一種具有高塑性x70厚壁深海管線用直縫埋弧焊管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高塑性X70鋼級厚壁深海管線用直縫埋弧焊管及其制造方法，按照質(zhì)量百分比，C 0.04％～0.07％，Si 0.20％～0.35％，Mn 1.40％～1.70％，P≤0.015％，S≤0.003％，Ni 0.10％～0.30％，Cr 0.10％～0.30％，Cu≤0.35％，Mo 0.10％～0.30％，Nb 0.04％～0.07％，V≤0.06％，Ti≤0.02％，Al≤0.04％，N≤0.005％，B≤0.0005％，Al/N≥3，Nb+V+Ti≤0.12％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明解決了深海環(huán)境對深海油氣輸送管道在抗壓潰、高塑性、耐疲勞、耐海水腐蝕及高尺寸精度等方面的特殊要求。
【專利說明】一種具有高塑性X70厚壁深海管線用直縫埋弧焊管及其制 造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于海洋油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，涉及一種深海油氣輸送管線用高強(qiáng)度高塑性 厚壁直縫埋弧焊管及其制造方法，尤其是一種具有高強(qiáng)度、高塑性及優(yōu)良低溫韌性的低屈 強(qiáng)比X70鋼級高強(qiáng)厚壁直縫埋弧焊接鋼管及其制造方法，滿足深海油氣輸送管道服役工況 對鋼管在高塑性、高強(qiáng)度、強(qiáng)韌性、抗腐蝕、高尺寸精度及高壓壓潰等高可靠性方面的要求， 適用于深海油氣輸送管線用厚壁直縫埋弧焊接鋼管的生產(chǎn)。

【背景技術(shù)】：
[0002] 海洋油氣儲量豐富，資源開發(fā)向海洋、尤其是深海進(jìn)軍已成必然趨勢。近年來世界 石油勘探重點(diǎn)已由陸地轉(zhuǎn)向海洋，由淺海轉(zhuǎn)向深海，深海油氣勘探開發(fā)技術(shù)已成為當(dāng)前全 球能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。海底管道作為海上油氣田開發(fā)與生產(chǎn)的不可或缺的生命線工 程，隨著能源開發(fā)逐漸從陸地走向海洋甚至深海，深海管道用的鋼管正向厚壁、高性能、高 鋼級、大壁厚和高尺寸精度、抗腐蝕方向發(fā)展。具有可靠性高、強(qiáng)度高、韌性好、焊接性良好、 抗腐蝕和高塑性等性能的厚壁管線鋼管開發(fā)是亟待解決的一個(gè)重要問題。
[0003] 深海環(huán)境十分復(fù)雜，海底管道對管線鋼材料、管道焊接、施工、維護(hù)等提出了比陸 上更高的要求。因此，深海用管線鋼的強(qiáng)度、韌性、抗壓性能、耐腐蝕性能、尺寸精度等指標(biāo) 相比陸地管線都有著嚴(yán)格的要求。由DNV-0S-F101海底管線標(biāo)準(zhǔn)可知，為了滿足深海管線 的施工安全，海底管線不僅要求鋼管的橫向強(qiáng)度，同時(shí)還要求縱向強(qiáng)度。水深大于2100m 后，深海的環(huán)境更惡劣，對管線的各項(xiàng)性能要求也更高。隨著鋪設(shè)深度的增加，海底管線的 抗壓潰性愈來愈重要，鋼管的壁厚和鋼管的尺寸圓度的要求更加嚴(yán)格，同時(shí)鋼管的口徑與 鋼管壁厚的比值（D/t)減小，小直徑和厚壁化已成為深海管線鋼管的主要特點(diǎn)。深海溫度 低、壓力大，對鋼管的斷裂韌性要求更高。深海溶氧量增加，海水、海泥和海底微生物造成鋼 管腐蝕行為更加復(fù)雜；對H2S和CO2含量的油氣介質(zhì)來說，在深海管道高壓輸送條件下，腐 蝕將加劇。受深海浪涌、洋流的影響，鋼管應(yīng)具有良好的縱向強(qiáng)韌性、塑性以及抗疲勞能力。 同時(shí)，在管材屈服強(qiáng)度的提高同時(shí)還應(yīng)考慮高塑性、低屈強(qiáng)比和可焊性等方面的要求。
