本发明涉及一种适合于油气输送用x90钢级φ1524mm超大口径20mm以上厚壁螺旋埋弧焊接钢管及其制造方法，本发明提供方法可有效解决在x90钢级φ1524mm超大口径20mm以上厚壁螺旋焊管连续生产过程中成型稳定性差和焊接接头性能难以满足技术要求等技术难题，并保证该产品生产效率达到1.5m/min以上。
背景技术：
二十一世纪以来，以天然气长输管道的建设为标志，输送管道技术有了飞跃式的发展。随着天然气需求量的大幅增长,为了节省管道工程的建设投资成本,在在更加经济和合理管道的基础上，提高管道年输气量将使得设计输气量大幅提高。目前，随着我国西气东输二线、三线工程的建成投运，为了满足国内外增产天然气输送及下游用户对能源快速增长要求，我国管道年输气能力将达到或超过300亿m3/a，使得我国天然气增长量得到了巨大的提升。但是，天然气在我国一次能源中比重仍然还很低，不足5％，相比国际水平低约20个百分点，全国13亿人口中只有14％的人用上了天然气，天然气普及率还远远不够。在未来10至20年内,天然气的需求量仍将保持增长势头,占一次能源消费总量的比重将从目前的近4％增加到10％，到2020年时,天然气消费量将达到3000亿立方米。
据此，需要将后续规划建设的管道年输气能力提升到500亿m3/a以上，结合目前现状，现阶段我们只能通过增大管径、提高管材钢级、更高的设计系数、提高压力途径可以达到年输气量的进一步提高：若继续采用x80成熟规格钢管，管径最大为od1422mm钢管，如将输送压力提高至15mpa，钢管最小壁厚将达到26.7mm(一类地区)，最大壁厚将达到38.4mm(三类地区)，超出国内焊管制造能力，焊管及配套管件的制造难度极大；若进一步提高钢级至x90，同时可以起到提高管道输送压力，也可以达到提高输送效益，且能在一定程度上解决了厚壁管的制造难题，目前该钢级各管厂及钢铁企业均已有批量制造经验，具备一定的可行性。若在此基础上进一步提高管径至od1524mm,既可以提高管道输气压力，又可以提高管道输送量，一类地区钢管壁厚在20mm左右，可螺旋钢管批量生产，直缝钢管因钢厂轧制能力所限无法实现生产，不具备工程应用条件，而螺旋焊管产品生产应用方面却具有较大优势；
随着钢级及壁厚的增加，对于x90钢级厚壁螺旋埋弧焊管制造过程中铣边、成型、焊接等主要生产工序带来更大的难度，从而影响钢管质量以及机械性能，尤其对钢管的焊缝质量难以保证，例如，随着钢壁厚度的增加，铣边机铣削带钢边缘和坡口比较吃力，容易磨损刀具，特别是在螺旋埋弧焊管焊接时坡口设置不合理，严重引起了埋弧焊缝质量缺陷增加，由此而降低了钢管焊缝质量；另外，随着钢壁厚度及管径尺寸的增加，埋弧焊缝的焊接难度也随之增加，同时，对于焊接接头组织的影响作用也随之增大，若对埋弧焊缝的焊接参数设置不恰当的话，会影响钢管埋弧焊缝的形貌与机械性能。
技术实现要素：
本发明设计一种本发明涉及一种适合于超高压油气输送用x90钢级φ1524mm超大口径20mm以上厚壁螺旋埋弧焊接钢管及其制造方法，可有效解决在x90钢级φ1524mm超大口径20mm以上厚壁螺旋焊管连续生产过程中成型稳定性差和焊接接头性能难以满足技术要求等技术难题，并保证该产品生产效率达到1.3m/min以上。具体方案为：
该螺旋焊管的主要化学成分重量百分比组成：c0.05～0.10、si0.20～0.26、mn1.5～2.0、ni0.15～0.30、cr0.20～0.30、cu0.10～0.25、mo0.20～0.30、nb0.05～0.12、ti0.010～0.025、p≤0.008、s≤0.003，余量为fe，ce(pcm)≤0.20，该制造方法主要工序为：拆卷、矫平、对接、铣边、成型、预焊、内外精焊、管端扩径、x射线连续检测、静水压试验、超声波探伤、管端倒棱、管端拍片及成品称重、测长，卷板对接增加了飞焊小车，可实现连续生产；成型后增加了预焊工序，可实现5m/min以上连续高速生产，避免了成型工艺对钢管焊接质量的影响。
