一种625MPa级UOE焊管及其制造方法

一种625MPa级UOE焊管及其制造方法
【专利摘要】一种625MPa级UOE焊管及其制造方法，其化学成分重量百分比为C：0.015～0.080％、Si：0.1～0.5％、Mn：1.40～2.20％、P≤0.015％、S≤0.003％、Nb：0.03～0.10％、Ti：0.01～0.035％、Cu+Ni：0.20～0.50％，且Cu/Ni：1～2、Cr+Mo：0.3～0.6％、Ca：0.001～0.005％，Al：0.02～0.045％，N≤0.010％，O≤0.008％，其余为Fe及不可避免的夹杂。本发明焊管屈服强度高于625MPa、抗拉强度高于700MPa、-20℃低温冲击功高于230J、-20℃DWTT剪切断口面积百分数大于85％，同时具有可制造性。该焊管可用于油气输送及高强结构领域。
【专利说明】一种625MPa级UOE焊管及其制造方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及U0E焊管及其制造方法，特别涉及一种625MPa级U0E焊管及其制造方 法，该U0E焊管可用于油气管道输送、海工及其他结构件应用的相关领域。 【背景技术】
[0002] 在"低碳经济"发展的大背景下，"十二五"期间我国各主要用钢行业都将加大绿 色、低碳、节能环保型钢材的使用力度，尤其是能源、建筑、汽车、家电、集装箱、工程机械等 用钢行业对于高强度、耐腐蚀、长寿命等钢材性能提出了更高的要求。625MPa及以上钢级的 U0E焊管的开发应用正适应这一趋势，该产品可以应用于能源管道、海洋工程以及建筑结构 等领域。
[0003] 管道输送是石油天然气输送最经济高效的输送方式之一，我国油气管道建设已有 数十年的发展历史，管道材料也从最初的A、B级钢发展到X42?X80等API X系列钢级， 550MPa级的X80也是目前大规模应用的最高钢级。管道行业在"十二五"期间的升级对钢 材质量提出了新要求，未来5年中国的油气管道干线建设将投资3500亿元，建设西气东输 三线（霍尔果斯一韶关）、西气东输四线（吐鲁番一中卫）、中缅油气管线（缅甸西部港口 皎漂市一昆明）、中卫一重庆一贵阳输气管线、陕京四线等天然气输送管道。为了节省建设 时间、减少管道占地和投资，480亿立方米/年的大输量管道成为未来管道建设的重点，因 此625MPa及更高强度焊管的开发及应用不仅有利于建设用钢量、降低管道施工和运营成 本，同时还可提高输送效率，是未来管道建设的理想选择之一。
[0004] 高强度U0E焊管具有重量轻、强度高、寿命长等优点，也是广泛用于海洋工程、建 筑、桩、支柱及其他结构件的普碳钢焊管的换代产品。通过提高强度，这种焊管可大幅度减 轻结构重量，可以实现大高度、大跨度的结构建造，降低金属消耗，提高劳动生产率；进一步 提高韧性，可安全应用于极地、低温等环境领域。高强度焊管欧洲、美洲、日本及东南亚等 发达国家已进行了深入研究，而中国则处于起步阶段。
[0005] 现有高强度U0E焊管的成分设计、显微组织设计及制管方式的特点如下：
[0006] 成分设计上，如中国专利CN100398684通过采用B微合金化可以显著提高钢的强 度，但钢的韧性相对偏低；日本专利JP61099660A采用高Cr、Ni合金设计来改善焊管的耐蚀 性，合金成本较高；中国专利CN200780024813. 2未对N、0等气体元素进行限定，但高的N、 〇含量有损钢的低温韧性和时效性能。
[0007] 在显微组织设计上，现有技术常采用多相组织设计，如中国专利 CN200480037950. 6采用20 %以下的多边形铁素体和80 %以上的贝氏体显微组织设计，由 于有相界面的存在不利于提高钢的冲击韧性，同时相比例的波动易造成性能波动。
