一种x100高钢级大口径厚壁直缝埋弧焊管的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种X100高钢级大口径厚壁直缝埋弧焊管的制造方法，包括：钢板超声波检验、铣边、预弯边、JCO成型、预焊、内焊、外焊、焊缝X射线检测、钢管扩径、静水压试验、焊缝超声波检测、管端X射线检测、倒棱、管端磁粉检测、外观质量检查。所述精焊工艺为内外焊四丝埋弧自动焊。采用此方法制造的X100高钢级大口径厚壁直缝埋弧焊管不仅具有低温冲击韧性高、焊接接头力学性能优良等特点，同时具有较高的管体均匀延伸率。
【专利说明】—种X100高钢级大口径厚壁直缝埋弧焊管的制造方法
【技术领域】:
[0001]本发明属于石油管材领域，涉及一种焊管制造方法，尤其是一种XlOO高钢级大口径厚壁直缝埋弧焊管的制造方法。
【背景技术】:
[0002]石油天然气是工业的血液，也是支撑国民经济和社会发展的基础，是重要的战略资源，占我国一次能源的比重已达到24%。管道输送是长距离输送石油天然气时最经济安全、最合理的运输方法，已成为陆地油气输送的主要方式。随着管道建设的需要和技术的不断进步，管线建设朝着高压、大口径方向发展。
[0003]XlOO作为高强度管线钢中的一种典型代表，在管线建设中有非常广阔的应用前景，采用XlOO作为高压、大口径、大输入量油气输送管材，可有效的降低管线建设的成本。据测算，在管线口径和压力确定后，钢级每提高一个等级，可以减少用钢量约8% -12%。
[0004]国内对XlOO管线钢管已进行前期的研究，虽然国内已有报道采用UOE成型方式生产XlOO大口径厚壁直缝焊管，但对采用JCOE成型方式生产XlOO管线钢大口径厚壁直缝焊管，特别是大于20mm壁厚焊管的研究报道较少。专利申请号为200710185350.X的“一种XlOO管线钢直缝埋弧焊管制造方法”中也只涉及了 Φ813Χ 14.3mm小口径薄壁直缝焊管的制造方法，对于大口径厚壁直缝焊管的制造方法未涉及，而且在Xioo钢级下，管体性能中未涉及管体均匀延伸率指标。本发明中的制造方法可实现Xioo级Φ 1219 X 20.6mm厚壁直缝焊管的制造，焊管不但实现了焊接接头的强韧性匹配，并具有较高的均匀延伸率。
[0005]XlOO焊管强度高，随着口径和壁厚的增加，管体DWTT性能、低温冲击韧性、屈强比和均匀延伸率等关键指标实现难度较大，特别对于厚壁焊管尤其如此。XlOO焊管随着口径和壁厚的增加，在成型过程中由于加工硬化的影响，成型较困难，易出现成型不均匀、韧性有下降的问题。如何保证焊管在成型过程中管体部分变形均匀、性能均匀以及焊接接头的强韧性匹配是Xioo高钢级焊管开发中需解决的关键问题。
【发明内容】
:
[0006]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种XlOO高钢级大口径厚壁直缝埋弧焊管的制造方法，解决了厚壁直缝焊管在成型过程中由于成型不均匀，管体力学性能下降严重的问题以及焊接接头强韧性匹配的问题，为我国XlOO高强度管线管的工业化应用提供参考。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案来解决的:
[0008]采用化学成分为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%,余量为Fe，其中碳当量CE(Pem)为0.19的XlOO钢板。
[0009]采用铁水预处理、转炉炼钢、全流程洁净化处理、控轧控冷等工艺，实现了管体组织为贝氏体+铁素体的双相组织，该双相组织保证焊管除具有较高的强度和良好的低温韧性外，还具有较高的管体均匀延伸率。
[0010]一种XlOO高钢级大口径厚壁直缝埋弧焊管的制造方法包括以下步骤:钢板超声波检验、铣边、预弯边、JCO成型、预焊、内焊、外焊、焊缝X射线检测、钢管扩径、静水压试验、焊缝超声波检测、管端X射线检测、倒棱、管端磁粉检测、外观质量检查。
[0011]所述的JCO成型工艺为利用JCO成型机先将经纵边预弯后的外侧钢板进行多次压制，钢板每次进给165.4mm，压成“J”形，再将内侧钢板进行多次压制，压成“C”形，最后在钢板的中间压制一次使钢板压成开口的“0”形，开口缝间隙小于230_，在该冲压工艺中采用小步长，多道次的工序，采用19-21道次单道次的压制次数，单次压下量为l_3mm。
[0012]所述的预焊工艺为混合气体保护焊，其中气体类别为CO2(55% -65% ) +Ar (35% -45% ),
[0013]焊接电流I = 900-1100A，焊接电压 U = 23-27V，焊接速度 V = 3.5-4.0m/min。