上述的卷板对接工序具体包括板带坡口加工装置、自动对中装置及焊接装置。其中,所述的坡口加工装置，按照预先设定的工艺参数在沿宽度方向的板厚上下位置处加工“y”形坡口，坡口角度为100.55°～101.45°，坡口深度为16.5mm～17.0mm；钝边大小3.3～3.8mm,预留间隙2-3mm；所述自动对中装置，通过光电感应及跟踪仪器设备正确定位板带头尾所在位置，按照755mm为定位中心，使用板带空间位置为参照，借助数值模拟计算分析寻找出待用板带对接几何空间位置，利用两侧立辊及上下压辊精密液压调整装置反复进行纠偏，保证两板带达到精确对正；所述焊接装置，采用双丝串列埋弧自动焊工艺，对对接板带进行焊接，并通过背部惰性气体的陶瓷衬垫达到单面焊接双面成型，焊接第一丝采用直流反接，焊接工艺参数为：电流i＝800～1000a，电压u＝31～33.5v；第二丝采用交流，焊接工艺参数为：电流i＝600～800a，电压u＝33～36v，与前丝间距为8～10mm，焊接速度v＝0.5-0.8m/min；保护气体采用纯度为99.9％的氩气,气体流量为70～89l/min。
上述铣边工序具体包括：先粗铣“i”形坡口，然后精铣成“x”形坡口，上坡口角度为30.75°～31.25°，上坡口深度为5.20mm～6.50mm；钝边大小8～10mm,下坡口的角度为30.75°～31.25°；
上述成型工序的工艺为：采用三辊成型及外控式可调协助成型方式；按照68°53″的成型角在三辊成型器内将所的带钢制成直径为1524mm的螺旋状圆筒；各成型辊的参数设置为：内成型辊角度为69°35″，外成型辊角度为70°11″，1#辊包角为20°32″、开档为153.0mm，3#辊包角为23°45″、开档为211.0mm；根据钢管管径精度要求及卷板实物强度水平调整2#辊压下量在27～35mm。
上述预焊工序采用熔化极混合气体保护焊对钢管内侧焊接坡口进行定位焊，保护气体采用的35-45％ar与55-65％co2的混合气体，气体流量为66～74l/min，电流为990～1210a，电压为23v～27v，焊接速度为3～8m/min；
上述精焊工序的工艺包括外焊工序与内焊工序，内焊采用了三丝串列埋弧自动焊工艺；外焊采用了双丝串列埋弧自动焊工艺；其中，内焊工序第一丝采用直流反接，焊接工艺参数为：电流i＝800～1000a，电压u＝30～33v；第二丝采用交流，焊接工艺参数为：电流i＝500～700a，电压u＝32～35v，与前丝间距为15～20mm；第三丝采用交流，焊接工艺参数为：电流i＝400～600a，电压u＝34～37v，与前丝间距为10～15mm；焊接速度为1.40～1.60m/min；外焊工序第一丝采用直流反接，焊接工艺参数为：电流i＝1000～1300a，电压u＝30～33v；第二丝采用交流，焊接工艺参数为：电流i＝400～600a，电压u＝32～35v，与前丝间距为15～20mm；焊接速度为1.40～1.60m/min。
本发明有益的作用为：
1、本发明对于板带对接工艺应用,有效的解决了连续生产过程中板带对接停机问题，通过数字化技术有力的弥补了高速生产中板带对接质量，解决了高速生产下板带对接无法保证的瓶颈难题。
2、采用本发明有效的实现了成型和焊接之间相互干扰的问题，在实际制管生产过程中焊接不用再受成型工艺制约，可以极大提高成型速度,使焊管的几何尺寸更加精确，焊管的直度、圆度和直径精确度更高。同时，也使焊接达到高速稳定生产。
3、采用此方法制造的x90钢级φ1524mm超大口径20mm以上厚壁螺旋埋弧焊接钢管焊缝性能优异，焊缝横向矩形拉伸试样断口位于母材，抗拉强度大于710mpa；环焊缝焊接接头在-10℃时焊缝中心夏比冲击功平均值在100j以上，焊缝热影响区的夏比冲击功平均值在200j以上。
具体实施方式
实例：x90级φ1524×20.3mm螺旋埋弧焊管的制造。
1)采用1650×20.3mm的x90卷板，其主要合金元素含量：c0.05％、si0.23％、mn1.78％、s0.002％、p0.007％、ni0.20％、cr0.18％、cu0.16％、nb0.07％、v0.03％、ti0.012％、mo0.25％、al0.03％、n0.005％、b0.005％，余量为fe，其中ce(pcm)为0.19。
2)卷板开卷、矫平。