[0008] 在制管方式上，现有技术常采用螺旋管、JC0E管以及无缝管等方式，如中国专 利CN200710117991. 1采用双缝焊进行制管，尺寸精度较差，且焊缝较长使用安全性较 差；中国专利 CN100398684、ZL200710185350. X、CN200710185346. 3 均采用 JC0E 制管 方式，而该方式残余应力较高、管型尺寸较差，不利于现场施工和焊接；还有如中国专利 ZL201010112123. 6、CN201010216400. 8均采用螺旋焊制管方式，同样该制管方式无全管扩 径工序，残余应力分布不均匀、管型质量较差，同时焊缝较长，安全可靠性较低。
【发明内容】

[0009] 本发明的目的在于提供一种625MPa级U0E焊管及其制造方法，该焊管屈服强度高 于625MPa、抗拉强度高于700MPa、-20°C低温冲击功高于230J、-20°C DWTT剪切断口面积百 分数大于85 %，同时具有可制造性。该焊管可用于油气输送及高强结构。
[0010] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0011] 本发明625MPa级U0E焊管外径范围为0610?01219、壁厚范围为10.0? 20. 0mm。钢板采用C-Mn-Nb成分体系、低C合金化的成分设计，并采用宽厚板轧机进行原 材料钢板生产，配合合适的控制乳制及DQ+ACC控制冷却工艺，制造出以下贝氏体为主的高 强度高韧原材料钢板；经C、U、0成型及预焊、内焊、外焊、扩径等工序获得具有高强度、高韧 性的U0E直缝焊管。
[0012] 具体的，本发明的一种625MPa级U0E焊管，其化学成分重量百分比为C :0. 015? 0· 080%、Si :0· 1 ?0· 5%、Μη :1· 40 ?2. 20%、P 彡 0· 015%、S 彡 0· 003%、Nb :0· 03 ? 0.10%、11:0.01?0.035%、〇1+附：0.20?0.50%，且〇1/附 ：1?2、0+]\1〇:0.3?0.6%、 Ca :0· 001 ?0· 005%，A1 :0· 02 ?0· 045%，N 彡 0· 010%，0 彡 0· 008%，其余为 Fe 及不可 避免的夹杂。
[0013] 在本发明钢的成分设计中：
[0014] 碳C :最基本的强化元素。碳溶解在钢中形成间隙固溶体，起固溶强化的作用，与 强碳化物形成元素形成碳化物析出，则起到沉淀强化的作用。但太高的C对钢的延性、韧性 和焊接性能不利；c太低降低钢的强度，。所以C制在0. 015?0. 080%。
[0015] 硅Si :固溶强化元素，同时也是钢中的脱氧元素，但含量过高会恶化钢材的焊接 性能，同时不利于轧制过程中热轧氧化铁皮去除，因此含量控制在〇. 1?〇. 5%。
[0016] 锰Μη:通过固溶强化提高钢的强度，是钢中补偿因C含量降低而引起强度损失的 最主要、经济的强化元素。Μη还是扩大γ相区的元素，可降低钢的γ - α相变温度，有助 于获得细小的相变产物，可提高钢的韧性；但Μη是易偏析元素，当Μη含量较高时，在浇铸过 程中Μη易在板厚中心偏析，乳制完成后生成硬相的马氏体组织，降低材料的低温韧性和抗 动态撕裂性能。因此带本发明中Μη含量限定为1.40?2. 20%。
[〇〇17] 铌Nb :Nb是低碳微合金钢的重要元素之一，热轧过程中固溶的Nb应变诱导析出 形成Nb(N，C)粒子，钉扎晶界抑制形变奥氏体的长大，经控制轧制和控制冷却使形变奥氏 体相变为具有高位错密度的细小的产物。此外，固溶的Nb在卷取后，以第二相粒子NbC在 基体内弥散析出，起到析出强化作用。太低的Nb含量弥散析出效果不明显，起不到细化晶 粒、强化基体作用；太高的Nb含量，易产生板坯裂纹，影响表面质量，同时会严重恶化焊接 性能。本发明中Nb含量应限定在0.03?0.10%。