[0004] 深水油氣田的開發(fā)正成為世界石油工業(yè)的主要增長點(diǎn)，深海管線用鋼管開發(fā)的重 要意義日益凸顯。我國南海石油儲量非常豐富，其中有75%面積處在深水。我國海洋油氣 勘探開發(fā)用管材研究開發(fā)起步較晚，基本不掌握深海管材的制造技術(shù)，產(chǎn)品大多依賴進(jìn)口， 深海管材成為制約我國海洋油氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著我國海洋石油開發(fā)逐漸走 向深水，深海管線用鋼的研發(fā)和國產(chǎn)化迫在眉睫，國內(nèi)鋼廠及制管企業(yè)已正在逐漸投入到 海底管線鋼及鋼管的研發(fā)當(dāng)中。
[0005] 中國專利CN201010291517. 2提及了一種低溫韌性優(yōu)異的厚規(guī)格海底管線用 熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法，該發(fā)明主要涉及的是一種具有優(yōu)異低溫韌性的厚度28mm以上 海底管線用熱軋鋼板的制造方法。專利CN200910153710. 7提及了一種采用高頻感應(yīng) 焊制造海底管線鋼管的制造方法，該專利涉及的是一種高頻感應(yīng)焊接鋼管的制造。專利 CN201210017093. X提及了一種深海用X70級大口徑厚壁無縫管及其制造方法，該發(fā)明專利 涉及的是一種厚壁無縫鋼管制造。專利CN201310478954. 9提及了一種高強(qiáng)度中口徑厚壁 海底管線管及其制造方法，該發(fā)明采用的管線鋼板材組織以針狀鐵素體為主，涉及的是一 種壁厚為31. 8_中口徑直縫鋼管的制造。以上相關(guān)專利所涉及的海底管線鋼及鋼管的最 高鋼級為X70,最大口徑為0 765. 2mm，壁厚最大為31. 8mm ;鋼管實(shí)物性能未能同時(shí)滿足管 體屈服強(qiáng)度為485?585MPa，抗拉強(qiáng)度為570?760MPa，延伸率彡50%，屈強(qiáng)比彡0. 82， 均勻延伸率> 8%的高塑性技術(shù)指標(biāo)要求。以上專利均未涉及到與本發(fā)明專利采用相同 管線鋼成分及組織、制管工藝方法及工藝參數(shù)，具有相同高塑性性能的鋼級為X70、壁厚 > 36. 5_的深海管線用厚壁直縫埋弧焊管及其制造方法。
[0006] 本發(fā)明專利涉及到一種具有高塑性低屈強(qiáng)比X70鋼級36. 5mm厚壁直縫埋弧焊管 用低C高M(jìn)n和Nb、Ti等微合金化成分及多邊形鐵素體+貝氏體雙相組織的管線鋼板材， 具有小徑厚比（D/t)的0914X36. 5mm X70鋼級厚壁JCOE直縫埋弧焊管的制管工藝及 X7036. 5mm厚壁管線鋼管的多絲埋弧焊接工藝技術(shù)，具有管體屈服強(qiáng)度為485?585MPa，抗 拉強(qiáng)度為570?760MPa，延伸率彡50%，屈強(qiáng)比彡0.82,均勻延伸率彡8 %的高強(qiáng)度、高 塑性、低屈強(qiáng)比的深海管線用X70鋼級厚壁埋弧焊管，滿足深海環(huán)境對深海油氣輸送管道 在高塑性、高強(qiáng)度、強(qiáng)韌性、抗腐蝕、高尺寸精度及高壓壓潰等方面的特殊要求，綜合性能優(yōu) 異，可靠性高。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007] 本發(fā)明的目的在于針對深海環(huán)境對深海油氣輸送管道在高塑性、高強(qiáng)度、強(qiáng)韌性、 抗腐蝕、高尺寸精度及高壓壓潰等方面的特殊要求，提出一種具有高塑性低屈強(qiáng)比深海管 線用X70厚壁直縫埋弧焊管及其制造方法，其通過特殊的合金化設(shè)計(jì)的管線鋼板材成分及 組織設(shè)計(jì)，采用JCOE直縫埋弧焊管的制管工藝及多絲埋弧焊接工藝技術(shù)，制造出具有優(yōu) 良低溫韌性和高塑性低屈強(qiáng)比的X70鋼級大壁厚直縫埋弧焊管，管體屈服強(qiáng)度為485? 585MPa，抗拉強(qiáng)度為570?760MPa，延伸率彡50%，屈強(qiáng)比彡0. 82,均勻延伸率彡8%。有 效地解決了海洋【技術(shù)領(lǐng)域】深海油氣管線用高等級管線鋼高塑性及強(qiáng)韌性的控制問題，使得 深海管線用X70厚壁管線鋼管在高強(qiáng)度、高塑性、高韌性和優(yōu)良低溫抗動態(tài)撕裂能力等方 面的綜合性能達(dá)到良好匹配。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是采用如下的具體工藝步驟：
