CN108620448A - 一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,属于螺旋管制造技术领域,包括以下步骤:开卷,矫平,铣边,预弯,成型,内外焊,管端整圆,焊缝X射线检测,静水压试验,母材超声波检测,焊缝超声波检测,超声波手工检测,机械平头,外观检查和涂防腐涂层,成型工序中,钢带按照69°2″~71°2″的成型角卷制成直径为2050mm的螺旋状圆筒。本发明提供的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,在现有设备的基础上,卷制出直径2050mm的螺旋焊管,螺旋焊管的直径增大,用于管道运输后,直接增强了管道运输的运输量。
Description
技术领域
本发明属于螺旋管制造技术领域,更具体地说,是涉及一种大直径、高强 度螺旋焊管制造方法。
背景技术
随着石油天然气需求量的不断增加,管道的输送压力和管径也不断增大, 为提高输送效率,保证管道的稳定性和安全性,还需增加管径和提高管材的强 度来达到提高输送效率和安全性的目的。因此,超高压、超大直径、高强度管 线管已成为未来天然气长输管道发展的必然选择。
受土地、环保、建设与运营等因素制约,提高单管输量,发展超大输量管 道工程已迫在眉睫。提高天然气管道输量的途径有两种:一是增大输送压力, 二是增大管径。由GB50251-2003《输气管道工程设计规范》可知,输气管道的 流量与压力是一次方的关系,而与管径是2.5次方的关系。我国西气东输一线 一类地区用螺旋埋弧焊管采用规格为外径1016mm、壁厚14.6mmm、10MPa、 X70钢管,最大输气量可达170亿方/年。西气东输二线和西气东输三线一类地 区用螺旋埋弧焊管采用规格为外径1422mm、壁厚22mm、12MPa、X80钢管,最大输气量可达500亿方/年。若采用X80钢级Ф2050mm超大管径、高强度螺 旋埋弧焊管,设计压力相同(12MPa)或甚至更高,管道年输气量可从500亿 方/年最大提升至1290亿方/年,翻了2.5倍还要多,可更好的满足超大输量管 道建设用管需求。
目前,俄罗斯、美国等国家已建设了多条超大输量管道。最具代表性的是 俄罗斯巴甫年科沃-乌恰管道,采用类似X80的K65钢级,管径Ф1420mm,输 送压力11.8MPa,单管设计输气量达到500亿方/年。但欧美地区所建设的超大 输量天然气管道主要采用直缝埋弧焊管,螺旋埋弧焊管在超大输量天然气管道 上还未有应用先例。近年来,随着钢铁冶金企业、制管企业装备能力和生产技 术的不断提升,为研发超大输量管道用螺旋埋弧焊管创造了先决条件。同时, 随着中俄东线、西气东输四线、五线等重大管道工程陆续开工建设,超高压、 超大直径、高强度双面螺旋埋弧焊管的市场需求将进一步扩大,在未来国内外 市场具有广阔的发展空间。
在相同压力下,单管输气量的增加带来的直接影响是钢管口径和壁厚的增 大。壁厚的增加将给热轧卷板轧制带来困难,因此钢管口径的增大对提高单管 输气量带来更大的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,以解决现 有技术中存在的管道输送能力受限的技术问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种大直径、高强度螺旋焊 管制造方法,包括以下步骤:开卷,矫平,铣边,预弯,成型,内外焊,管端 整圆,焊缝X射线检测,静水压试验,母材超声波检测,焊缝超声波检测,超 声波手工检测,机械平头,外观检查和涂防腐涂层,其特征在于:所述成型工 序中,钢带按照69°2″~71°2″的成型角卷制成直径为2050mm的螺旋状圆 筒。
进一步地,所述成型工序中,采用三辊成型及外控式可协调成型方式,所 述直径2050mm的螺旋状圆筒采用三辊卷板机卷制,所述三辊卷板机包括内成 型辊和外成型辊,所述外成型辊包括1号辊和3号辊,所述1号辊的角度设为 74°7″,包角设为17°36″,开档设为175.3mm,所述3号辊的角度设为74° 25″,包角设为21°16″,开档设为246.1mm。
进一步地,所述铣边工序采用双铣边工艺:先粗铣I型坡口,然后精铣X 型坡口,其中钢板上坡口角度为29.75°~30.25°,下坡口角度为34.75°~ 35.25°,钝边高度为8.50mm~9.00mm,上坡口深度为4.90mm~5.00mm,下 坡口深度为4.80mm~4.90mm。