[0018] 钛Ti :是一种强烈的碳氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在钢加热时可以 阻止奥氏体晶粒的长大，在高温奥氏体区粗轧时析出的TiN可有效抑制奥氏体晶粒长大。 另外在焊接过程中，钢中的TiN粒子能显著阻止热影响区晶粒长大，从而改善钢板的焊接 性能同时对改善焊接热影响区的冲击韧性有明显作用。本发明中Ti含量控制在0. 01? 0. 035%。
[0019] 铜、镍（Cu、Ni):可通过固溶强化作用提高钢的强度，同时Cu还可改善钢的耐蚀 性，Ni有利于改善韧性；按一定比例加入Ni可改善Cu在钢中易引起的热脆性，减少板坯裂 纹和翘皮产生。过高的Cu、Ni增加成本且不利于焊接，因此本发明中限制Cu+Ni :0. 20? 0.50%，同时要求Cu/Ni :1?2。
[0020] 铬、Mo(Cr、Mo):提高钢的淬硬性、淬透性的重要元素，有效提高钢的强度，两者可 以复合添加或单独添加，主要起到相变控制和改善厚度方向上的组织性能均匀性。但太高 的铬和锰同时加入钢中，会导致低熔点Cr-Mn复合氧化物形成，在热加工过程中形成表面 裂纹，同时会严重恶化焊接性能；太高的Mo加入增加MA组元的含量，对冲击韧性不利。本 发明规定 Cr+Mo :0. 30 ?0. 60 %。
[0021] 氮N:在微合金化钢中，适当的氮含量可以通过形成高熔点的TiN粒子，起到抑 制再加热过程中板坯晶粒粗化的作用，改善钢的强韧性。但当N含量过高时，时效后高 浓度的自由N原子钉扎位错，使屈服强度明显提高，同时有损韧性。因此本发明中控制 N 彡 0· 010%。
[0022] 氧0 :对于低合金纯净钢冶炼，在冶炼终点均需要进行脱氧处理，以减少浇铸过程 中产生的气泡以及氧化物夹杂，改善钢的内质、提高成品钢板的低温冲击韧性和抗动态撕 裂性能。当氧含量高于80ppm时，夹杂物、气孔等内质缺陷显著增多，所以本发明中控制 0 彡 0· 008%。
[0023] 硫、磷（S、P):是钢中不可避免的杂质元素，希望越低越好。通过超低硫（小于 30ppm)及Ca处理对硫化物进行夹杂物形态控制，同时控制P含量在150ppm以下，可保证发 明钢具有良好的低温冲击韧性。
[0024] 钙（Ca):通过Ca处理可以控制硫化物的形态，改善钢板的各向异性，提高低温韧 性，为确保最佳效果Ca的控制范围为0. 0010?0. 0050%。
[0025] 铝（A1):是为了脱氧而加入钢中的元素，添加适量的A1有利于细化晶粒，改善钢 材的强韧性能，本发明中A1的含量控制范围为0. 02?0. 045%。
[0026] 因此，以晶粒细化、析出强化、相变控制等材料理论为基础，采用了较低的C含量、 高Mn、Cu/Ni/Cr/Mo合金化以及Nb、Ti微合金化的成分设计；并结合控制轧制和控制冷却 的热机械处理工艺，得到以下贝氏体为主的用于制造625MPa级焊管的热轧钢板，具有高强 度、高韧性的力学性能特征。
[0027] 本发明625MPa级U0E焊管的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
[0028] 1)冶炼连铸
[0029] 按上述成分冶炼，经冶炼-LF+RH炉外精炼-连铸，得到200?300mm厚度规格的 连铸板坯；
[0030] 2)加热：板坯再加热温度1070?1200°C ;
[0031] 3)粗乳：粗乳停止温度为> 960 C ;中间述厚：中间述厚4t?8t，t为最终成品钢 板厚度，mm ;
[0032] 4)精轧：终轧温度为730?820°C ;
[0033] 5) DQ直接淬火冷却：终冷温度为350?450°C，冷却速率彡30°C /s ;