[0009] 一種具有高塑性X70鋼級厚壁深海管線用直縫埋弧焊管，所述直縫埋弧焊管由 管線鋼鋼板制造，按照質(zhì)量百分比，所述管線鋼的化學(xué)成分為：c 0.04%?0.07%，Si 0.20%?0.35%，Mnl.40%?1.70%，P<0.015%，S< 0.003%，Ni0.10%?0.30%， Cr 0? 10%?0? 30%，Cu 彡 0? 35%，Mo 0? 10%?0? 30%，Nb0. 04%?0? 07%，V 彡 0? 06%， Ti 彡 0? 02%，A1 彡 0? 04%，N 彡 0? 005%，B 彡 0? 0005%，A1/N 彡 3，Nb+V+Ti 彡 0? 12%，余 量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述管線鋼的冷裂紋系數(shù)Pcm < 0. 20。
[0010] 所述直縫埋弧焊管為JCOE直縫埋弧焊接鋼管，鋼管鋼級為X70,壁厚為36. 5mm，管 材組織包括多邊形鐵素體和貝氏體組織。
[0011] 所述直縫埋弧焊管的制造工藝，包括：焊接引息弧板、銑邊、預(yù)彎邊、JCO成型、合 縫及預(yù)焊、內(nèi)焊、外焊、第一次超聲波檢查、第一次X射線檢查、機(jī)械擴(kuò)徑、水壓試驗(yàn)、倒棱、 坡口加工、第二次超聲波檢查、第二次X射線檢查、管端磁粉檢查、矯直和外觀質(zhì)量檢查。
[0012] 所述直縫埋弧焊管是利用JCO成型方式制造管徑為O914mm、壁厚為36. 5mm的 X70鋼級直縫埋弧焊管，首先利用JCO成型機(jī)將預(yù)彎后的鋼板的一半經(jīng)多次步壓制，壓制成 "J"形，再將鋼板的另一半進(jìn)行相同步進(jìn)次數(shù)壓制，壓制成"C"形，最后在整個(gè)鋼板的中間壓 制一次使其形成開口的"〇"形；上述壓制工藝中，采用的壓制次數(shù)為19次，步長為130mm， 每次壓下量在I. Omm?3. 0mm。
[0013] 所述內(nèi)焊采用四絲埋弧自動焊在鋼管內(nèi)側(cè)焊接坡口進(jìn)行焊接，第一絲采用直流反 接，第二至四絲為交流；內(nèi)焊焊接工藝參數(shù)為：第一絲電流1100?1200A、電壓32?34V，第 二絲電流950?1050A、電壓33?35V，第三絲電流850?950A、電壓35?37V，第四絲電 流750?850A、電壓37?39V，焊絲間距為18?20mm，焊接速度為120?140cm/min。 [0014] 所述外焊采用五絲埋弧焊在鋼管外側(cè)焊接坡口進(jìn)行焊接，第一絲采用直流反接， 第二至五絲為交流；外焊焊接工藝參數(shù)為：第一絲電流1150?1250A、電壓32?34V，第 二絲電流950?1050A、電壓33?35V，第三絲電流850?950A、電壓35?37V，第四絲電 流800?900A、電壓36?38V，第五絲電流700?850A、電壓37?39V，焊絲間距為16? 18_，焊接速度為120?140cm/min。
[0015] 所述對機(jī)械擴(kuò)徑是對鋼管全長進(jìn)行擴(kuò)徑，擴(kuò)徑率為0. 5%?1. 2%。
[0016] 所述直縫埋弧焊管管體屈服強(qiáng)度為485?585MPa，抗拉強(qiáng)度為570?760MPa，延 伸率彡50%，屈強(qiáng)比< 0. 82,均勻延伸率彡8%。
[0017] 本發(fā)明采用TMCP工藝制造的X70鋼級36. 5mm厚壁熱軋鋼板，按照質(zhì)量百分比， 化學(xué)成分為 C 0? 04%?0? 07%，Si 0? 20%?0? 35%，Mn L 40%?I. 70%，P 彡 0? 015%， S 彡 0. 003 %，Ni 0. 10 % ?0. 30 %，Cr 0. 10 % ?0. 30 %，Cu 彡 0. 35 %, Mo 0. 10 % ? 0. 30 %，Nb 0. 04 % ?0. 07 %，V 彡 0. 06 %，Ti 彡 0. 02 %，Al 彡 0. 04 %，N 彡 0. 005 %， B彡0. 0005%，A1/N彡3, Nb+V+Ti彡0. 12%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其冷裂紋系數(shù) Pcm < 0. 20。本發(fā)明的直縫埋弧焊管所采用的管線鋼板材成分是以低C、高M(jìn)n,通過加入微 量Nb, Ti, B等微合金元素、少量Mo, Cr及Cu, Ni合金元素,結(jié)合厚壁管線鋼板材控乳控冷 工藝，使鋼板在全壁厚上獲得多邊形鐵素體+貝氏體雙相組織，以保證X70厚壁管線鋼板材 具有優(yōu)良的抗應(yīng)變性能和優(yōu)良的低溫韌性，最終實(shí)現(xiàn)制管后鋼管具有高塑性。
