CN105834697B

CN105834697B - X80管线钢直缝焊管的制造方法

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Publication number: CN105834697B
Application number: CN201610344663.4A
Authority: CN
Inventors: 李学达; 林学强; 宋利欣; ***; 范玉然; 孙建波
Original assignee: CHINA RESEARCH INST OF PETROLEUM AND NATURAL-GAS PIPING SCIENCE; NORTH CHINA PETROLEUM STEEL PIPE CO Ltd; China University of Petroleum East China; Offshore Oil Engineering Qingdao Co Ltd
Current assignee: CHINA RESEARCH INST OF PETROLEUM AND NATURAL-GAS PIPING SCIENCE; NORTH CHINA PETROLEUM STEEL PIPE CO Ltd; China University of Petroleum East China; Offshore Oil Engineering Qingdao Co Ltd
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2017-09-05
Anticipated expiration: 2036-05-20
Also published as: CN105834697A

Abstract

本发明属于机械设备制造领域，具体地，涉及一种直缝埋弧焊管的制造方法。X80管线钢直缝焊管的制造方法，工艺步骤如下：准备工序，铣边，UOE或JCOE工艺成型，预焊，内焊，外焊，扩径前检查工序，钢管扩径，水压实验，产品检验。本发明对焊接坡口形式进行了全新的设计，从而对内、外焊道的焊接线能量进行了重新分配，增大外焊道焊接线能量，减小内焊道线能量。内焊道线能量的减小能够显著降低热影响区临界粗晶区的晶粒尺寸，有助于链状M‑A组元分布的离散化，同时还能减小M‑A组元的尺寸，从而使得焊接热影响区的韧性有明显的提升。另外，虽然外焊道的填充量有所增加，但通过调整焊接电流、电压等工艺参数，能够保证焊接速率，并不会降低生产效率。

Description

X80管线钢直缝焊管的制造方法

技术领域

本发明属于机械设备制造领域，具体地，涉及一种直缝埋弧焊管的制造方法，用作石油天然气输送，适用于Φ1422mm×21.4mm的X80管线钢直缝焊管的制造。

背景技术

随着西气东输等管线工程的实施，管线钢自2000年以来在国内飞速发展，目前国内管线钢的制造水平已经居于世界前列。现阶段，正在铺设的输气管线主要应用的是X80管线钢。目前生产的X80管线钢母材的各项性能指标都能达到标准要求，但其焊接过程中仍存在很多问题；并且，在输油输气管线中，焊缝长度所占比例较大，因此焊接接头的性能将会直接决定整条管线的安全性和可靠性。

焊接接头的性能主要由焊接热影响区及焊缝金属的性能决定。目前，管线钢制管焊接过程中，焊缝金属的强度和韧性有较好的匹配，并不成为降低焊接接头性能的主要因素。而热影响区的性能并不稳定，尤其是冲击韧性测试过程中经常有低值出现。焊接热影响区的性能主要由母材的成分及焊接工艺决定。现今生产的管线钢大部分都采用低碳/超低碳、高锰、高铌的微合金化设计，母材成分差别并不大。因此要提高焊接热影响区的性能，主要靠改进焊接工艺来实现。制管的焊接工艺目前大部分采用双面自动埋弧焊，以螺旋焊管和直缝焊管为主。

虽然大型直缝焊管由于制造工艺复杂、生产成本高等因素，其价格高于传统的螺旋缝埋弧焊钢管，但是相对于螺旋焊管，大型直缝焊管在长距离耐高压油气输送管线建设中所占的比例更高。这是由于直缝焊管适合在高压力、高危险、地质和自然条件相对恶劣、重要地段的能源输送管道主干线建设中使用。因此大型直缝焊管正向着大口径、高强度、高韧性的方向发展。目前大型直缝焊管管坯的成形方法主要有：UOE成形法、排辊成形法(CFE)、辊弯成形法(RBE)、卷板成形法(HU-METAL)、折弯成形法(PFE)、JCOE成形法和增量成形法(CE)等。实际生产中，主要应用的是JCOE和UOE两种工艺。