[0034] 6) ACC快速冷却：终冷温度为80?350°C，冷却速率彡15°C /s ;
[0035] 7)钢管成型焊接，包括钢管成型一U0成型、钢管焊接；0成型压缩率为0. 18? 0.22%，其中，0成型压缩率=(π X (预焊后外径-壁厚）-铣边后宽度）/铣边后宽 度 Χ100% ;
[0036] 8)扩径Ε成型：对焊接后的钢管全长进行扩径，以满足钢管的最终管型要求，扩径 率范围为0. 8%?1.2%，其中，扩径率=(扩径后钢管外径-扩建前钢管外径）/扩径前钢 管外径X 100%。
[0037] 进一步，步骤7)钢管成型焊接焊前准备，包括：
[〇〇38] 1)引弧板焊接：在钢板四个角部焊接引弧钢板，主要用于焊接时引弧作用；
[0039] 2)铣边、坡口尺寸：通过钢板坡口尺寸设计。
[〇〇4〇] 更进一步，步骤7)钢管成型焊接中焊管成型，包括，
[0041] 1) C成型：又称弯边成型，在弯边成型机上，将钢板的边部通过弯边装置弯曲成所 需的形状，确保〇成型过程中板边的直边段最小；
[0042] 2) U成型：在U成型机上，将预弯边的钢板经一次压制成"U"型；
[0043] 3)0成型：在0成型机上，将U成型后的钢板经一次压制成"0"型；
[0044] 4)高压水冲洗和烘干：将成型后为焊接开缝钢管的内外表面进行高压水冲洗， 去除氧化铁皮、油脂、灰尘等污染；冲洗完成后立即进烘干炉进行烘干处理，烘干温度为 100。。?300。。。
[0045] 又，步骤7)钢管成型焊接中钢管焊接，包括：
[0046] 1)预焊：对0成型后的开缝钢管，使其对边精确对其、定位，并采用C02或Ar+C0 2 保护焊进行连续预焊焊接，以保证后续内焊、外焊过程中电弧稳定，确保最终的焊接质量；
[0047] 2)内焊：
[0048] 对于10. 0?15. 0mm壁厚规格焊管，采用三丝埋弧焊工艺进行钢管内焊焊接，第1 丝为直流反接，第2、3丝为交流，焊丝直径为3. 5?4. 5mm ;第1丝电流为550?650A，电压 为22?30V ;第2、3丝电流为450?600A，电压为30?40V ;
[0049] 对于15. 1?20. 0mm壁厚规格焊管，采用四丝埋弧焊工艺，第1丝电流为直流反 接，第2、3、4丝为交流，焊丝直径为3. 5?4. 5mm ;第1丝为交流反接，电流为1100?1200A， 电压为28?40V ;第2?4丝电流为500?700A、电压为34?42V ;
[0050] 焊接速度均为1. 5?1. 9m/min ;内焊焊剂均需在250?450°C范围内进行烘干，烘 干时间> 2小时；
[0051] 3)外焊：
[0052] 对于10. 0?15. 0mm壁厚规格焊管，采用三丝埋弧焊工艺进行钢管内焊焊接，第1 丝为直流反接，第2、3丝为交流，焊丝直径为3. 5?4. 5mm ;第1丝电流为850?1000A，电 压为30?40V ;第2、3丝电流为450?650A，电压为35?45V ;
[0053] 对于15. 1?20. 0mm壁厚规格焊管，采用四丝埋弧焊工艺，第1丝电流为直流反 接，第2、3、4丝为交流，焊丝直径为3. 5?4. 5mm ;第1丝电流为1100?1200A，电压为28? 40V ;第2?4丝电流为500?700A、电压为34?42V ;
[0054] 焊接速度均为1. 3?1. 8m/min ;外焊焊剂均需在250?450°C范围内进行烘干，烘 干时间> 2小时。
[0055] 另外，焊接后焊缝探伤，包括，
[0056] 焊缝超声探伤：采用超声探伤方法，检测焊后裂纹、分层、未焊透等焊缝缺陷；
[0057] 焊缝X射线探伤：采用X射线探伤方法，检测焊后气泡、夹杂等点状焊缝缺陷。
[0058] 另外，步骤8)扩径后包括如下步骤：
[0059] 9)焊缝超声探伤：采用超声探伤方法，检测扩径后裂纹、分层、未焊透等焊缝缺 陷；
