本发明涉及了一种直缝焊管制造方法，特点涉及了一种X80级Φ1422mm超大口径、厚壁、大应变特殊用途直缝埋弧焊管制造方法。
背景技术：
新一轮干线天然气管线建设要求具有输送距离长、采用更高压力和大口径输送的特点，出现了天然气长输管道大型化的趋势，需要采用高强度、大壁厚的输送管材。X80级管线钢作为一种成熟的高强度管线钢品种，做为高压、大输入量天然气输送管线管材，可有效的降低管线建设的成本，具有较大的经济效益。
经过长期、大量的开采，易于开采油气资源的地区已经得到大量的开发，油气开采越来越朝着更偏僻、地质更复杂的地区发展。在管道建设中，管道要经过更多的地震带、冻土区、滑坡带等，所以对管道不但要有高压、大输量的要求，对焊管的抗变形能力也提高更高的要求，以保证管线的安全性和稳定性。对于具有大应变能力的大口径、厚壁埋弧焊管来说，不仅要解决随着管线钢壁厚的不断增加，管体DWTT性能、低温冲击韧性、屈强比及均匀延伸率等关键指标越难实现的矛盾，同时要使焊管具有良好的纵向变形能力，并保证焊管在防腐涂覆过程中塑性和韧性不会很大程度的下降，这就对到大口径、厚壁、大应变的直缝埋弧焊管的制造提出了更高的挑战。
目前，国内对X80大口径、厚壁、大应变埋弧焊管进行了前期 的研究，主要集中在Ф1422mm管径常规直缝焊管或者Ф1219mm管径大应变直缝焊管的制造方法，但是对于Ф1422mm管径、大应变直缝焊管的制造方法未涉及。例如专利申请号为201310147327.7的“超大管径大壁厚直缝焊管制造方法”中只涉及了Ф1422mm管径、大壁厚直缝焊管的制造方法，对于大应变焊管未有涉及；专利申请号为201010251848.3的“一种高钢级大应变管线钢和钢管的制造方法”中只涉及了Ф1219mm管径26.2mm壁厚大应变直缝焊管的制造方法，对于Ф1422mm管径、30mm壁厚以上大应变直缝焊管未有涉及。本文中的制造方法可实现X80级Φ1422超大口径、21.4～30.8mm厚壁、大应变直缝焊管的制造，焊管不但具有良好的力学性能和几何尺寸，而且具有良好的纵向变形能力，能够确保管道在复杂地质条件下的安全性和完整性。
超大口径、大壁厚、大应变直缝焊管除满足同规格普通直缝焊管技术条件要求外，还需要满足以下条件：(1)较低的纵向屈强比要求；(2)较高的纵向均匀延伸率的要求，这对超大口径、大厚壁、大应变直缝焊管的制造提出更高的要求，本发明旨在提供一种X80级Ф1422超大口径、厚壁、大应变直缝焊管的制造方法，能够用于制造一种除具有良好常规力学性能之外，同时具有良好纵向屈服强度、屈强比和均匀延伸率的X80级Ф1422超大口径、厚壁、大应变的直缝埋弧焊管，为我国X80级超大口径、厚壁、大应变焊管的工业化应用提供参考。
技术实现要素：
本文提供一种X80级超大口径、厚壁、大应变直缝埋弧焊管制造方法，采用此方法制造的焊管不仅具有良好的力学性能和几何尺寸，而且具有良好的纵向变形能力，能够确保管道在复杂地质条件下的安全性和完整性。
本发明所采取的技术方案是：
一种X80级Φ1422mm直缝埋弧焊管制造方法，包括以下工序：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、防腐；
该X80级管线钢的质量百分数组成为：C:0.05～0.09％、Si：0.15～0.32％、Mn：1.6～1.90％、S：≤0.004％、P：≤0.010％、Ni：0.15～0.40％、Cr：0～0.30％、Cu：0.1～0.3％、Nb：0.025～0.10％、V：0.02～0.05％、Ti：0.015～0.03％、Mo：0.10～0.35％、Al：0.02～0.06％、N：≤0.008％、B：≤0.0005％，余量为Fe。
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，实现了管体组织为先共析铁素体+MA+粒状贝氏体多相组织，该多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和纵向变形能力。
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，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“O”形，开口缝间隙小于246mm，在该冲压工艺中采用小步长、多道次的工 序，对于21.4mm壁厚钢板，压制次数≥25次；21.4mm壁厚以上厚度钢板，压制次数≥37次，保证了管坯圆度和焊接边的平直度。
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％)，焊接速度V＝3.5～4.5m/min。
精焊工艺为内焊四丝外焊五丝埋弧自动焊，精焊内外焊工艺为：1#丝采用直流反接，2#、3#、4#或5#丝为交流，焊接速度V＝1.4～1.6m/min。
所述扩径工艺在扩径过程中选择合适的步长重叠量，能够保证两扩径重叠区域内的外形质量，并对钢管全管体进行扩径，扩径率控制在0.8％以内。
所述防腐涂覆温度应控制在200℃以内，且在200℃±5℃温度下保温5min。
所述焊管管径为Φ1422mm、壁厚为21.4～30.8mm。
采用上述技术方案，本发明产生的有益效果有：
1.通过合理的合金设计和超洁净冶炼、控轧控冷等工艺的控制，实现了管体组织为先共析铁素体+MA+粒状贝氏体多相组织，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和纵向变形能力。
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，合理选择压模尺寸、确定压制道次，从而确保成型后管体各位置变形一致、均匀。采用此成型工艺可以保证X80级Φ1422mm、壁厚为21.4～30.8mm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，得到最佳形状，有效避免了因不均匀变形导致的管体性能下降严重的情况。
3.采用混合气体保护焊的预焊工艺可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。
4.采用内焊四丝和外焊五丝的精焊工艺是针对X80级Φ1422mm、壁厚21.4～30.8mm直缝埋弧焊管开发制定的。采用内焊四丝外焊五丝的焊接工艺，可减少单位长度的热输入量，减少热影响区的大小。在焊接参数的制定过程中，充分考虑各丝的作用，通过合理设定各丝的电流、电压、干伸长、焊丝间距及角度，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，从而最终获得以针状铁素体和粒状贝氏体为主的、具有良好力学性能的焊缝组织，保证焊管焊接接头强韧性匹配。