[0018] 以下對本發(fā)明的直縫埋弧焊管所采用的管線鋼板材中所含基本元素的作用及其 用量的選擇進(jìn)行具體分析說明：
[0019] 碳（C) :c對材料的強(qiáng)度、低溫韌性、焊接性能都起著重要的作用。碳含量控制的過 低（一般低于0.025% )，則不能夠保證強(qiáng)度，含量過高時(shí)（一般高于0. 10% )，則焊接性能 和低溫韌性較難控制。本技術(shù)方案中，碳含量選擇在0. 04%?0. 07%，能夠保證鋼中一定 的貝氏體含量，保證一定的強(qiáng)度、韌性及延展率。
[0020] 硅（Si) :Si可以擴(kuò)大a-Y區(qū)，使得臨界區(qū)處的溫度范圍加寬。同時(shí)硅是煉鋼脫 氧的必要元素，可以增加材料的強(qiáng)度，但損害材料的低溫韌性及焊接性能，因此硅的含量應(yīng) 控制在Si 0.20%?0.35%的范圍內(nèi)。
[0021] 錳（Mn) :Mn元素是典型的奧氏體穩(wěn)定化元素，能夠提高鋼的淬透性，并起到固溶 強(qiáng)化和細(xì)化鐵素體晶粒的作用，在低碳條件下對于提高材料的強(qiáng)度有著顯著的作用，因此 當(dāng)對X70高強(qiáng)度管線鋼，Mn的含量不宜低于1. 4%。且Mn的價(jià)格相對低廉，是相對重要的 一種合金元素。但過量的錳不但使得連鑄過程較難控制，而且容易與P，S等元素形成偏析， 嚴(yán)重惡化材料的沖擊性能及焊接性能。因此本技術(shù)方案中Mn含量定在1. 40%?1. 70%。
[0022] 硫（S)、磷⑵：S、P是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，希望越低越好。通過超低硫（小 于30ppm)及Ca處理對硫化物進(jìn)行夾雜物形態(tài)控制，可使管線鋼具有高的韌性。本發(fā)明中 控制 S 彡 0? 003%，P 彡 0? 015%。
[0023] 鈮（Nb) :Nb是控軋控冷鋼中的重要元素，Nb的加入能夠阻止奧氏體變形后的再結(jié) 晶，提高奧氏體再結(jié)晶溫度。對于雙相鋼而言，Nb可顯著抑制鐵素體轉(zhuǎn)變，隨著冷速的增加， Nb的抑制作用增強(qiáng)，鐵素體晶粒尺寸明顯細(xì)化。一定量的Nb能與Mo復(fù)合促進(jìn)針狀鐵素體 的形成。因此Nb的含量控制在0.04%?0.07%。
[0024] 鎳（Ni) :Ni是一種提高鋼板強(qiáng)度和低溫韌性的元素，Ni作為一種奧氏體穩(wěn)定元 素，同時(shí)，還可以降低含銅鋼中銅脆現(xiàn)象的產(chǎn)生，對于深海管線用鋼，可以提高鋼板的耐腐 蝕性。但是，Ni作為一種貴重金屬，其含量范圍應(yīng)控制在0. 10%?0. 30%，有利于達(dá)到最 優(yōu)的性價(jià)比。
[0025] 銅（Cu) :Cu也是一種奧氏體穩(wěn)定元素，可以提高鋼板的淬透性和耐腐蝕性。但是 過高含量的銅容易使鋼產(chǎn)生銅脆現(xiàn)象，惡化鋼板的表面性能。因此，本技術(shù)方案中Cu的含 量控制在0. 35%以下。
[0026] 鉻（Cr) :Cr可顯著提高鋼的淬透性，推遲珠光體轉(zhuǎn)變，同時(shí)促進(jìn)了 C向奧氏體擴(kuò) 散，并可降低鐵素體的屈服強(qiáng)度，有利于獲得低屈強(qiáng)比的雙相鋼。本發(fā)明中Cr的含量控制 在 0? 10%?0? 30%。
[0027] 鑰（Mo) :Mo能顯著提高鋼板的抗拉強(qiáng)度，對于在臨界區(qū)加熱時(shí)所形成的奧氏體的 淬透性有良好的影響，有助于微細(xì)貝氏體的形成。但含量過高，不僅增加了生產(chǎn)成本，而且 降低了材料的焊接性能。因此Mo的添加范圍選擇在0. 10%?0. 30%。