[0014]所述的精焊内焊工艺采用四丝埋弧自动焊进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#丝为交流，焊接工艺参数为:1#丝电流I = 880-1080A,电压U = 31-35V ;2#丝电流I=720-880A,电压 U = 32-36V ;3# 丝电流 I = 580-720A,电压 U = 34_38V，4# 丝电流 I =540-660A,电压 U = 36-40V，丝间距为 16_22mm，干伸长 24_28mm，焊接速度 V=L 5-1.9m/min0
[0015]所述的精焊外焊工艺采用四丝埋弧自动焊进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#为交流，焊接工艺参数为:1#丝电流I = 1000-1250A,电压U = 32-36V;2#丝电流I =800-1000A,电压 U = 34-38V ;3# 丝电流 I = 620-780A,电压 U = 36-40V, 4# 丝电流 I =550-650A,电压 U = 38-42V，丝间距为 17_21mm，干伸长 27_33mm，焊接速度 V=L 5-1.9m/min0
[0016]所述的焊管扩径工艺对钢管进行0.4% -1.4%扩径率扩径。
[0017]所述的焊管水压压力值为焊管实际屈服强度的95%。
[0018]所述的焊管管径为O 1219mm、壁厚为20.6mm。
[0019]本发明产生的有益效果有:
[0020]1.采用超低碳设计,通过提高Mn、N1、Cr、Cu等元素的加入量,在提高整体合金含量的情况下，保持较低的焊接敏感系数值，确保管线钢具有良好的可焊性。并且通过超洁净冶炼、控轧控冷等工艺，实现了管体组织为贝氏体+铁素体的双相组织，保证强度和韧性的同时使焊管具有较高的管体均匀延伸率。
[0021]2.本发明采用的JCO成型工艺是根据钢板的宽度、厚度以及压模尺寸的大小，精确分析后获得。采用此成型工艺可以保证XlOO级O 1219_、壁厚为20.6mm的直缝埋弧焊管的椭圆度，使焊管在JCO成型过程中管体部分变形均匀、性能均匀，获得最佳外形尺寸，有效避免了因不均匀变形导致管体性能下降严重的情况。
[0022]3.采用混合气体保护焊的预焊工艺对焊管全长进行连续预焊，保证焊管成型后的形貌保持，确保焊缝的质量和可靠性。
[0023]4.采用内外焊四丝的精焊工艺是针对XlOO级O 1219mm、壁厚20.6mm直缝埋弧焊管开发制定的。采用内外焊四丝的焊接工艺，可减少单位长度的热输入量，减少热影响区的大小。通过采用低电压大电流以及干伸长、焊丝间距、角度的合理设定，以获得优良的焊缝形状，焊缝与母材能够平滑的过渡，减少或消除咬边。选择专用的焊接材料，使焊缝最终获得以针状铁素体和粒状贝氏体为主的、具有良好力学性能组织，同时使焊接热影响区获得细小粒状贝氏体及板条贝氏体的组织，保证焊管焊接接头强韧性匹配。
[0024]5.在所述的钢管扩径工序中，根据成型、焊接后的焊管尺寸、圆度等情况，选择合适步长重叠量，能够保证两扩径重叠区域内的外形质量，采用该扩径率扩径的焊管在管端尺寸精度上显示出良好的特性，尺寸精确，圆度好，有效保证了焊管尺寸、椭圆度及焊管理化性能。
【专利附图】
【附图说明】:
[0025]图1为本发明的焊接接头硬度检测点示意。
【具体实施方式】:
[0026]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0027]实施例:Χ100Φ 1219X20.6mm直缝焊管制造
[0028](I)原料，采用壁厚为20.6mm的XlOO钢板，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%，余量为 Fe，其中 CE(Peni)为
0.19。
[0030](2)钢板超声波检验，对钢板进行100%的超声波检测。
[0031](3)铣边，坡口尺寸为上坡口角度为37.5°，下坡口角度为40°，下坡口深度
8.0mm,纯边 7.0_。
[0032](4)预弯边，利用预弯机进行板边预弯，使板边曲率符合要求。
[0033](5) JCO成型，在成型机上首先将预弯后的钢板的一侧进行10次压制，每次进给量为165.4mm,压成“ J”型，再将钢板的另一半按同样的方法和道次进行压制，成“C”型，最后在钢板的中间进行一次压制，成开口的“O”型，开口间隙小于230mm，共压制21道次，单次压下量为l-3mm。
[0034](6)预焊，将呈“O”型的钢管送入预焊机，调整预焊机压辊位置，采用混合气体保护焊接方式进行焊接，形成连续、质量可靠的预焊焊缝。
[0035](7)内焊，采用四丝埋弧自动焊在钢管内侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#丝为交流。焊接工艺参数为:1#丝电流I = 980A,电压U = 33V ;2#丝电流I =800A,电压 U = 34V ;3# 丝电流 I = 650A,电压 U = 36V, 4# 丝电流 I = 600A,电压 U = 38V,焊丝间距为18、18、19臟，干伸长26、26、26、26臟，焊接速度￥= 1.7m/min。