进一步地,所述预弯工序中,采用双辊弯边机对卷板的递送边和自由边进 行预弯边,半径尺寸为1453mm~1974mm,长度为120mm~150mm。
进一步地,所述内外焊工序中,采用三丝串列埋弧自动焊,焊接速度为1.5~1.7m/min。
进一步地,所述管端整圆工序中,在螺旋焊管的管端300mm范围内进行冷 扩径,扩径量为螺旋焊管直径的0.6%;管端周长偏差±1.0mm,椭圆度偏差≤ 4mm。
进一步地,所述静水压试验工序中,对钢管进行100%的静水压试验,环 向应力为钢管规定最小屈服强度的95%。
进一步地,所述母材超声波检测工序中,对全管体母材及焊缝进行分层检 测,扫查面积大于50%。
进一步地,所述超声波手工检测工序中,对螺旋焊管的管端400mm范围内 的焊缝、两侧25mm的管体、管端25mm范围内的母材、管端坡口面进行检查。
进一步地,所述外观检查和涂防腐涂层工序中,对螺旋焊管的周长、椭圆 度、焊缝余高、坡口角度、钝边尺寸以及壁厚等几何尺寸进行测量,同时对咬 边、摔坑、划伤等造成应力集中和影响最小壁厚的缺陷进行检查、修磨和重新 测量,对合格的螺旋焊管的内壁和外壁涂抹防腐涂层。
本发明提供的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法的有益效果在于:与 现有技术相比,本发明一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,在成型工序中, 通过控制成型角,在现有设备的基础上,卷制出直径2050mm的螺旋焊管,螺 旋焊管的直径增大,用于管道运输后,直接增强了管道运输的运输量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳 动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法中处于 卷板状态的示意图;
其中,图中各附图标记:
D-螺旋焊管外径;1#-1号辊;3#-3号辊;α1-1号辊包角;α3-3号辊包角; X1-1号辊开档;X3-3号辊开档。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白, 以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描 述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1:
采用化学成分重量百分比符合美国石油学会API Spect 5L:2012标准、显 微组织为GB+PF(粒状贝氏体+多边形铁素体)、晶粒度大于等于12级的X80 热压卷板为原材料,采用低碳、超低碳的多元微合金化设计和机械热轧制工艺 (TMCP)、加速冷却(ACC)等技术,利用Nb、V、Mo、Ni等合金元素固 溶强化、沉淀强化、晶粒细化等作用,在较大壁厚范围内获得以粒状贝氏体为 主的多种形态的复相组织,得到强度韧性兼备且具有良好焊接性能的X80管线 钢。用此X80管线钢为原材料,进行管径为2050mm、壁厚为18.4mm的螺旋 焊管的制造,具体步骤如下:
1、卷板开卷、矫平;
2、铣边:先粗铣I型坡口,将板边宽度铣削掉10~20mm,保证带钢宽度, 同时去除卷板因钢坯及轧制过程中的板边缺陷、月牙弯;然后精铣X型复合坡 口,钢板上坡口角度为30°,下坡口角度为35°,钝边高度8.5mm,上坡口深 度5.0mm,下坡口深度4.9mm,X型坡口设计既可以满足预焊融化极混合气体 保护焊高速焊接,又可以有效改善精埋弧焊焊缝形貌,提升焊接接头性能,减 少焊材消耗;
铣边工序可以精确加工带钢宽度尺寸,确保钢管成型精度,带钢板边质量 决定了焊接钢管的内在质量,必须去除板边氧化物、油及其它缺陷,且带钢边 部不允许凹凸不平,所以必须用粗铣先对板边进行加工,使用精铣开X型复合 坡口,既可满足预焊熔化极混合气体保护高速焊接,又可有效改善精悍埋弧焊 焊缝形貌,消除“大肚子”、“深而窄”等不良焊缝形貌,降低超大壁厚钢管 焊接接头残余应力,同时,X型复合坡口有利于减少焊接材料的填充量,节省 生产成本,并降低焊接热输入,提高焊缝、热影响区性能;