[0028] 鈦（Ti),鋁（Al) :Ti，Al主要作用是固氮和完全脫氧。Ti/N在3?4之間為最佳。 Ti的含量過高，固氮效果達(dá)到飽和，過剩的Ti會使材料的韌性下降。Al作為AlN存在可有 效的脫氧，但含量過高當(dāng)脫氧效果達(dá)到飽和時(shí)，會損害鋼的低溫韌性及沖擊性。
[0029] 硼⑶：B在鋼中的作用是提高鋼的淬透性，一般加入量較少（0. 0003? 0.0050%)。也可以提高鋼的高溫強(qiáng)度，強(qiáng)化晶界的作用。本發(fā)明中控制B彡0.0005%。
[0030] 氮（N) :N是鋼種不可避免的雜質(zhì)元素，一般控制在0.01 %以下。本發(fā)明中控制 N 彡 0? 0050%。
[0031] 本發(fā)明通過采用JCOE制管工藝技術(shù)及多絲埋弧焊接工藝技術(shù)進(jìn)行X70鋼級 0914X36. 5mm厚壁小徑厚比JCOE直縫埋弧焊管制造，擴(kuò)徑率為0. 5%?1. 2%，制管后鋼 管管體具有高塑性、低屈強(qiáng)比、高均勻延伸率，焊接接頭韌性良好，同時(shí)鋼管外觀幾何尺寸 精度得到有效控制。
[0032] 本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是：
[0033] (1)本發(fā)明通過對高塑性X70鋼級36. 5mm厚壁深海管線用直縫埋弧焊管所用管線 鋼板材合金成分設(shè)計(jì)及顯微組織控制，使鋼板具有高強(qiáng)度、高韌性、高均勻延伸率、低屈強(qiáng) t匕、高應(yīng)力比及較窄的強(qiáng)度區(qū)間等特點(diǎn)的X70高強(qiáng)度管線鋼，以保證制管后對鋼管管體強(qiáng) 度、韌性、耐腐蝕性能的要求，同時(shí)滿足鋼管管體具有低屈強(qiáng)比、高均勻延伸率的要求。
[0034] (2)本發(fā)明解決了 X70鋼級、管徑為〇914mm、壁厚為36. 5mm的高強(qiáng)度高塑性高韌 性小徑厚比厚壁JCOE直縫埋弧焊管制造中成型控制、焊縫性能、幾何精度難以滿足技術(shù)要 求的問題。本發(fā)明采用JCO成型，并選擇合理的焊接材料和焊接工藝，特別是控制成型、焊 接及擴(kuò)徑工藝參數(shù)，使鋼管性能滿足深水油氣輸送管線用X70鋼級厚壁鋼管的性能要求。
[0035] (3)本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)在于對JCO成型、焊接及擴(kuò)徑工藝的優(yōu)化，本發(fā)明中所述的 工藝參數(shù)和工藝步驟是經(jīng)過多次試驗(yàn)取得的。其關(guān)鍵技術(shù)主要表現(xiàn)在：
[0036] 在成型控制中，由于鋼板強(qiáng)度高，厚度大，彈性大，JCO成型過程中鋼板不均勻變形 導(dǎo)致局部加工硬化、屈強(qiáng)比上升、韌性及均勻延伸率下降的嚴(yán)重問題。本發(fā)明是根據(jù)鋼板板 寬、厚度、強(qiáng)度和模具尺寸，精確分析，合理確定壓制次數(shù)和單道次壓下量，使鋼管在JCO成 型過程中各部分變形均勻、性能穩(wěn)定。采用過量壓下及較多次數(shù)的壓制工藝，以保證鋼板回 彈后達(dá)到鋼管的尺寸要求，使鋼管成型后具有良好的外觀幾何精度。
[0037] 在焊接工藝中，首先通過優(yōu)選焊接材料確保焊縫具有稍高于母材的強(qiáng)度及良好的 韌性。為控制焊縫的性能和焊接質(zhì)量，本發(fā)明采用一種內(nèi)焊四絲、外焊五絲的串列焊接方 式。確定焊接參數(shù)時(shí)，充分考慮到內(nèi)、外各道焊絲的作用，通過合理設(shè)定各絲電流、電壓、角 度、焊絲間距及焊接速度。其目的：一是能減少單位長度的熱輸入，縮小熱影響區(qū)，使高鋼 級管線鋼焊縫周圍的性能達(dá)到最優(yōu)；其二是兼顧了內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量；其三是兼顧了高 效率生產(chǎn)和優(yōu)良質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上，為了減小焊接熱輸入量對焊接熱影響區(qū)強(qiáng)韌性的影響， 對各絲電流、電壓及焊絲間距進(jìn)一步優(yōu)化，采用較低的熱輸入，調(diào)整串列埋弧焊的焊絲間距 為18?22_，從而避免熱量集中，減小焊接熱量對焊縫周圍熱影響區(qū)的影響，保證焊接熱 影響區(qū)的性能。焊縫最終獲得以針狀鐵素體+貝氏體為主的、具有良好強(qiáng)韌性的組織，解決 了焊管在焊接過程中局部受熱導(dǎo)致強(qiáng)韌性降低的問題。