[0060] 10)焊缝X射线检查：采用X射线探伤方法，检测扩径后气泡、夹杂等点状焊缝缺 陷；
[0061] 11)倒棱：对钢管两端进行平头、倒棱处理，为施工现场对焊带来便利；
[0062] 12)管端分层超声探伤：对倒棱后的钢管端部进行超声探伤检验，防止分层缺陷；
[0063] 13)管端磁粉探伤：对倒棱后的钢管端部进行磁粉探伤检验，防止分层缺陷；
[0064] 14)上保护环：对管端进行保护，确保钢管现场施工过程中的对焊质量。
[0065] 在上述制板工艺设计中，本发明产品采用强冷+弱冷（DQ+ACC)的工艺进行控制， DQ强冷的停止温度为350?450°C，主要是通过高冷速抑制发生中温转变，避开大的热换 系数波动温度区间，有利于改善板型，并获得具有更高强韧性匹配的低温相变产物；ACC弱 冷停冷温度为80?350°C，主要是通过低冷速获得稳定的停冷温度，促进低温相变进行，以 获得单一的下贝氏体组织，从而获得较优的强度和韧性匹配。在上述成型工艺设计中，通过 〇(压缩变形）、E (拉伸变形）成型过程中的压应力和拉应力相互作用，提高焊管的圆度，并 减少残余应力。
[〇〇66] 本发明与现有专利相比不同之处在于：
[0067] 中国专利CN200710117991. 1公开的采用双缝埋弧制造直缝焊管的方法，其采用 宽度为钢管周长1/2的两块钢板，利用双面埋弧焊方法首先进行两块钢板沿纵向边拼接， 然后采取常用的直缝埋弧焊钢管生产工艺进行钢管制作。或者将两块钢板分别进行C成 型，制成C形半管。将两个C形半管组对定位焊成0形圆管，然后进行两道焊缝的焊接。经 过扩径、无损检测，完成石油、天然气输送的双缝埋弧焊管制作，从而起到降低制管板材的 制造难度，生产大口径及壁厚的质量优良的钢管。本发明在制管方法上采用C、U、0、E成型 工艺及单缝直缝埋弧焊方法进行焊接，与该专利在制管工艺上存在显著差异。
[0068] 中国专利CN100398684提供一种X120管线钢所制直缝埋弧焊管及其制造工艺，其 采用含B微合金化成分设计及控轧工艺制造高强度的X120钢板，经铣边、预弯、JC0成型、 预焊、内焊、外焊、扩径、倒棱等工序制呈直缝埋弧焊管。本发明采用不含B的成分设计方法 及TMCP工艺制造了具有一定强度和韧性的钢板，并采用U0E工艺进行焊管制造，制造的焊 管屈服强度达到625MPa及更高的强度和优异的冲击韧性；同时相对于JC0E成型工艺具有 更优的椭圆度和残余应力分布。
[0069] 日本专利JP61099660A介绍了一种高耐蚀性焊管及其制造方法。通过采用低C、 高Cr (18?25% )、高Ni (27?40% )成分设计可以获得高耐蚀性焊管用钢板，并可用于焊 管制造。本发明采用低C微合金的成分设计方法和控轧控冷工艺来制造高强度和高韧性钢 板，Cr、Ni含量远低于该专利的下限，同时采用U0E工艺进行焊管制造。。
[0070] 中国专利ZL200710185350. X公开一种X100直缝埋弧焊管的制造方法，采用低碳 微合金化的原材料钢板，经过JC0成型工序制造的直缝焊管具有高强度高韧性的力学特 征。本发明采用U0E制管工艺，可以获得更优的管型质量和残余应力分布，有利于后续施工 和焊接。与该专利存在成型方式上有较大差异。
[0071] 中国专利ZL201010112123. 6公开了一种X100螺旋埋弧焊管的制造方法，其采用 低碳微合金化的原材料钢板，经过连续螺旋成型和螺旋埋弧焊工艺，制造的焊管具有高强 度高韧性的力学特征，该专利主要侧重制管工艺技术，原材料钢板的成分设计主要采用较 高Μη的成分设计方法。本发明采用U0E制管工艺，可以获得更优的管型质量和残余应力分 布，有利于后续施工和焊接。与该专利在原材料型式、成型及焊接方式上均存在较大差异。
