本发明涉及一种提高大口径厚壁高强热煨弯管低温冲击韧性的方法。
背景技术：
：弯管是长距离油气管线输送最重要的部件之一。由于在油气输送过程中，这些部位往往承受更为复杂的应力，对其性能要求也提出更高的要求。随极地油气资源的开采，对输送管线的低温(-40℃)性能要求也越来越高。油气输送的大口径、厚壁高强低温弯管主要采用直缝焊管热煨弯法生产。直缝焊管在热煨弯制过程中，虽然焊缝处于不变形的中性线上，没有变形的作用，但焊缝也和管体一样，必须经历一个加热、喷水冷却、回火的过程。在这一过程中，焊缝的组织发生显著的改变，从而导致性能发生显著的改变。对高强管线钢管，为确保焊缝的冲击韧性，普遍采用Mn-Mo-Ti-B系焊丝，通过在焊缝中形成Ti的氧化物增加晶内针状铁素体的含量，提高焊缝的低温冲击韧性。与直缝焊管不同，弯管的壁厚更大。在热煨弯制过程中的加热和冷却喷水冷却过程中，由于受到喷水冷却压力的限制，其喷水冷却速度也受到一定的限制。另外，由于焊缝中大量非金属氧化物的存在，也降低了焊缝的淬透性，使焊缝容易获得先共析铁素体，降低弯管焊缝的低温冲击韧性。而且这种氧化物的存在，也促进高冷却速度条件下形成晶内针状铁素体及较大尺寸沿铁素体晶界分布的马氏体/奥氏体岛。这种与热煨弯管管体显著不同的焊缝的组织，使焊缝在回火过程中组织和性能的演变规律也明显不同与管体。在高温回火的条件下，焊缝中马氏体/奥氏体岛分解形成沿铁素体晶粒分布的碳化物，导致焊缝的低温冲击韧性低。在以往的弯管研究中，很少关注焊缝的低温韧性，导致在厚壁高强度低温弯管的开发生产中焊缝的低温冲击韧性难以满足技术指标要求。因此，焊缝的低温(-40℃)冲击韧性成为影响厚壁高强热煨弯管性能的关键因素。技术实现要素：发明目的本发明的目的是提供一种提高大口径厚壁高强热煨弯管低温冲击韧性的方法。发明概述所述提高大口径厚壁高强热煨弯管低温冲击韧性的方法为，采用埋弧焊生产的直缝焊管作为母管，经700～1000Hz中频感应加热热煨弯法得到大口径厚壁高强热煨弯管，所述直缝焊管焊缝的化学组成包含质量百分比为0.35％～0.65％的Ni，所述热煨弯的工艺参数为：加热温度为930～1030℃、保温时间为1～5min；喷水冷却速度为3～25℃/s；回火温度为450～550℃、保温时间为30～60min，所述母管的外径为1016～1422mm，壁厚为22～40mm，强度满足俄罗斯乌恰管线″TY14-156-82-2009工作压力为11.8MPa、直径为1420毫米燃气主管道所用的强度为K65级的电焊钢管″的技术要求，屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥690MPa。优选所述中频感应加热的频率为850～1000Hz。作为优选方案，所述直缝焊管焊缝的化学组成还包含C：0.05％～0.09％、Mn：1.60％～1.75％、Si：0.1％～0.30％、Mo：0.10％～0.30％、Cr：0.001％～0.20％、Cu：0.01％～0.20％、Ti+Nb+V：0.04％～0.09％，其余为Fe和不可避免的杂质，所述百分比为质量百分比。其中，具体来说，Ti、Nb、V的质量百分比可以分别为0.013％～0.016％，0.028％～0.056％，0.015％～0.017％。所述生产母管采用的埋弧焊方法为现有技术，具体工艺条件可根据实际情况进行选择，也可直接采用市售的符合要求的母管。作为优选方案，所述母管为JCOE成型或UOE成型的采用双面4丝埋弧焊生产的直缝焊管。所述JCOE、UOE成型方法是公知的直缝焊管的成型方法，其中JCOE成型是指将钢板顺序按J型、C型、O型成型，焊接后扩径的成型方法，UOE成型是指将钢板顺序按U型、O型成型，焊接后扩径的成型方法。本发明可以根据所述大口径厚壁热煨弯管的壁厚，调整母管焊缝的Ni含量。优选的，母管壁厚≤27mm时，直缝焊管焊缝的Ni含量为0.35％～0.45％，更优选为0.35％～0.40％；母管壁厚≥27mm时，直缝焊管焊缝的Ni含量为0.45％～0.65％，更优选为0.56％～0.62％。所述的大口径厚壁热煨弯管的生产方法可以根据母管焊缝的Ni含量调整热煨弯的工艺参数。优选的，所述直缝焊管焊缝的Ni含量为0.35％～0.45％时，热煨弯工艺参数为：加热温度为930～990℃、保温时间为1～5min；喷水冷却速度为10～25℃/s；回火温度为480～550℃、保温30～60min，更优选的热煨弯工艺参数为：加热温度为930～990℃、推进速度为10～25mm/min、保温时间为2～3min；喷水冷却速度为10～20℃/s；回火温度为480～550℃、保温35～45min；所述直缝焊管焊缝的Ni含量为0.45％～0.65％时，热煨弯工艺参数为：加热温度为930～1030℃、保温时间为1～5min；喷水冷却速度为3～15℃/s；回火温度为480～550℃、保温30～60min，更优选的热煨弯工艺参数为：加热温度为930～1030℃、推进速度为10～20mm/min、保温时间为2～3min；喷水冷却速度为3～15℃/s；回火温度为480～550℃、保温30～40min。