[0038] 在擴(kuò)徑工藝中，根據(jù)鋼管成型后的尺寸、形狀及力學(xué)性能情況，確定最佳擴(kuò)徑工 藝，兼顧鋼管擴(kuò)徑后尺寸、形狀和力學(xué)性能，解決了鋼管在機(jī)械擴(kuò)徑時(shí)由于加工硬化導(dǎo)致強(qiáng) 度增加、屈強(qiáng)比上升、韌性和均勻延伸率降低的問題。
[0039] 通過各工序嚴(yán)格的技術(shù)控制，使最終鋼管的管體屈服強(qiáng)度為485?585MPa，抗 拉強(qiáng)度為570?760MPa，延伸率彡50%，屈強(qiáng)比彡0.82,均勻延伸率彡8%，焊縫抗拉強(qiáng) 度彡570 MPa;在-40°C試驗(yàn)溫度下，10X10X55mm全尺寸規(guī)格V型缺口夏比沖擊性能： 管體試樣的沖擊功平均值> 350J，焊縫及熱影響區(qū)試樣的沖擊功平均值> 100J ;試驗(yàn)溫 度-20°C下DWTT性能：平均剪切面積SA%彡85%，單個(gè)剪切面積SA%彡75% ;試驗(yàn)溫度 (TC下CTOD性能：焊縫中心線、熱影響區(qū)及母材處CTOD特征值S m > 〇. 20_ ;管體母材、焊 縫、熱影響區(qū)的硬度不超過240 HVlO ;鋼管管端橢圓度彡4. 0mm。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0040] 圖1為焊接接頭硬度檢測位置示意圖。其中：a處為管體母材，b處為熱影響區(qū) (HAZ)，c處為焊縫。
[0041] 圖2為厚壁埋弧鋼管焊接用坡口形式示意圖。其中：P為內(nèi)焊坡口角度（° )，a 為外焊坡口角度（° )，a為外坡口高度（mm)，b為鈍邊高度（mm)，t為鋼管壁厚，1為內(nèi)焊 坡口，2為上坡口，3為外焊坡口，4為下坡口。
[0042]

【具體實(shí)施方式】 [0043] ：
[0044] 下面結(jié)合X70 O 914mmX 36. 5mm厚壁深海管線用JCOE直縫埋弧焊管制造實(shí)例及附 圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0045] 本發(fā)明的實(shí)施例如下：
[0046] 1.采用TMCP工藝制造的X70鋼級36. 5mm壁厚熱軋鋼板，按照質(zhì)量百分比，板材的 化學(xué)成分為 C 0? 04%?0? 07%，Si 0? 20%?0? 35%，Mn L 40%?I. 70%，P 彡 0? 015%， S 彡 0. 003 %，Ni 0. 10 % ?0. 30 %，Cr 0. 10 % ?0. 30 %，Cu 彡 0. 35 %, Mo 0. 10 % ? 0. 30 %，Nb 0. 04 % ?0. 07 %，V 彡 0. 06 %，Ti 彡 0. 02 %，Al 彡 0. 04 %，N 彡 0. 005 %， B彡0. 0005%，A1/N彡3, Nb+V+Ti彡0. 12%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其冷裂紋系數(shù) Pcm < 0. 20。管線鋼板材組織主要由多邊形鐵素體和貝氏體組織構(gòu)成，板材具有一定的高 強(qiáng)度、高韌性、高塑性。
[0047] 2、焊接引息弧板：在鋼板軋制方向的四個(gè)直角處各焊接一塊引息弧板，在焊接時(shí) 將引弧時(shí)的焊縫端部和息弧時(shí)的弧坑引到焊件外，改善末端部位的磁場分布，減小磁偏吹 的程度。
[0048] 3?銑邊：加工坡口。對厚度為36. 5mm的鋼板，上坡口角度/2)和下坡口角度 (〇/2)均為35°±1°，鈍邊高度13為12.0±0.25_，下坡口高度3為13.5±0.5_，銑削 后寬度為2725?2745_。
[0049] 4.預(yù)彎邊：利用預(yù)彎機(jī)進(jìn)行板邊預(yù)彎，根據(jù)管徑尺寸要求，使板邊具有符合要求 的曲率。