直缝钢管是从内侧和外侧分别进行焊接。从串联式双丝SAW开始，发展到3丝SAW、4丝SAW，日本1995年成功开发6丝SAW工艺。对外径762mm、壁厚23.8mm的管道，4丝SAW比3丝SAW提高焊接速度1.3倍，6丝比4丝SAW提高速度1.7倍，焊缝成型良好并且使用烧结型中性焊剂可保证焊缝金属的韧性。

目前，直缝焊管采用的坡口形式大部分为对接X型坡口，如说明书附图1所示。内焊道2、外焊道3的坡口张开角度9和7大多为30～40°，内坡口深度10和外坡口深度8也大多近似相等，钝边的长度11视板厚决定。对应此种坡口形式的内外焊道的焊接线能量也大致相当，根据实际生产情况在30～50kJ/cm不等。以某钢管厂生产的X80管线钢直缝焊管(板厚21.4mm)为例，内、外坡口张开角度9和7都为35±2°，外坡口深度8为8±1mm，内坡口深度10为6.9±1mm；钝边厚度11为6.5±1mm。对应的焊接工艺参数，内外焊道的焊接线能量为30～35k J/cm左右。此种双道次焊接的焊接工艺由于内外焊道的热影响区相互交叉，不可避免地会产生临界粗晶区。临界粗晶区组织由粗大的原奥氏体晶粒加上沿晶界连续分布的M-A组元组成，晶粒内部的组织为粗大的上贝氏体或者粒状贝氏体。临界粗晶区可导致焊接热影响区的冲击韧性显著下降，使得焊接接头的整体性能低于相关标准的要求，实际生产中夏比冲击测试出现的低值大部分在50J以下。因此，此种焊接工艺急需改进，从而提高管线钢双面直缝埋弧自动焊焊接热影响区的整体性能。

发明内容

为克服现有直缝焊管制造方法存在的缺陷，本发明提供一种X80管线钢直缝焊管的制造方法，该方法适用于Φ1422mm×21.4mm的X80管线钢直缝焊管的制造。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

X80管线钢直缝焊管的制造方法，工艺步骤如下：

1、准备工序

2、铣边

3、UOE或JCOE工艺成型

4、预焊

5、内焊

6、外焊

7、扩径前检查工序

8、钢管扩径

9、水压实验

10、产品检验

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：通过对焊接坡口形式进行全新设计，将传统的对接X型坡口改为内焊道V型、外焊道复合型坡口，并加大外焊道的坡口深度、减小内焊道的坡口深度，从而对内、外焊道的焊接线能量进行了重新分配，增大外焊道焊接线能量，减小内焊道线能量。内焊道线能量的减小能够显著降低热影响区临界粗晶区的晶粒尺寸，有助于链状M-A组元分布的离散化，同时还能减小M-A组元的尺寸，从而使得焊接热影响区的韧性有明显的提升。另外，虽然外焊道的填充量有所增加，但通过调整焊接电流、电压等工艺参数，能够保证焊接速率，并不会降低生产效率。

附图说明

图1为目前X80管线钢直缝焊管常用的坡口示意图；其中，1-预焊，2-内焊，3-外焊，4-外坡口，5-内坡口，6-钝边，7-外坡口张开角度，8-外坡口深度，9-内坡口张开角度，10-内坡口深度，11-钝边厚度。

图2为本发明的X80管线钢直缝焊管的坡口示意图；其中，1-预焊，2-内焊，3-外焊，4-外坡口顶部，5-外坡口底部，6-内坡口，7-钝边，8-外坡口底部张开角度，9-外坡口底部深度，10-外坡口顶部张开角度，11-外坡口顶部深度，12-外坡口总深度，13-内坡口张开角度，14-内坡口深度，15-钝边厚度。

