专利名称：X120钢级螺旋缝埋弧焊管的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种螺旋缝埋弧焊管及其制造技术，用作石油天然气输送管，尤其是高强度X120钢级螺旋缝埋弧焊管的制造方法。
背景技术：
螺旋缝埋弧焊管是将钢卷板按一定的曲率半径进行螺旋弯曲后沿钢板对接的缝隙焊接在一起制成的。由于螺旋缝埋弧焊管具有投资低、生产品种多等优点，因此成为目前国内使用量最多的一种钢管制造方法。但由于其成型的方式、以及长期来钢管强度都比较低等限制，对高强度钢管的生产很少。目前，螺旋缝埋弧焊管所生产的钢管所用钢材均未超过XlOO钢级。随着管线建设向长距离、高压力、大口径的发展，使钢管的强度要求显著增加。例如用X120高强度管线钢卷板制作螺旋缝埋弧焊管目前还没有公开的技术研究。目前的生产方式在生产高强度螺旋缝埋弧焊管时仍存在很多问题，主要表现在随着钢的强度增加，钢带在成型器中，尤其是递送边一侧带钢边缘变形不充分，同时目前普遍采用的剪边工艺还会造成板边的下翻边现象，在随后的工序中如不进行矫正，生产中在成型咬合时容易出现噘嘴、成型缝内紧外松、错边等缺陷，甚至会造成焊缝微裂纹等致命缺陷；卷板自身存在的月牙弯等问题，突出地影响了钢管的成型稳定性，使钢管的周长和椭圆度变化较大，不能有效保证钢管外形尺寸的稳定性，给钢管现场对接施工造成一定的影响；随着钢级的提高，尤其是到X120超高强度钢级，对应力集中和残余应力的控制更加敏感；另外，随钢的强度增加，使焊接过程变得更加困难，如何控制焊接接头的组织和性能也是需要解决的一个关键问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种X120钢级螺旋缝埋弧焊管的制造方法，采用该方法制造的螺旋缝埋弧焊管管体强度大大提高，生产成本降低。为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是一种X120钢级螺旋缝埋弧焊管的制造方法，该螺旋缝埋弧焊管管体主要化学成分的重量百分含量为C 0.035 0. 055%, Si 0. 20 0. 25%，Mn 1. 9 2. 0%，P 彡 0. 010%，S 彡 0. 002%，Ni 0. 35 0. 45%,Cr、01禾日] 0均为 0.2 0.3%，Nb 0.07 0.09%，V 0· 03 0· 04%，Ti 0. 01 0. 016%, A10. 03 0. 05 %，N 彡 0. 006 %，B 0. 0008 0. 001 %，余量为 Fe，其中 CEpcm 0. 20 0. 22%,CEllff 0. 52 0. ；该制造方法的加工工序包括开卷，矫平，铣边，预弯， 成型，内焊和外焊、或预精焊，母材分层和焊缝超声波探伤和焊缝X射线探伤，管端扩径，水压试验，焊缝超声波探伤，管端X射线探伤，管端倒棱，成品检查；所述预精焊工序包括预焊，预焊修补，引熄弧板焊接，内焊和外焊，引熄弧板切割。其中上述焊接步骤时采用内焊和外焊工艺，或者采用预精焊工艺均可，两种方法选择一种即可。上述预弯工序中控制焊管撅嘴< 1. Omm,成型工序中控制错边< 1. Omm,当采用内焊和外焊时残余应力控制允许最大弹复值《孔尔次吉特计算值，当采用预精焊时残余应力控制< 1. 5倍孔尔次吉特计算值。上述预焊的工艺为焊速2. 5 3. 5 m/min，焊丝直径2. 5mm，焊接电流560 600A、电压V = 26 28V ；所述内焊和外焊均采用高强度和高韧性的焊剂和焊丝，其工艺采用双丝串列埋弧自动焊，其中内焊的工艺为第一丝为直流，其电流I = 950 1150A、 电压V = 31 33V，第二丝为交流，其电流I = 430 470A、电压V = 35 37V，焊丝间距 d = 12 16mm，焊接速度V = 1. 