[0072] 中国专利CN200780024813. 2提出了一种本发明提供一种钢管的ΗΑΖ的韧性降低 的低温韧性优良的管线管用高强度钢管及其制造方法，还提供用作管线管用高强度钢管 的坯料的管线管用高强度钢板及其制造方法。在成分设计上未添加Cu、Ni、Cr等元素，且未 对N、0含量进行限制。本发明在成分设计上采用了 Cu、Ni、Cr合金化，同时对N、0的上限进 行了限制；并采用U0E制管工艺进行焊管制造，可以获得更优的管型质量和残余应力分布， 有利于后续施工和焊接。与该专利在成分设计及制管方式上有较大差异。
[0073] 中国专利CN200480037950. 6提供一种低温韧性优异的高强度厚壁管线管用焊接 钢管及其制造方法，将母材钢板成形为管状之后进行焊接，母材钢板的金属组织包含20% 以下的多边形铁素体和80%以上的贝氏体，有效晶体粒径为20 μ m以下，同时可使焊接热 影响区的有效晶体粒径为150 μ m以下。本发明原材显微组织主要为全贝氏体显微组织；并 采用U0E制管工艺进行焊管制造，可以获得更优的管型质量和残余应力分布。与该专利在 显微组织设计及制管方式上有较大差异。
[0074] 中国专利CN200710185346. 3公开了一种X80管线钢JC0E直缝埋弧焊管的制 造方法，它应用于制造高强度高韧性石油天然气的输送管路。该方法包括使用化学成分 为 C0. 03 ?0· 05 %、SiO. 20 ?0· 30 %、Mnl. 65 ?1. 75 %、P 彡 0· 01 %、S 彡 0· 005 %、 Nb+TiO. 10?0· 15%、Ni+Cr+CuO. 5?0· 7%的ΗΤΡ Χ80控轧钢板；钢板经铣边、弯边、多 道次压下的"JC0"成型工艺、气体保护预焊、内焊、外焊、扩径、超声波检查、X射线检查、水 压试验、管端到棱、超声波检查、X射线检查等工序制造成高强度高韧性的石油天然气输送 管。钢管的内外焊采用四丝串列埋弧自动焊，并通过选择适合的焊丝、焊剂，控制焊接工艺 参数，从而控制焊缝的成分、组织，使焊缝的性能到达X80性能要求。本发明采用较高Μη以 及Nb+V < 1. 0 %的成分设计，同时采用U0E制管工艺，可以获得更优的管型质量和残余应力 分布，有利于后续施工和焊接。与对比该存在成分设计、成型方式上有较大差异。
[0075] 美国专利US6464802提出了一种高Cr管线管的制造方法，通过采用< 0.02%低 C、< 0. 3% Nb和10%?14%高Cr的成分设计方案，以改善热影响区韧性和热加工性能，属 于不锈钢系列钢管产品。与本发明提出的高强度低C合金钢管为完全不同的产品类型。
[0076] 日本专利JP63250418A提出了一种高强度低屈强比无缝管线管的制造方法，其成 分设计以C-Mn为基础成分，添加适量的Nb微合金化，经过热轧后直接冷却到室温，且在? 600°C温度范围内的冷速为5?30°C /s，可以得到屈强比彡0. 85%的无缝管线管。本发明 钢板采用微合金化成分设计方法和控轧控冷工艺进行制造，并且采用U0E工艺进行直缝埋 弧焊管制造。与该专利相比，在成分设计和制管方式上存在较大差异。
[0077] 本发明具有如下特点：
[0078] (1)本发明采用低C微合金化成分设计和下贝氏体显微组织设计，有效晶粒尺寸 在3μπι及以下，以获得高强度、高的低温冲击韧性和良好的抗动态撕裂性能；
[0079] (2)采用较低合金化设计，通过强化的轧制和冷却工艺，在保证性能的同时降低了 生产成本；
[0080] (3)采用低S、低P设计，以保证开发钢具有优良的纯净度，提高低温冲击韧性；
[0081] (4)在冷却工艺控制上，采用强冷+弱冷（DQ+ACC)工艺，以获得所需的相变组织类 型，同时起到改善板型的作用；