具体实施方式

如图2所示，X80管线钢直缝焊管的制造方法，采用壁厚为21.4mm，宽度为4485mm的X80管线钢平板，其化学成分(重量百分比)如下：C 0.04～0.07，Si 0.15～0.25，Mn 1.68～1.78，Nb 0.04～0.05，Ti 0.01～0.02，Cu 0.12～0.22，Cr 0.20～0.28，Mo 0.10～0.20，Ni0.10～0.20，P<0.015，S<0.005，N<0.006，Fe为余量；制成管径为Φ1422mm的X80管线钢直缝焊管，工艺步骤如下：

1、准备工序：包括X80管线钢板矫平、钢板上料及焊引弧板。

2、铣边：先粗铣，将板边宽度铣掉5～10mm；然后精铣，如附图2所示，管壁外侧的坡口为外坡口，内侧的坡口为内坡口6，两坡口之间的直边为钝边7；外坡口采用复合型坡口，分为底部4和顶部5，外坡口底部的张开角度8为45～60°，外坡口底部的深度9为2～3mm；外坡口顶部的张开角度10为8～15°，外坡口顶部的深度11为5～8mm；外坡口的总深度12为7～11mm；内坡口6为V型坡口，内坡口张开角度13为30～40°，内坡口深度14为4～6mm；钝边厚度15为6～8mm。

3、UOE或JCOE工艺成型：将X80管线钢板采用UOE或者JCOE工艺加工成管径为Φ1390±5mm的钢管，对接坡口的错边量≤2.5mm。

4、预焊：在外坡口根部位置进行，采用气体保护焊，焊接工艺参数为：直流反接，焊接电流890～990A，电压22～26V，焊速3～4m/min，气体配比为CO2：15～25％，Ar：75％～85％，气体流量40～60L/min。

5、内焊：采用纵列三丝埋弧自动焊，焊接工艺参数为：第一丝为直流反接，电流850～1050A，电压31～35V；第二和第三丝为交流正接；第二丝的电流500～600A，电压36～40V；第三丝的电流500～600A，电压38～42V；焊接速度为1.6～1.8m/min。

6、外焊：采用纵列四丝埋弧自动焊，焊接工艺参数为：第一丝为直流反接，电流1050～1250A，电压32～36V；第二至第四丝为交流正接；第二丝电流750～950A，电压36～40V；第三丝电流600～700A，电压38～42V；第四丝电流550～650A，电压38～42V；焊接速度为1.6～1.8m/min。

7、扩径前检查工序：包括去除引弧板、焊缝及管端超声探伤和X射线检查。

8、钢管扩径：采用水压扩径或者机械扩径工艺，将钢管整体扩径至Φ1422mm。

9、水压实验：在水压试验机上对扩径后的钢管进行逐根检验以保证钢管达到标准要求的试验压力。

10、产品检验：包括对焊缝及管端超声探伤和X射线的第二次检查；对管端进行磁粉检查。

按上述方案所获得的焊接接头热影响区中，临界粗晶区的晶粒尺寸有所减小，链状M-A组元的分布变得并不连续，并且M-A组元的尺寸有所减小。相比于常规的对接X型坡口形式、内焊和外焊的焊接线能量相当的焊接工艺，按本发明所述方案所获得的焊接接头热影响区处的冲击韧性有明显提升。

上述临界粗晶区是指在第一道次焊接形成的粗晶区，在后续的焊接道次中被二次加热到临界温度区间(Ac₁～Ac₃)后形成的。临界粗晶区的组织构成保留了原粗晶区的粗大晶粒以及晶粒内部的粗大组织：上贝氏体或者粒状贝氏体，并且还沿粗大的原奥氏体晶粒边界生成了连续分布的M-A组元，称之为链状M-A组元。临界粗晶区是焊接热影响区中韧性最差的区域，也是导致热影响区冲击韧性出现低值的根本原因。