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，有效保证了焊管几何尺寸、椭圆度及焊管理化性能，能够很好的进行现场环焊对接。
具体实施实例1：X80Φ1422×21.4mm大应变直缝焊管制造
(1)原料，采用壁厚为21.4mm的X80钢板，其主要合金元素含量：C 0.072％、Si 0.26％、Mn 1.71％、S 0.0029％、P 0.0073％、Ni 0.25％、Cr 0.24％、Cu 0.13％、Nb 0.079％、V 0.048％、Ti 0.015％、Mo 0.12％、Al 0.032％、N≤0.008％、B≤0.0005％，余量为Fe。
(2)钢板超声波检验，对钢板进行100％的超声波检测。
(3)铣边，坡口尺寸为上坡口角度为80°，下坡口角度为75°，下坡口深度8.2mm，钝边7.0mm。
(4)预弯边，利用预弯机进行板边预弯，使板边曲率符合要求。
(5)JCO成型，在成型机上首先将预弯后的钢板的一侧进行12次压制，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246mm，共压制25道次，单次压下量为2～4mm。
(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。
(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＝1100A，电压U＝33V；2#丝电流I＝880A，电压U＝34V；3#丝电流I＝700A，电压U＝36V，4#丝电流I＝600A，电压U＝38V，焊丝间距为18、19、19mm，干伸长26、26、26、26mm，焊接速度V＝1.7m/min。
(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、20、20mm，干伸长30、30、30、30mm，焊接速度V＝1.7m/min。
(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。
(10)钢管扩径，对焊管全长进行0.8％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。
(11)静水压试验，对焊管进行95％的静水压试验，试验压力15.6MPa，保压时间大于15S。
(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。
(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。
(14)倒棱，进行管端坡口加工，坡口角度22°～25°，钝边0.8～2.4mm。
(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。
(16)防腐，防腐涂覆温度控制在200℃以内，且在200℃±5℃温度下保温5min。
采用以上工艺制造的焊管性能检测结果如下：
1.焊管拉伸结果如表1所示：
表1 焊管拉伸性能试验结果
2.管体冲击韧性试验结果如表2所示：
表2 焊管夏比冲击试验结果
3.管体DWTT试验结果如表3所示：
表3 DWTT剪切面积(SA％)
4.焊接接头硬度检测结果如表4所示：
表4 焊接接头硬度检测结果
具体实施实例2：X80Φ1422×30.8mm大应变直缝焊管制造
(1)原料，采用壁厚为30.8mm的X80钢板，其主要合金元素含量：C 0.072％、Si 0.26％、Mn 1.71％、S 0.0029％、P 0.0073％、Ni 0.25％、Cr 0.24％、Cu 0.13％、Nb 0.079％、V 0.048％、Ti 0.015％、Mo 0.12％、Al 0.032％、N≤0.008％、B≤0.0005％，余量为Fe。
(2)钢板超声波检验，对钢板进行100％的超声波检测。
(3)铣边，坡口尺寸为上坡口角度为70°，下坡口角度为70°，下坡口深度11.5mm，钝边10.0mm。
(4)预弯边，利用预弯机进行板边预弯，使板边曲率符合要求。
(5)JCO成型，在成型机上首先将预弯后的钢板的一侧进行18次压制，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246mm，共压制37道次，单次压下量为2～4mm。
(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。
(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＝1100A，电压U＝34V；2#丝电流I＝1000A，电压U＝36V；3#丝电流I＝950A，电压U＝38V，4#丝电流I＝900A，电压U＝40V，焊丝间距为18、20、20mm，干伸长27、27、27、27mm，焊接速度V＝1.5m/min。
(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#、5#丝为交流。焊接工艺参数为：1#丝电流I＝1200A，电压U＝33V；2#丝电流I＝1100A，电压U＝35V；3#丝电流I＝900A，电压U＝37V，4#丝电流I＝800A，电压U＝39V，5#丝电流I＝700A，电压U＝40V，焊丝间距为17、17、17、17mm，干伸长29、29、29、29、29mm，焊接速度V＝1.5m/min。
(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。
(10)钢管扩径，对焊管全长进行0.8％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。
(11)静水压试验，对焊管进行95％的静水压试验，试验压力22.5MPa，保压时间大于15S。
(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。
(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。
(14)倒棱，进行管端坡口加工，坡口角度22°～25°，钝边0.8～2.4mm。
(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。
(16)防腐，防腐涂覆温度控制在200℃以内，且在200℃±5℃温度下保温5min。
采用以上工艺制造的焊管性能检测结果如下：
1.焊管拉伸结果如表5所示：
表5 焊管拉伸性能试验结果
2.管体冲击韧性试验结果如表6所示：
表6 焊管夏比冲击试验结果
3.管体DWTT试验结果如表7所示：
表7 DWTT剪切面积(SA％)
4.焊接接头硬度检测结果如表8所示：
表8 焊接接头硬度检测结果