[0082] (5)本发明采用C、U、0、E成型工艺进行成型，并采用合适的工艺进行焊接，实现优 异的力学性能和管型精度匹配。
[0083] 与现有生产钢管相比，本发明的U0E焊管性能达到以下要求：
[0084] 拉伸性能：屈服强度RpO. 2彡625MPa，抗拉强度Rm彡700MPa ;延伸率 A50 8 彡 15% ;-2(TC冲击功：AKv 彡 230J ;-2(TC DWTT(Drop Weight Tear Test，落锤撕裂测 试）性能：SA%彡85%。 【专利附图】

【附图说明】
[0085] 图1为本发明实施例钢的典型显微组织。 【具体实施方式】
[0086] 下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
[〇〇87] 按照本发明钢化学成份要求，设计实施例的化学成分，如表1所示。表2为本发明 实施例轧制及制管工艺路径。按上述成份和工艺设计，各实施例得到的力学性能如表3所 /_J、1 〇
[0088] 可见，按照本发明设计的成分和工艺，都可达到目标性能要求，具有良好的综合力 学性能，且碳当量较低，有利于改善钢管成型焊接及现场环焊焊接性能。另外本发明成分简 单，工艺窗口较宽，具有较强的可制造性。
[0089] 对于625MPa级超高强度U0E焊管，可应用于天然气输送管道建设，也可用于海洋 平台及其它结构件建造。对于长输管道建设而言，625MPa级超高强度焊管不仅可以减少 用钢量，同时可以提高输送压力，有利于提升管道的输送能力；对于结构件应用，同样可以 减少用钢量，同时具有更高的承载能力，适用于更大型的装备建造。此外，625MPa级超高强 焊管在海洋平台结构件及油气输送管道领域的应用，符合世界低碳经济及可持续发展的需 求，具有良好的应用前景。
[0090]
【权利要求】
1. 一种625MPa级UOE焊管，其化学成分重量百分比为C :0. 015?0. 080%、Si :0. 1? 0· 5%、Μη :1· 40 ?2. 20%、P 彡 0· 015%、S 彡 0· 003%、Nb :0· 03 ?0· 10%、Ti :0· 01 ? 0· 035 %、Cu+Ni :0· 20 ?0· 50 %，且 Cu/Ni :1 ?2、Cr+Mo :0· 3 ?0· 6 %、Ca :0· 001 ? 0· 005%，A1 :0· 02?0· 045%，N彡0· 010%，0彡0· 008%，其余为Fe及不可避免的夹杂。
2. 如权利要求1所述的625MPa级U0E焊管的制造方法，其特征是，包括如下步骤： 1) 冶炼连铸 按权利要求1所述的成分冶炼，经冶炼-LF+RH炉外精炼-连铸，得到200?300mm厚 度规格的连铸板坯； 2) 加热：板坯再加热温度1070?1200°C ; 3) 粗轧：粗轧停止温度为> 960°C冲间坯厚：中间坯厚4t?8t，t为最终成品厚度， mm ； 4) 精轧：终轧温度为730?820°C ; 5. DQ直接淬火冷却：终冷温度为350?450°C，冷却速率彡30°C /s ; 6. ACC快速冷却：终冷温度为80?350°C，冷却速率彡15°C /s ; 7) 钢管成型焊接，包括钢管成型一U0成型、钢管焊接；0成型压缩率为0. 18?0. 22%， 其中，〇成型压缩率=(η X (预焊后外径-壁厚）_铣边后宽度）/铣边后宽度X100% ; 8) 扩径即Ε成型：对焊接后的钢管全长进行扩径，以满足钢管的最终管型要求，扩径率 范围为0. 8%?1. 2%， 其中，扩径率=(扩径后钢管外径-扩建前钢管外径）/扩径前钢管外径Χ100%。
3. 如权利要求1所述的625MPa级U0E焊管及其制造方法，其特征是，步骤7)钢管成型 焊接焊如准备，包括： 1) 引弧板焊接：在钢板四个角部焊接引弧钢板，主要用于焊接时引弧作用； 2) 铣边、坡口尺寸：通过钢板坡口尺寸设计。