[0036](8)外焊，采用四丝埋弧自动焊在钢管外侧坡口进行焊接，1#丝采用直流反接，2#、3#、4#丝为交流。焊接工艺参数为:1#丝电流I = 1150A,电压U = 34V ；2#丝电流I =900A,电压 U = 36V ;3# 丝电流 I = 700A,电压 U = 38V, 4# 丝电流 I = 600A,电压 U = 40V,焊丝间距为18、19、1 9臟，干伸长30、30、30、30臟，焊接速度￥= 1.7m/min。
[0037](9)焊缝X射线检测，对焊接后的焊管内外焊缝进行100% X射线检测。
[0038](10)钢管扩径，对焊管全长进行0.7%扩径率进行扩径，提高焊管的尺寸精度，同时改善钢管的应力分布状态。[0039](11)静水压试验，对焊管进行95%的静水压试验，试验压力22.8MPa，保压时间大于 15S。
[0040](12)焊缝超声波检测，对焊接后的焊管焊缝及两侧热影响区进行100%检查。
[0041](13)管端X射线检测，对经扩径、水压之后的焊管管端拍片检查，防止扩径、水压可能产生的缺陷。
[0042](14)倒棱，进行管端坡口加工，坡口角度为22° -25°，钝边0.8-2.4mm。
[0043](15)管端磁粉检测，对焊管管端进行磁粉检测，进一步的排除可能产生的缺陷。
[0044]采用以上工艺制造的焊管性能检测结果如下:
[0045]1.焊管拉伸及弯曲实验结果如表1所示:
[0046]表1焊管拉伸性能试验结果
【权利要求】
1.一种XlOO高钢级大口径厚壁直缝埋弧焊管的制造方法，其特征在于，包括:钢板超声波检验、铣边、预弯边、JCO成型、预焊、内焊、外焊、焊缝X射线检测、钢管扩径、静水压试验、焊缝超声波检测、管端X射线检测、倒棱、管端磁粉检测、外观质量检查。
2.如权利要求1所述制造方法，其特征在于，按照质量百分数，所述焊管组成为: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%，余量为 Fe，其中碳当量为0.19。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述JCO成型为:利用JCO成型机先将经纵边预弯后的外侧钢板进行多次压制，压成“ J”形，再将内侧钢板进行多次压制，压成“C”形，最后在钢板 的中间压制一次使钢板压成开口的“0”形，开口缝间隙小于230mm，在该冲压工艺中采用19-21道次单道次的压制次数，单次压下量为1-3_。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述预焊为混合气体保护焊，其中气体类别为 CO2(55% -65% ) +Ar (35%-45%),焊接电流 I = 900-1100A，焊接电压U = 23-27V,焊接速度 V = 3.5-4.0m/min。
5.如权利 要求 1所述的制造方法，其特征在于:所述精焊为内外焊四丝埋弧自动焊，精焊内焊工艺为:1#丝采用直流反接，2#、3#、4#丝为交流，焊接工艺参数为:1#丝电流I =880-1080A,电压 U = 31-35V ；2# 丝电流 I = 720-880A,电压 U = 32-36V ；3# 丝电流 I =580-720A,电压 U = 34-38V，4# 丝电流 I = 540-660A，电压 U = 36-40V，丝间距为 16_22臟，干伸长 24_28mm,焊接速度 V=L 5-1.9m/min。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述扩径工艺在扩径过程中选择的步长重叠量，能够保证两扩径重叠区域内的外形质量，并对钢管进行0.6%-1.4%扩径率扩径。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述水压压力为每根焊管的实际屈服强度的95%，保证 焊管具有良好的管体性能。
8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于:所述焊管管径为O1219mm、壁厚为20.6mmo
【文档编号】B23K9/18GK103521549SQ201310469588
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月7日 优先权日:2013年10月7日
【发明者】毕宗岳, 刘斌, 牛辉, 张锦刚, 刘海璋, 陈长青, 包志刚, 张万鹏, 赵红波, 黄晓辉, 牛爱军, 张君, 杨军, 杨耀彬, 刘刚伟 申请人:宝鸡石油钢管有限责任公司