4 1. 6m/min ；所述外焊工艺为第一丝为直流，其电流 I = 1050 1250A、电压V = 33 :35V，第二丝为交流，其电流I = 400 450A、电压V = 35 37V，焊丝间距d = 14 18mm，焊接速度V = 1. 4 1. 6m/min,钝边尺寸为4 6mm， 坡口角度70° 90°，焊缝余高1 2mm;焊缝的主要化学成分的重量百分含量控制如下 B 0. 001 0. 002%, C 0. 04 0. 06%, Si 0. 30 0. 40%, Mn 1. 90 2. 1%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 005%, N 彡 0. 009%, Ti、Al 和 V 0. 02 0. 03%, NbO. 04 0. 07%, Cr 和 Cu 0. 2 0. 3%, Mo 和 NiO. 3 0. 4%,其余为 Fe。本发明方法与现有的加工螺旋缝埋弧焊管的工艺相比主要体现在以下方面 优化了坡口钝边尺寸钝边4 6mm，坡口角度70° 90°，减少了钝边尺寸，减小焊
接线能量，降低焊接热输入对焊接热影响区组织和性能的影响，提高焊缝热影响区的性能。预弯工序的工艺为采用预弯机对卷板的递送边和自由边进行预弯边，预弯边的尺寸为半径680mm、长度100 130mm，以确保焊管撅嘴< 1. 0mm。在大直径、高钢级的螺旋缝埋弧焊管的成型过程中，合口对缝两侧的带钢的边部通常以圆弧曲线过渡或微内张口较为适宜；钢带在成型器中，尤其是递送边一侧，机臂需给内焊装置预留空间，端头成型辊距板边至少50mm。若不使用弯边辊，将造成带钢边缘变形不充分；有时剪边工序还会造成板边的下翻边现象，生产中容易造成成型咬合时出现噘嘴、 成型缝内紧外松、错边等缺陷，严重影响钢管外观质量和以后的焊接工序，甚至会造成焊缝微裂纹等致命缺陷，无法在以后的工序予以消除，严重影响钢管的质量，造成钢管合格率下降。因此针对F1420X15. 3mm的高强度X120钢级管线钢的屈服强度，通过放样、弹性力学分析等手段，优化成型参数，有效消除了错边等成型缺陷，使钢管成型焊接质量得到明显提高。确保成型控制错边< 1.0mm，残余应力控制允许最大弹复值《孔尔次吉特计算值，预精焊时残余应力控制< 1. 5倍孔尔次吉特计算值。由于钢管所用的母材是低碳微合金化的高强度钢，其碳当量CE II W达到了 0. 52% 以上，焊接时具有一定的难度。在焊接过程中，为控制焊接接头的性能和焊接质量，通过实验研究，确定了内焊和外焊均采用双丝串列埋弧自动焊接工艺。采用降低内外焊1丝焊接电流，减少热输入量，控制晶粒尺寸，保证冲击韧性；充分排气、排渣，获得良好的焊缝形状， 优良的质量。经过不断的摸索，确定预焊工艺为焊速2. 5 3. 5 m/min，焊丝直径2. 5mm，焊丝牌号JTL-80焊接电流560 600A、电压V =沈 28V ；内焊工艺为采用双丝串列埋弧自动焊，第一丝为直流，其电流I = 950 1150A、电压V = 31 33V ；第二丝为交流，其电流 I = 430 470A、电压V = 35 37V ；焊丝间距d = 10 14mm，焊接速度V = 1. 4 1. 6m/ min。外焊工艺为采用双丝串列埋弧自动焊，第一丝为直流，其电流I = 1050 1250A、电压V = 33 :35V ；第二丝为交流，其电流I = 400 450A、电压V = 35 37V ；焊丝间距d =12 16mm，焊接速度V = 1. 4 1. 6m/min。