3、预弯:在双辊弯边机上对卷板的递送边和自由边尽心预弯边,半径尺寸 为1974mm,长度150mm;
4、成型:将经过预弯边的带钢在三辊卷板机内按照70°2″的成型角卷制 成直径为2050mm的螺旋状圆筒,在卷制过程中,成型角允许有1°的误差, 即成型角控制在69°2″~71°2″的区间内,并在实际操作中进行微调,精密 测量控制各成型辊的位置和角度,在成型过程中,位于螺旋状圆筒圈内的辊子 为内成型辊,也称为2号辊;位于螺旋状圆筒圈外的辊子为外成型辊,分别称 为1号辊和3号辊,采用的内外辊初始角度为卷制直径1820mm的螺旋状圆筒 时的内外辊角度,在卷制直径2050mm的螺旋状卷筒时,将1号辊的角度设为 74°7″,3号辊的角度设为74°25″,1号辊的包角设为17°36″,3号辊的 包角设为21°16″,1号辊的开档尺寸设为175.3mm,3号辊的开档尺寸设为 246.1mm,根据卷板实物屈服强度水平调整2号辊的下压量;通过环切法测试 钢管的残余应力,钢管周向开口尺寸平均为-20mm(开口断面向内缩进20mm), 残余应力小,且均为压应力,其中,1号辊和3号辊的角度为辊子端面与螺旋 状圆筒的轴线的夹角,1号辊和3号辊的包角及开档通过以下公式得出:
1号辊包角
1号辊开档X1=(265+D/2)sin(α1)-180;
3号辊包角;
3号辊开档X3=(265+D/2)sin(α1)-180;
5、内外焊:采用三丝串列埋弧自动焊,焊接速度V=1.5~1.7m/min,内焊、 外焊工艺均采用高韧性埋弧焊焊剂和焊丝,并采用跟踪精度达到0.25mm的激 光焊缝自动跟踪装置;
6、管端整圆:在钢管管端300mm范围内进行冷扩径,提高钢管管端外观 尺寸精度,易于施工现场钢管对口操作,最大扩径量为直径的0.6%;管端周长 偏差-1.0mm~+1.0mm,椭圆度偏差≤4mm;扩径段与未扩径段应平滑过渡;
7、焊缝X射线检测:对钢管全焊缝进行100%X射线工业电视检查,并对 钢管管端进行X射线拍片检查,以排除焊缝中可能存在的缺陷;
8、静水压试验:对钢管进行100%的静水压试验,环向应力为钢管规定最 小屈服强度(Rt0.5)的95%,以检查钢管的强度及是否存在渗漏、变形等情况;
9、母材超声波自动检测:对全管体母材及焊缝边缘进行分层检测,扫查覆 盖面积大于50%,对警报缺陷进行标记;
10、焊缝超声波自动检测:对钢管全焊缝进行100%超声波自动检测,对 报警缺陷进行标记,然后进行超声波手工检测复查;
11、超声波手工检测:对钢管管端400mm范围内的焊缝及两侧25m管体、 钢管管端25mm范围内的母材、管端坡口面进行检查,并对母材超声波自动检 测和焊缝超声波自动检测所标记的缺陷进行复查;
12、机械平头:按照施工现场焊缝焊接的要求,对钢管管端进行坡口和钝 边尺寸的机械加工;
13、外观检查和涂防腐涂层:对钢管周长、椭圆度、焊缝余高、坡口角度、 钝边尺寸、壁厚等几何尺寸进行测量,同时对咬边、摔坑、划伤等造成的应力 集中和影响最小壁厚的缺陷进行检查、修磨和测量,合格的钢管按照设计要求 对钢管内壁或/和外壁进行涂层和防腐处理。
表1和表2给出了本实施例的钢管实物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API Spec 5L:2012。
表1钢管主要化学成分(wt.%)
C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | Al | |
管体 | 0.054 | 0.19 | 1.69 | 0.0087 | 0.0024 | 0.25 | 0.18 | 0.19 | 0.028 |
焊缝 | 0.053 | 0.24 | 1.65 | 0.0100 | 0.0020 | 0.22 | 0.23 | 0.15 | 0.017 |
Cu | Nb | Ti | V | B | N | Nb+Ti+V | CEⅡW | CEPcm | |
管体 | 0.19 | 0.062 | 0.014 | 0.020 | 0.0002 | 0.0050 | 0.096 | 0.45 | 0.19 |
焊缝 | 0.16 | 0.045 | 0.014 | 0.014 | 0.0011 | 0.0062 | / | / | / |
表2钢管力学性能