[0050] 5. JCO成型：在JCO成型機(jī)上首先將預(yù)彎后的鋼板的一半經(jīng)過9道次步進(jìn)壓制， 壓成"J"形，再將鋼板的另一半同樣彎曲，壓成"C"形，最后在鋼板的中間壓制一次形成開 口的"0"形。整個(gè)壓制工藝，采用19道次壓制成型，步長為130mm，每道次壓下量為2. 0? 3. 0mm。在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)實(shí)際鋼管成型情況，適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。
[0051] 6、合縫及預(yù)焊：通過調(diào)整合縫預(yù)焊機(jī)壓輥的位置，使成型后的鋼管的焊接坡口相 匹配，保證錯(cuò)邊、縫隙尺寸符合要求，并采用大功率混合氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，形成連續(xù)、規(guī) 范、質(zhì)量穩(wěn)定的預(yù)焊焊縫。
[0052] 7.內(nèi)焊：采用四絲埋弧自動焊在鋼管內(nèi)側(cè)焊接坡口進(jìn)行焊接，第一絲采用直流反 接，第二至四絲為交流。內(nèi)焊焊接工藝參數(shù)為：第一絲電流1100?1200A、電壓32?34V， 第二絲電流950?1050A、電壓33?35V，第三絲電流850?950A、電壓35?37V，第四絲 電流750?850A、電壓37?39V，焊絲間距為18?20_，焊接速度為120?140cm/min。
[0053] 8.外焊：采用五絲埋弧自動焊在鋼管外側(cè)焊接坡口進(jìn)行焊接，第一絲采用直流反 接，第二至五絲為交流。外焊焊接工藝參數(shù)為：第一絲電流1150?1250A、電壓32?34V， 第二絲電流950?1050A、電壓33?35V，第三絲電流850?950A、電壓35?37V，第四絲電 流800?900A、電壓36?38V，第五絲電流700?850A、電壓37?39V，焊絲間距為16? 18_，焊接速度為120?140cm/min。
[0054] 上述焊接工藝中焊縫化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為C 0.06%?0.07%，SiO. 27%? 0. 32%，Mn 1. 65%?1. 70%，P 0. 016%?0. 018%，S 0. 003%?0. 005%，Ni 0. 14%? 0.17%，Cr 0.12 % ?0.15%，Cu 0.03 % ?0.09%，MoO. 12 % ?0.25%，Nb 0.02 % ? 0.04%，V0.01%?0.04%，Ti0.018%?0.021%，A1 0.024%? 0.032%，N 0.003%? 0? 005 %，A1/N = 4. 8 ?7. 6, Nb+V+Ti = 0? 086 % ?0? 099 %，冷裂紋系數(shù) Pcm 為 0? 18 ? 0. 20。焊縫的顯微組織為以針狀鐵素體+貝氏體為主的組織。
[0055] 9、超聲波檢測I :對焊接后的鋼管內(nèi)外焊縫及焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)部分進(jìn)行100% 檢查。
[0056] 10、X射線檢查I :對焊接后的鋼管內(nèi)外焊縫進(jìn)行100%的工業(yè)電視檢查。
[0057] 11、機(jī)械擴(kuò)徑：對鋼管全長進(jìn)行0. 5%?1. 2%擴(kuò)徑以提高鋼管的尺寸精度，并改 善鋼管內(nèi)應(yīng)力的分布狀態(tài)。
[0058] 12、水壓試驗(yàn)：對鋼管進(jìn)行100%靜水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為25Mpa，保壓時(shí)間大于 20s〇
[0059] 13、倒棱：進(jìn)行管端加工，加工成符合要求的管端坡口。
[0060] 14、超聲波檢驗(yàn)II :對擴(kuò)徑、水壓后的鋼管內(nèi)外焊縫及焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)部分進(jìn)行 100%的檢查，以排除擴(kuò)徑、水壓可能產(chǎn)生的缺陷。