3)卷板对接，按照预先设定的工艺参数，对前料尾部沿宽度方向的板厚上下位置处加工“y”形坡口，坡口角度为50.55°，外坡口深度为17.20mm；钝边大小3.18mm；通过两侧立辊及上下压辊随线对板带进行固定，按照板带宽度825mm为定位中心，确定出后料板带空间位置参照，借助数值模拟计算分析寻找出两卷板带对接几何空间位置，利用两侧精密液压立辊及压辊对板带左右、上下位置进行调整纠偏，保证两板带左右错边量0.3～0.5mm,上下错变量0.1～0.2mm；采用双丝串列埋弧自动焊工艺，通过背部惰性气体的陶瓷衬垫达到单面焊接双面成型，焊接第一丝采用直流反接，焊接工艺参数为：电流i＝940a，电压u＝33.5v；第二丝采用交流，焊接工艺参数为：电流i＝720a，电压u＝34v，与前丝间距为8.5mm，焊接速度v＝0.55m/min；保护气体采用纯度为99.9％的氩气,气体流量为76l/min。
4)铣边，先粗铣成i型，后精铣成x型，先将板边宽度铣削5～15mm，以保证去除卷板因轧制过程中存在的缺陷，然后进行精铣x型坡口，铣边后上坡口角度60°，下坡口角度60°，钝边高度8.5mm。
5)成型，按照68°53″的成型角在三辊成型器内将所述预弯边的带钢制成直径为1524mm的螺旋状圆筒；各成型辊的参数设置为：内成型辊角度为69°35″，外成型辊角度为70°11″，1#辊包角为20°32″、开档为153.0mm，3#辊包角为23°45″、开档为211.0mm；根据钢管管径精度要求及卷板实物强度水平调整2#辊压下量在33mm。
6)预焊，使用熔化极混合气体保护焊沿钢管的内侧焊接坡口对成型后的钢管管坯进行定位焊接，焊接参数为：保护气体采用的39％ar与57％co2的混合气体，气体流量为69l/min，电流为1150a，电压为25v，焊接速度为5m/min。
7)精焊：采用多丝串列埋弧自动焊工艺，配合驱动辊沿螺旋角度驱动钢管旋转，对钢管的内侧焊接坡口采用三丝串列埋弧自动焊工艺进行内焊焊接，对钢管外侧采用双丝串列埋弧自动焊工艺进行外焊焊接。焊接参数分别设置为：内焊工序第一丝采用直流反接，焊接工艺参数为：电流i＝980a，电压u＝32v；第二丝采用交流，焊接工艺参数为：电流i＝650a，电压u＝34v，与前丝间距为18mm；第三丝采用交流，焊接工艺参数为：电流i＝530a，电压u＝36v，与前丝间距为13mm；焊接速度为1.55m/min；外焊工序第一丝采用直流反接，焊接工艺参数为：电流i＝1180a，电压u＝31.5v；第二丝采用交流，焊接工艺参数为：电流i＝580a，电压u＝34v，与前丝间距为17mm；焊接速度为1.55m/min。
8)管端扩径，在管端150mm范围内进行冷扩径，以保证管端管径大小及椭圆度具有较好的精确度，扩径量范围为直径的0.3～0.6％。
9)焊缝x射线检测，采用数字成像x射线探伤工艺对焊接后的焊管内外焊缝进行100％x射线检测。
10)静水压试验，对焊管进行95％的静水压试验，试验压力15.5mpa，压力波动范围0～0.5mpa，稳压时间15s以上。
11)焊缝及母材超声波探伤，对焊接后的焊管焊缝及两侧母材进行100％检查。
12)管端倒棱，进行管端坡口加工，坡口角度22°～25°，钝边0.8～2.4mm，内锥角≤7°。
13)管端拍片，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)成品检查。
表1给出了本发明实施例的焊缝的主要化学成分，表2-1、表2-2给出了本发明实施例钢管的主要理化性能检测结果。可以看出，通过各工序严格的技术控制，钢管的各项性能完全符合apispec5l：2012及q/sygjx147-2015《中俄东线天然气管道工程用外径1422mmx80级螺旋缝埋弧焊管技术条件》标准要求。
表1x90φ1524×20.3mm钢管化学成分(wt，％)
表2x90φ1524×20.3mm钢管力学性能检测(强度)
表2x90φ1524×20.3mm钢管力学性能检测(韧性)
本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。