实施例2:
采用化学成分重量百分比符合美国石油学会API Spect 5L:2012标准、显 微组织为GB+PF(粒状贝氏体+多边形铁素体)、晶粒度大于等于12级的X80 热压卷板为原材料,进行管径为2050mm、壁厚为18.4mm的螺旋焊管的制造, 具体步骤如下:
1、卷板开卷、矫平;
2、铣边:先粗铣I型坡口,将板边宽度铣削掉10~20mm,保证带钢宽度, 同时去除卷板因钢坯及轧制过程中的板边缺陷、月牙弯;然后精铣X型复合坡 口,钢板上坡口角度为30°,下坡口角度为35°,钝边高度8.5mm,上坡口深 度5.0mm,下坡口深度4.9mm,X型坡口设计既可以满足预焊融化极混合气体 保护焊高速焊接,又可以有效改善精埋弧焊焊缝形貌,提升焊接接头性能,减 少焊材消耗;
3、预弯:在双辊弯边机上对卷板的递送边和自由边进行预弯边,半径尺寸 为1453mm,长度120mm;
4、成型:将经过预弯边的带钢在三辊卷板机内按照70°2″的成型角卷制 成直径为2050mm的螺旋状圆筒,在卷制过程中,成型角允许有1°的误差, 即成型角控制在69°2″~71°2″的区间内,并在实际操作中进行微调,精密 测量控制各成型辊的位置和角度,在成型过程中,位于螺旋状圆筒圈内的辊子 为内成型辊,也称为2号辊;位于螺旋状圆筒圈外的辊子为外成型辊,分别称 为1号辊和3号辊,采用的内外辊初始角度为卷制直径1820mm的螺旋状圆筒 时的内外辊角度,在卷制直径2050mm的螺旋状卷筒时,将1号辊的角度设为 74°7″,3号辊的角度设为74°25″,1号辊的包角设为17°36″,3号辊的 包角设为21°16″,1号辊的开档尺寸设为175.3mm,3号辊的开档尺寸设为 246.1mm,根据卷板实物屈服强度水平调整2号辊的下压量;通过环切法测试 钢管的残余应力,钢管周向开口尺寸平均为-20mm(开口断面向内缩进20mm), 残余应力小,且均为压应力;
5、内外焊:采用三丝串列埋弧自动焊,焊接速度V=1.5~1.7m/min,内焊、 外焊工艺均采用高韧性埋弧焊焊剂和焊丝,并采用跟踪精度达到0.25mm的激 光焊缝自动跟踪装置;
6、管端整圆:在钢管管端300mm范围内进行冷扩径,提高钢管管端外观 尺寸精度,易于施工现场钢管对口操作,最大扩径量为直径的0.6%;管端周长 偏差-1.0mm~+1.0mm,椭圆度偏差≤4mm;扩径段与未扩径段应平滑过渡;
7、焊缝X射线检测:对钢管全焊缝进行100%X射线工业电视检查,并对 钢管管端进行X射线拍片检查,以排除焊缝中可能存在的缺陷;
8、静水压试验:对钢管进行100%的静水压试验,环向应力为钢管规定最 小屈服强度(Rt0.5)的95%,以检查钢管的强度及是否存在渗漏、变形等情况;
9、母材超声波自动检测:对全管体母材及焊缝边缘进行分层检测,扫查覆 盖面积大于50%,对警报缺陷进行标记;
10、焊缝超声波自动检测:对钢管全焊缝进行100%超声波自动检测,对 报警缺陷进行标记,然后进行超声波手工检测复查;
11、超声波手工检测:对钢管管端400mm范围内的焊缝及两侧25m管体、 钢管管端25mm范围内的母材、管端坡口面进行检查,并对母材超声波自动检 测和焊缝超声波自动检测所标记的缺陷进行复查;
12、机械平头:按照施工现场焊缝焊接的要求,对钢管管端进行坡口和钝 边尺寸的机械加工;
13、外观检查和涂防腐涂层:对钢管周长、椭圆度、焊缝余高、坡口角度、 钝边尺寸、壁厚等几何尺寸进行测量,同时对咬边、摔坑、划伤等造成的应力 集中和影响最小壁厚的缺陷进行检查、修磨和测量,合格的钢管按照设计要求 对钢管内壁或/和外壁进行涂层和防腐处理。
表3和表4给出了本实施例的钢管实物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API Spec 5L:2012。
表3钢管主要化学成分(wt.%)
C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni | Al | |
管体 | 0.052 | 0.24 | 1.67 | 0.0063 | 0.0014 | 0.29 | 0.21 | 0.15 | 0.032 |
焊缝 | 0.054 | 0.28 | 1.66 | 0.0091 | 0.0022 | 0.20 | 0.26 | 0.11 | 0.019 |
