流I = 1000-1250A,電壓U = 32-36V;2#絲電流I =800-1000A,電壓 U = 34-38V ;3# 絲電流 I = 620-780A,電壓 U = 36-40V, 4# 絲電流 I =550-650A,電壓 U = 38-42V，絲間距為 17_21mm，幹伸長 27_33mm，焊接速度 V=L 5-1.9m/min0
[0016]所述的焊管擴徑工藝對鋼管進行0.4% -1.4%擴徑率擴徑。
[0017]所述的焊管水壓壓力值為焊管實際屈服強度的95%。
[0018]所述的焊管管徑為O 1219mm、壁厚為20.6mm。
[0019]本發明產生的有益效果有:
[0020]1.採用超低碳設計,通過提高Mn、N1、Cr、Cu等元素的加入量,在提高整體合金含量的情況下，保持較低的焊接敏感係數值，確保管線鋼具有良好的可焊性。並且通過超潔淨冶煉、控軋控冷等工藝，實現了管體組織為貝氏體+鐵素體的雙相組織，保證強度和韌性的同時使焊管具有較高的管體均勻延伸率。
[0021]2.本發明採用的JCO成型工藝是根據鋼板的寬度、厚度以及壓模尺寸的大小，精確分析後獲得。採用此成型工藝可以保證XlOO級O 1219_、壁厚為20.6mm的直縫埋弧焊管的橢圓度，使焊管在JCO成型過程中管體部分變形均勻、性能均勻，獲得最佳外形尺寸，有效避免了因不均勻變形導致管體性能下降嚴重的情況。
[0022]3.採用混合氣體保護焊的預焊工藝對焊管全長進行連續預焊，保證焊管成型後的形貌保持，確保焊縫的質量和可靠性。
[0023]4.採用內外焊四絲的精焊工藝是針對XlOO級O 1219mm、壁厚20.6mm直縫埋弧焊管開發制定的。採用內外焊四絲的焊接工藝，可減少單位長度的熱輸入量，減少熱影響區的大小。通過採用低電壓大電流以及幹伸長、焊絲間距、角度的合理設定，以獲得優良的焊縫形狀，焊縫與母材能夠平滑的過渡，減少或消除咬邊。選擇專用的焊接材料，使焊縫最終獲得以針狀鐵素體和粒狀貝氏體為主的、具有良好力學性能組織，同時使焊接熱影響區獲得細小粒狀貝氏體及板條貝氏體的組織，保證焊管焊接接頭強韌性匹配。
[0024]5.在所述的鋼管擴徑工序中，根據成型、焊接後的焊管尺寸、圓度等情況，選擇合適步長重疊量，能夠保證兩擴徑重疊區域內的外形質量，採用該擴徑率擴徑的焊管在管端尺寸精度上顯示出良好的特性，尺寸精確，圓度好，有效保證了焊管尺寸、橢圓度及焊管理化性能。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0025]圖1為本發明的焊接接頭硬度檢測點示意。
【具體實施方式】:
[0026]下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述:
[0027]實施例:Χ100Φ 1219X20.6mm直縫焊管制造
[0028](I)原料，採用壁厚為20.6mm的XlOO鋼板，其主要合金元素含量:C0.06%、Si0.27%,
[0029]Mnl.75 S0.002 P0.01 Ni0.26 Cr0.02 Cu0.21 Nb0.06
V0.003%, Ti0.01%,Mo0.20%,A10.05%,N0.008%, B0.0001%，餘量為 Fe，其中 CE(Peni)為
0.19。
[0030](2)鋼板超聲波檢驗，對鋼板進行100%的超聲波檢測。
[0031](3)銑邊，坡口尺寸為上坡口角度為37.5°，下坡口角度為40°，下坡口深度
8.0mm,純邊 7.0_。
[0032](4)預彎邊，利用預彎機進行板邊預彎，使板邊曲率符合要求。
[0033](5) JCO成型，在成型機上首先將預彎後的鋼板的一側進行10次壓制，每次進給量為165.4mm,壓成「 J」型，再將鋼板的另一半按同樣的方法和道次進行壓制，成「C」型，最後在鋼板的中間進行一次壓制，成開口的「O」型，開口間隙小於230mm，共壓制21道次，單次壓下量為l-3mm。
[0034](6)預焊，將呈「O」型的鋼管送入預焊機，調整預焊機壓輥位置，採用混合氣體保護焊接方式進行焊接，形成連續、質量可靠的預焊焊縫。
[0035](7)內焊，採用四絲埋弧自動焊在鋼管內側坡口進行焊接，1#絲採用直流反接，2#、3#、4#絲為交流。焊接工藝參數為:1#絲電流I = 980A,電壓U = 33V ;2#絲電流I =800A,電壓 U = 34V ;3# 絲電流 I = 650A,電壓 U = 36V, 4# 絲電流 I = 600A,電壓 U = 38V,焊絲間距為18、18、19臟，幹伸長26、26、26、26臟，焊接速度￥= 1.7m/min。