本发明重新设计了坡口形式。从坡口形状上讲，外坡口改用复合型坡口，增大坡口底部的张开角度以方便焊丝伸入，而外坡口顶部的张开角度则变小以减少焊丝填充量；内坡口依然采用V型坡口。从坡口尺寸上来讲，外坡口深度增大，内坡口深度减小。坡口形式改变的目的是为了焊接工艺的调整。通过坡口形式的新变化，对内外焊道的焊接线能量进行了重新分配，增大外焊道的焊接线能量，减小内焊道的线能量，能有效减小临界粗晶区的晶粒尺寸，并使得链状M-A组元的分布变得不连续，从而使得焊接接头的韧性得到整体的提升。

Claims

1.一种X80管线钢直缝焊管的制造方法，采用壁厚为21.4mm，宽度为4485mm的X80管线钢平板，制成管径为Φ1422mm的X80管线钢直缝焊管，工艺步骤如下：

(1)、准备工序：包括X80管线钢板矫平、钢板上料及焊引弧板；

(2)、铣边：先粗铣，将板边宽度铣掉5～10mm；然后精铣，管壁外侧的坡口为外坡口，内侧的坡口为内坡口，两坡口之间的直边为钝边；外坡口采用复合型坡口，分为底部和顶部，外坡口底部的张开角度为45～60°，外坡口底部的深度为2～3mm；外坡口顶部的张开角度为8～15°，外坡口顶部的深度为5～8mm；外坡口的总深度为7～11mm；内坡口为V型坡口，内坡口张开角度为30～40°，内坡口深度为4～6mm；钝边厚度为6～8mm；

(3)、UOE或JCOE工艺成型：根据实际生产过程中的装备情况，采用UOE或者JCOE成型工艺，将X80管线钢板采用UOE或者JCOE工艺加工成管径为Φ1390±5mm的钢管，对接坡口的错边量≤2.5mm；

(4)、预焊：预焊在外坡口根部位置进行，采用气体保护焊，焊接工艺参数为：直流反接，焊接电流890～990A，电压22～26V，焊速3～4m/min，气体配比为CO2：15～25％，Ar：75％～85％，气体流量40～60L/min；

(5)、内焊：内焊采用纵列三丝埋弧自动焊，焊接工艺参数为：第一丝为直流反接，电流850～1050A，电压31～35V；第二和第三丝为交流正接；第二丝的电流500～600A，电压36～40V；第三丝的电流500～600A，电压38～42V；焊接速度为1.6～1.8m/min；

(6)、外焊：外焊采用纵列四丝埋弧自动焊，焊接工艺参数为：第一丝为直流反接，电流1050～1250A，电压32～36V；第二至第四丝为交流正接；第二丝电流750～950A，电压36～40V；第三丝电流600～700A，电压38～42V；第四丝电流550～650A，电压38～42V；焊接速度为1.6～1.8m/min；

(7)、扩径前检查工序：包括去除引弧板、焊缝及管端超声探伤和X射线检查；

(8)、钢管扩径：根据实际生产过程中的装备情况，采用水压扩径或者机械扩径工艺，将钢管整体扩径至Φ1422mm；

(9)、水压实验：在水压试验机上对扩径后的钢管进行逐根检验以保证钢管达到标准要求的试验压力；

(10)、产品检验：包括对焊缝及管端超声探伤和X射线的第二次检查；对管端进行磁粉检查。

2.根据权利要求1所述的X80管线钢直缝焊管的制造方法，其特征在于：X80管线钢平板的化学成分(重量百分比)如下：C 0.04～0.07，Si 0.15～0.25，Mn 1.68～1.78，Nb 0.04～0.05，Ti 0.01～0.02，Cu 0.12～0.22，Cr 0.20～0.28，Mo 0.10～0.20，Ni 0.10～0.20，P<0.015，S<0.005，N<0.006，余量为Fe。