Cu | Nb | Ti | V | B | N | Nb+Ti+V | CEⅡW | CEPcm | |
管体 | 0.015 | 0.063 | 0.015 | 0.026 | 0.0003 | 0.0044 | 0.104 | 0.45 | 0.18 |
焊缝 | 0.041 | 0.040 | 0.016 | 0.019 | 0.0017 | 0.0085 | / | / | / |
表4钢管力学性能
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明 的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,包括以下步骤:开卷,矫平,铣边,预弯,成型,内外焊,管端整圆,焊缝X射线检测,静水压试验,母材超声波检测,焊缝超声波检测,超声波手工检测,机械平头,外观检查和涂防腐涂层,其特征在于:所述成型工序中,钢带按照69°2″~71°2″的成型角卷制成直径为2050mm的螺旋状圆筒。
2.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,其特征在于:所述成型工序中,采用三辊成型及外控式可协调成型方式,所述直径2050mm的螺旋状圆筒采用三辊卷板机卷制,所述三辊卷板机包括内成型辊和外成型辊,所述外成型辊包括1号辊和3号辊,所述1号辊的角度设为74°7″,包角设为17°36″,开档设为175.3mm,所述3号辊的角度设为74°25″,包角设为21°16″,开档设为246.1mm。
3.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,其特征在于:所述铣边工序采用双铣边工艺:先粗铣I型坡口,然后精铣X型坡口,其中钢板上坡口角度为29.75°~30.25°,下坡口角度为34.75°~35.25°,钝边高度为8.50mm~9.00mm,上坡口深度为4.90mm~5.00mm,下坡口深度为4.80mm~4.90mm。
4.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,其特征在于:所述预弯工序中,采用双辊弯边机对卷板的递送边和自由边进行预弯边,半径尺寸为1453mm~1974mm,长度为120mm~150mm。
5.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,其特征在于:所述内外焊工序中,采用三丝串列埋弧自动焊,焊接速度为1.5~1.7m/min。
6.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,其特征在于:所述管端整圆工序中,在螺旋焊管的管端300mm范围内进行冷扩径,扩径量为螺旋焊管直径的0.6%;管端周长偏差±1.0mm,椭圆度偏差≤4mm。
7.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,其特征在于:所述静水压试验工序中,对钢管进行100%的静水压试验,环向应力为钢管规定最小屈服强度的95%。
8.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,其特征在于:所述母材超声波检测工序中,对全管体母材及焊缝进行分层检测,扫查面积大于50%。
9.如权利要求1所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,其特征在于:所述超声波手工检测工序中,对螺旋焊管的管端400mm范围内的焊缝、两侧25mm的管体、管端25mm范围内的母材、管端坡口面进行检查。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种大直径、高强度螺旋焊管制造方法,其特征在于:所述外观检查和涂防腐涂层工序中,对螺旋焊管的周长、椭圆度、焊缝余高、坡口角度、钝边尺寸以及壁厚等几何尺寸进行测量,同时对咬边、摔坑、划伤等造成应力集中和影响最小壁厚的缺陷进行检查、修磨和重新测量,对合格的螺旋焊管的内壁和外壁涂抹防腐涂层。
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