[0036](8)外焊，採用四絲埋弧自動焊在鋼管外側坡口進行焊接，1#絲採用直流反接，2#、3#、4#絲為交流。焊接工藝參數為:1#絲電流I = 1150A,電壓U = 34V ；2#絲電流I =900A,電壓 U = 36V ;3# 絲電流 I = 700A,電壓 U = 38V, 4# 絲電流 I = 600A,電壓 U = 40V,焊絲間距為18、19、1 9臟，幹伸長30、30、30、30臟，焊接速度￥= 1.7m/min。
[0037](9)焊縫X射線檢測，對焊接後的焊管內外焊縫進行100% X射線檢測。
[0038](10)鋼管擴徑，對焊管全長進行0.7%擴徑率進行擴徑，提高焊管的尺寸精度，同時改善鋼管的應力分布狀態。[0039](11)靜水壓試驗，對焊管進行95%的靜水壓試驗，試驗壓力22.8MPa，保壓時間大於 15S。
[0040](12)焊縫超聲波檢測，對焊接後的焊管焊縫及兩側熱影響區進行100%檢查。
[0041](13)管端X射線檢測，對經擴徑、水壓之後的焊管管端拍片檢查，防止擴徑、水壓可能產生的缺陷。
[0042](14)倒稜，進行管端坡口加工，坡口角度為22° -25°，鈍邊0.8-2.4mm。
[0043](15)管端磁粉檢測，對焊管管端進行磁粉檢測，進一步的排除可能產生的缺陷。
[0044]採用以上工藝製造的焊管性能檢測結果如下:
[0045]1.焊管拉伸及彎曲實驗結果如表1所示:
[0046]表1焊管拉伸性能試驗結果
【權利要求】
1.一種XlOO高鋼級大口徑厚壁直縫埋弧焊管的製造方法，其特徵在於，包括:鋼板超聲波檢驗、銑邊、預彎邊、JCO成型、預焊、內焊、外焊、焊縫X射線檢測、鋼管擴徑、靜水壓試驗、焊縫超聲波檢測、管端X射線檢測、倒稜、管端磁粉檢測、外觀質量檢查。
2.如權利要求1所述製造方法，其特徵在於，按照質量百分數，所述焊管組成為:C0.06 Si0.27 Mnl.75 S0.002 %、P0.01 %、Ni0.26 Cr0.02 Cu0.21Nb0.06%, V0.003%, Ti0.01%, Mo0.20%, A10.05%, N0.008%, B0.0001%，餘量為 Fe，其中碳當量為0.19。
3.如權利要求1所述的製造方法，其特徵在於，所述JCO成型為:利用JCO成型機先將經縱邊預彎後的外側鋼板進行多次壓制，壓成「 J」形，再將內側鋼板進行多次壓制，壓成「C」形，最後在鋼板 的中間壓制一次使鋼板壓成開口的「0」形，開口縫間隙小於230mm，在該衝壓工藝中採用19-21道次單道次的壓制次數，單次壓下量為1-3_。
4.如權利要求1所述的製造方法，其特徵在於:所述預焊為混合氣體保護焊，其中氣體類別為 CO2(55% -65% ) +Ar (35%-45%),焊接電流 I = 900-1100A，焊接電壓U = 23-27V,焊接速度 V = 3.5-4.0m/min。
5.如權利 要求 1所述的製造方法，其特徵在於:所述精焊為內外焊四絲埋弧自動焊，精焊內焊工藝為:1#絲採用直流反接，2#、3#、4#絲為交流，焊接工藝參數為:1#絲電流I =880-1080A,電壓 U = 31-35V ；2# 絲電流 I = 720-880A,電壓 U = 32-36V ；3# 絲電流 I =580-720A,電壓 U = 34-38V，4# 絲電流 I = 540-660A，電壓 U = 36-40V，絲間距為 16_22臟，幹伸長 24_28mm,焊接速度 V=L 5-1.9m/min。
6.如權利要求1所述的製造方法，其特徵在於:所述擴徑工藝在擴徑過程中選擇的步長重疊量，能夠保證兩擴徑重疊區域內的外形質量，並對鋼管進行0.6%-1.4%擴徑率擴徑。
7.如權利要求1所述的製造方法，其特徵在於:所述水壓壓力為每根焊管的實際屈服強度的95%，保證 焊管具有良好的管體性能。
8.如權利要求1所述的製造方法，其特徵在於:所述焊管管徑為O1219mm、壁厚為20.6mmo
【文檔編號】B23K9/18GK103521549SQ201310469588
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月7日 優先權日:2013年10月7日
【發明者】畢宗嶽, 劉斌, 牛輝, 張錦剛, 劉海璋, 陳長青, 包志剛, 張萬鵬, 趙紅波, 黃曉輝, 牛愛軍, 張君, 楊軍, 楊耀彬, 劉剛偉 申請人:寶雞石油鋼管有限責任公司