实际生产中，采用先混合气体保护焊预焊， 再内外埋弧焊精焊的预精焊方法，对消除超高强度X120钢级对应力集中和残余应力敏感引起的焊接裂纹有很好的效果。采用上述工艺，综合母材、焊丝和焊剂化学成分焊接接头性能要求科学合理匹配， 内焊、外焊工艺均采用高强度、高韧性，且与X120钢级卷板、焊接参数、坡口尺寸、埋弧焊焊剂和焊丝相匹配的焊接技术，从而降低热输入量、应力集中，控制焊缝的成分，使焊缝性能达到X120的性能要求。焊缝的主要成分在如下的范围(重量):B 0. 001 0. 002%, C 0. 04 0. 06%, Si 0. 30 0. 40 Mn 1. 90 2. 1%，P^O. 015%, S^O. 005%, N 彡 0.009%, Ti、 Al 和 V 0. 02 0. 03%, NbO. 04 0. 07%, Cr 和 Cu 0. 2 0. 3%, Mo 和 NiO. 3 0. 4%,其余为狗。焊接后焊缝获得的金相组织以贝氏体为主，从而保证焊缝熔敷金属具有高的强度和韧性配合以及内在质量和理化性能。采用上述技术方案所产生的有益效果在于本发明制造方法与制造普通螺旋缝埋弧焊管相比，首先是优化了螺旋缝埋弧焊焊管的管体化学成分，采用了添加微量的B的合金体系，大大提高了管体强度，降低了合金含量，不仅可以降低生产成本，并且可以有效的改善超高强度管线钢的焊接性。其次是优化了预弯、成型和焊接工艺，有效降低了焊接接头错边、撅嘴、焊管残余应力，焊缝余高、焊接热输入量，晶粒尺寸，焊接参数和焊接材料匹配更加科学合理，成功的解决了高强度的X120钢级螺旋缝埋弧焊管生产制造中成型稳定性差，对焊接热输入量、应力集中和残余应力更加敏感，焊接接头容易产生裂纹，晶粒粗大，焊接接头导向弯曲开裂、冲击韧性和抗拉强度低，难以满足技术要求等技术难题。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。实施例1
本实施例X120钢级螺旋缝埋弧焊管所用板卷的主要化学成分如表1所示，力学性能如表表2所示，钢板的厚度为15. 3mm，钢管的外径为F1420mm。本埋弧焊管的制造工艺步骤如下
1、板卷经开卷、矫平；
2、铣边先粗铣，将板边宽度铣削掉10 20mm；然后精铣X型坡口，即将钢板卷两个对接的板边分别开出钝边尺寸为5mm、坡口角度为35°的坡口，钢板的两个边对接后形成 70°的X形坡口 ；
3、预弯在二辊弯边机上对卷板的递送边和自由边进行预弯边，使半径尺寸为 680mm ；长度 100 130mm，撅嘴彡 1. Omm ；
4、成型将经过上述预弯边的带钢在三辊成型器卷制成直径为F1016mm的螺旋状圆筒，错边< 1.0mm，残余应力控制允许最大弹复值< 100mm，预精焊时残余应力控制 ^ 150mm ；
5、焊接沿钢管圆筒的接缝进行内焊和外辉，焊接工艺参数如表3和4，焊缝的主要化学成分如表5，力学性能如表7，焊缝余高1 2mm，推荐采用预精焊方法；
7、探伤母材分层和焊缝超声波检查，焊缝X射线检查；
6、管端扩径在钢管管端300mm范围内进行冷扩径，最大扩径量为直径的0.6%，管端周长偏差士 1. 5mm，椭圆度偏差士2mm，扩径段与未扩径段应平滑过渡；
8、水压试验；9、对焊缝进行超声波探伤和管端X射线探伤；
10、管端倒棱对钢管的端部棱边进行倒钝；
11、成品检查。表6给出的是本实施例1的钢管实物的主要性能检测结果和X120钢级螺旋缝埋弧焊管的主要性能要求，由表可见，利用本发明的技术制造的螺旋缝埋弧焊管达到了 X120 钢级螺旋缝埋弧焊管的技术要求。表1板卷的主要化学成分(wt.%，重量百分含量)
权利要求