4. 如权利要求1所述的625MPa级U0E焊管及其制造方法，其特征是，步骤7)钢管成型 焊接中焊管成型，包括， 1. C成型：又称弯边成型，在弯边成型机上，将钢板的边部通过弯边装置弯曲成所需的 形状，确保〇成型过程中板边的直边段最小； 2. U成型：在U成型机上，将预弯边的钢板经一次压制成"U"型； 3) 0成型：在0成型机上，将U成型后的钢板经一次压制成"0"型； 4) 高压水冲洗和烘干：将成型后为焊接开缝钢管的内外表面进行高压水冲洗，去除氧 化铁皮、油脂、灰尘等污染；冲洗完成后立即进烘干炉进行烘干处理，烘干温度为l〇〇°C? 300。。。
5. 如权利要求1所述的625MPa级U0E焊管及其制造方法，其特征是，步骤7)钢管成型 焊接中钢管焊接，包括： 1) 预焊：对〇成型后的开缝钢管，使其对边精确对其、定位，并采用C02或Ar+C02保护 焊进行连续预焊焊接，以保证后续内焊、外焊过程中电弧稳定，确保最终的焊接质量； 2) 内焊： 对于10. 0?15. 0mm壁厚规格焊管，采用三丝埋弧焊工艺进行钢管内焊焊接，第1丝为 直流反接，第2、3丝为交流，焊丝直径为3. 5?4. 5mm ;第1丝电流为550?650A，电压为 22?30V ;第2、3丝电流为450?600A，电压为30?40V ; 对于15. 1?20. 0mm壁厚规格焊管，采用四丝埋弧焊工艺，第1丝电流为直流反接，第 2、3、4丝为交流，焊丝直径为3. 5?4. 5mm;第1丝为交流反接，电流为1100?1200A，电压 为28?40V ;第2?4丝电流为500?700A、电压为34?42V ; 焊接速度均为1. 5?1. 9m/min ;内焊焊剂均需在250?450°C范围内进行烘干，烘干时 间> 2小时； 3)外焊： 对于10. 0?15. 0mm壁厚规格焊管，采用三丝埋弧焊工艺进行钢管内焊焊接，第1丝为 直流反接，第2、3丝为交流，焊丝直径为3. 5?4. 5mm ;第1丝电流为850?1000A，电压为 30?40V ;第2、3丝电流为450?650A，电压为35?45V ; 对于15. 1?20. 0mm壁厚规格焊管，采用四丝埋弧焊工艺，第1丝电流为直流反接，第 2、3、4丝为交流，焊丝直径为3. 5?4. 5mm ;第1丝电流为1100?1200A，电压为28?40V ; 第2?4丝电流为500?700A、电压为34?42V ; 焊接速度均为1.3?1.8m/min ;外焊焊剂均需在250?450°C范围内进行烘干，烘干时 间> 2小时。
6. 如权利要求1所述的625MPa级UOE焊管及其制造方法，其特征是，焊接后焊缝探伤， 包括， 焊缝超声探伤：采用超声探伤方法，检测焊后裂纹、分层、未焊透等焊缝缺陷； 焊缝X射线探伤：采用X射线探伤方法，检测焊后气泡、夹杂等点状焊缝缺陷。
7. 如权利要求1所述的625MPa级UOE焊管及其制造方法，其特征是，步骤8)扩径后包 括如下步骤： 8) 焊缝超声探伤：采用超声探伤方法，检测扩径后裂纹、分层、未焊透等焊缝缺陷； 9) 焊缝X射线检查：采用X射线探伤方法，检测扩径后气泡、夹杂等点状焊缝缺陷； 10) 倒棱：对钢管两端进行平头、倒棱处理，为施工现场对焊带来便利； 11) 管端分层超声探伤：对倒棱后的钢管端部进行超声探伤检验，防止分层缺陷； 12) 管端磁粉探伤：对倒棱后的钢管端部进行磁粉探伤检验，防止分层缺陷； 13) 上保护环：对管端进行保护，确保钢管现场施工过程中的对焊质量。
【文档编号】F16L9/17GK104089109SQ201410306696
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】章传国, 郑磊, 张备, 黄卫锋, 吴扣根, 徐国栋 申请人:宝山钢铁股份有限公司