本发明结合实际热煨弯管的生产工艺，对不同壁厚母管焊缝的成分提出合理要求，通过热煨弯的加热温度、冷却速度及回火温度等工艺参数的控制，提高厚壁热煨弯管焊缝的低温冲击韧性，可以使低温冲击功达到高强低温弯管的技术要求，即-40℃夏比低温冲击功达到：三个试样单值≥50J；平均值≥60J。本发明与现有技术相比具有如下优点：1、仅通过在焊缝中添加适量的Ni并结合热煨弯工艺即可显著提高厚壁弯管焊缝的低温冲击韧性；2、根据不同的壁厚控制Ni的含量可以有利于弯管整体工艺控制。具体实施方式以下对比例及实施例中所述″K65直缝焊管″，是指其强度满足俄罗斯乌恰管线″TY14-156-82-2009工作压力为11.8MPa、直径为1420毫米燃气主管道所用的强度为K65级的电焊钢管″的技术要求，屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥690MPa。对比例1本对比例制备壁厚为22mm、外径为1219mm的弯管。弯管的母管为由巨龙钢管有限公司采用JCOE成型双面4丝埋弧焊生产的K65直缝焊管，壁厚为22mm、外径为1219mm，其焊缝的化学组成(质量百分数，％)为：C：0.08％、Mn：1.65％、Si：0.20％、Ni：0.21％、Mo：0.17％、Cr：0.08％、Cu：0.15％、Ti：0.013％、Nb：0.029％、V：0.017％，其余为Fe和不可避免的杂质。采用上述直缝焊管进行热煨弯管生产，热煨弯工艺为900Hz中频感应加热，实际加热温度为930～1030℃，推进速度为10～25mm/min；实际的保温时间为2～3min；采用外部喷水冷却，冷却速度为10～25℃/s。热煨弯结束后在热处理炉中进行回火，回火采用随炉加热，回火温度为480～550℃，到温后保温40min。经不同工艺处理后的试样按ASTME23标准进行-40℃的夏比低温冲击试验，低温冲击韧性试验结果如表1所示，由于Ni含量低，其低温冲击功的单值和平均值均出现小于标准规定(单值≥50J；平均值≥60J)的情况，不能满足技术标准规定的要求。表122mm弯管的低温(-40℃)冲击功实施例1本实施例制备壁厚为22mm、外径为1219mm的弯管。弯管的母管为由巨龙钢管有限公司采用JCOE成型双面4丝埋弧焊生产的K65直缝焊管，壁厚为22mm、外径为1219mm，其焊缝的化学组成(质量百分数，％)为：C：0.08％、Mn：1.63％、Si：0.22％、Ni：0.38％、Mo：0.11％、Cr：0.08％、Cu：0.14％、Ti：0.014％、Nb：0.031％、V：0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。采用上述直缝焊管进行热煨弯管生产，热煨弯工艺为900Hz中频感应加热，实际加热温度为930～1030℃，推进速度为10～25mm/min；实际的保温时间为2～3min；采用外部喷水冷却，冷却速度为10～20℃/s。热弯结束后在热处理炉中进行回火，回火采用随炉加热，回火温度为480～550℃，到温后保温40min。经不同工艺处理后的试样按ASTME23标准进行-40℃的夏比低温冲击试验，低温冲击韧性试验结果如表2所示，可见当加热温度为930～990℃时，其低温冲击功的单值达到71J以上，平均值达到79J以上，而当加热温度为1030℃时，其冲击功的单值出现48J，小于标准规定的50J。优选的加热温度为930～990℃。表222mm弯管的低温(-40℃)冲击功实施例2本实施例制备壁厚为30.8mm、外径为1219mm的弯管。弯管的母管为由巨龙钢管有限公司采用JCOE成型双面4丝埋弧焊生产的K65直缝焊管，壁厚30.8mm、外径为1219mm，其焊缝的化学组成(质量百分数，％)为：含C：0.07％、Mn：1.66％、Si：0.23％、Ni：0.59％、Mo：0.12％、Cr：0.09％、Cu：0.12％、Ti：0.015％、Nb：0.055％、V：0.015％，其余为Fe和不可避免的杂质。采用上述直缝焊管进行热煨弯管生产，热煨弯工艺为950Hz中频感应加热，实际加热温度为930～1030℃，推进速度为10～20mm/min；实际的保温时间为2～3min；采用外部喷水冷却，冷却速度为3～15℃/s。热煨弯结束后在热处理炉中进行回火，回火采用随炉加热，回火温度为480～550℃，到温后保温30～40min。经不同工艺处理后的试样按ASTME23标准进行-40℃的夏比低温冲击试验，低温冲击韧性试验结果如表3所示，可见其低温冲击功的单值达到79J以上，平均值达到92J以上。表330.8mm弯管的低温(-40℃)冲击功当前第1页1 2 3