1.一种X120钢级螺旋缝埋弧焊管的制造方法，该螺旋缝埋弧焊管管体主要化学成分的重量百分含量为C 0. 035 0. 055%，Si 0. 20 0. 25 %，Mn 1.9 2.0%， P^O. 010%,S^O. 002%,Ni 0. 35 0. 45%，Cr、Cu 和 Mo 均为 0.2 0.3%，Nb 0. 07 0. 09%, V 0. 03 0. 04%，Ti 0. 01 0. 016%，A10. 03 0. 05%，N彡 0. 006%，B 0. 0008 0. 001%，余量为佝，其中CEpcm 0. 20 0. 22%,CEllff 0. 52 0. 54%;其特征在于该制造方法的加工工序包括开卷，矫平，铣边，预弯，成型，内焊和外焊、或预精焊，母材分层和焊缝超声波探伤和焊缝X射线探伤，管端扩径，水压试验，焊缝超声波探伤，管端X射线探伤， 管端倒棱，成品检查；所述预精焊工序包括预焊，预焊修补，引熄弧板焊接，内焊和外焊， 引熄弧板切割。
2.根据权利要求1所述的X120钢级螺旋缝埋弧焊管的制造方法，其特征在于，所述预弯工序中控制焊管撅嘴< 1.0mm，成型工序中控制错边< 1.0mm，当采用内焊和外焊时残余应力控制允许最大弹复值<孔尔次吉特计算值，当采用预精焊时残余应力控制< 1. 5倍孔尔次吉特计算值。
3.根据权利要求1或2所述的X120钢级螺旋缝埋弧焊管制造方法，其特征在于所述预焊的工艺为焊速2. 5 3. 5 m/min，焊丝直径2. 5mm，焊接电流560 600A、电压V = 26 28V ；所述内焊和外焊均采用高强度和高韧性的焊剂和焊丝，其工艺采用双丝串列埋弧自动焊，其中内焊的工艺为第一丝为直流，其电流I = 950 1150A、电压V = 31 33V， 第二丝为交流，其电流I = 430 470A、电压V = ；35 37V，焊丝间距d = 12 16_，焊接速度V= 1.4 1.6m/min ；所述外焊工艺为第一丝为直流，其电流I = 1050 1250A、电压V =33 :35V，第二丝为交流，其电流I = 400 450A、电压V = ；35 37V，焊丝间距d = 14 18謹，焊接速度V= 1.4 1.6m/min，钝边尺寸为4 6謹，坡口角度70° 90°，焊缝余高1 2mm ；焊缝的主要化学成分的重量百分含量控制如下B 0. 001 0. 002%, C 0. 04 0. 06%, Si 0. 30 0. 40%, Mn 1. 90 2. 1%，P^O. 015%, S^O. 005%, N 彡 0.009%, Ti、 Al 和 V 0. 02 0. 03%, NbO. 04 0. 07%, Cr 和 Cu 0. 2 0. 3%, Mo 和 NiO. 3 0. 4%,其余为i^e。
全文摘要
本发明公开了一种X120钢级螺旋缝埋弧焊管的制造方法，其将该螺旋缝埋弧焊管管体的各化学成分含量进行了优化设计，加入了微量的B元素，该制造方法的加工工序包括开卷，矫平，铣边，预弯，成型，内焊和外焊、或预精焊，母材分层和焊缝超声波探伤和焊缝X射线探伤，管端扩径，水压试验，焊缝超声波探伤，管端X射线探伤，管端倒棱，成品检查。采用该方法制造的高强度螺旋缝埋弧焊管管体强度大大提高，制造过程中的成型稳定性大大提高，并且有效的降低了生产成本。
文档编号B23K9/18GK102205458SQ20111011538
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者吴新朗, 孔祥志, 孙宏, 张永青, 李延丰, 李建一, 李明, 李永东, 李海波, 武军宽, 王超, 田鹏, 申立群 申请人:中国石油集团渤海石油装备制造有限公司, 华油钢管有限公司, 首钢总公司