[0061] 15、X射線檢查II :對擴(kuò)徑和水壓試驗(yàn)后的鋼管內(nèi)外焊縫進(jìn)行100%工業(yè)電視檢查 和管端拍片，以排除擴(kuò)徑、水壓可能產(chǎn)生的缺陷。
[0062] 16、管端磁粉檢驗(yàn)：對管端進(jìn)行磁粉檢驗(yàn)。
[0063] 17、外觀質(zhì)量檢查：對鋼管外觀尺寸和外觀質(zhì)量進(jìn)行測量和檢查，對橢圓度及直線 度等外觀尺寸超標(biāo)的鋼管采用整圓設(shè)備對鋼管進(jìn)行矯正，經(jīng)檢查合格的鋼管根據(jù)用戶需要 進(jìn)行防腐、涂層，交用戶進(jìn)行裝配。
[0064] 表1、表2、表3、表4、表5和表6給出的是本實(shí)例的鋼管實(shí)物的理化性能及外觀幾 何尺寸檢測結(jié)果，由表中可看出，利用本發(fā)明的制造技術(shù)制造的X70鋼級、管徑為〇914mm、 壁厚為36. 5mm高塑性厚壁深海管線用直縫埋弧焊管達(dá)到了高塑性指標(biāo)要求，同時(shí)達(dá)到了 高強(qiáng)度、高塑性、高韌性、優(yōu)良低溫抗動態(tài)撕裂能力及高尺寸精度等的良好匹配。
[0065] 表1鋼管拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果

【權(quán)利要求】
1. 一種具有高塑性X70鋼級厚壁深海管線用直縫埋弧焊管，所述直縫埋弧焊管由 管線鋼鋼板制造，其特征在于，按照質(zhì)量百分比，所述管線鋼的化學(xué)成分為：C 0.04%? 0. 07 %，Si 0. 20 % ?0. 35 %，Mn 1. 40 % ?1. 70 %，P 彡 0. 015 %，S 彡 0. 003 %，Ni 0? 10%?0? 30%，Cr 0? 10%?0? 30%，Cu 彡 0? 35%，Mo 0? 10%?0? 30%，Nb 0? 04%? 0. 07%, V ^ 0. 06%, Ti ^ 0. 02%, A1 ^ 0. 04%, N ^ 0. 005%, B ^ 0. 0005%, A1/N ^ 3, Nb+V+Ti < 0. 12%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述管線鋼的冷裂紋系數(shù)Pcm< 0. 20。
2. 如權(quán)利要求1所述高塑性X70厚壁深海管線用直縫埋弧焊管，其特征在于：所述直 縫埋弧焊管為JC0E直縫埋弧焊接鋼管，鋼級為X70,壁厚為36. 5mm，管線鋼管材組織主要由 多邊形鐵素體和貝氏體組織構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述直縫埋弧焊管的制造方法，其特征在于，制造工藝包括：焊接 引息弧板、銑邊、預(yù)彎邊、JC0成型、合縫及預(yù)焊、內(nèi)焊、外焊、第一次超聲波檢查、第一次X射 線檢查、機(jī)械擴(kuò)徑、水壓試驗(yàn)、倒棱、坡口加工、第二次超聲波檢查、第二次X射線檢查、管端 磁粉檢查、矯直和外觀質(zhì)量檢查。
4. 如權(quán)利要求3所述直縫埋弧焊管的制造方法，其特征在于：所述直縫埋弧焊管是利 用JC0成型方式制造管徑為〇914mm、壁厚為36. 5mm的X70鋼級直縫埋弧焊管，首先利用 JC0成型機(jī)將預(yù)彎后的鋼板的一半經(jīng)多次步壓制，壓制成"J"形，再將鋼板的另一半進(jìn)行相 同步進(jìn)次數(shù)壓制，壓制成"C"形，最后在整個(gè)鋼板的中間壓制一次使其形成開口的"0"形； 上述壓制工藝中，米用的壓制次數(shù)為19次，步長為130mm，每次壓下量為1.0mm?3. 0mm。
5. 如權(quán)利要求3所述直縫埋弧焊管的制造方法，其特征在于：所述內(nèi)焊采用四絲埋弧 自動焊在鋼管內(nèi)側(cè)焊接坡口進(jìn)行焊接，第一絲采用直流反接，第二至四絲為交流；內(nèi)焊焊接 工藝參數(shù)為：第一絲電流1100?1200A、電壓32?34V，第二絲電流950?1050A、電壓33? 35V，第三絲電流850?950A、電壓35?37V，第四絲電流750?850A、電壓37?39V，焊絲 間距為18?20_，焊接速度為120?140cm/min。
6. 如權(quán)利要求3所述直縫埋弧焊管的制造方法，其特征在于：所述外焊采用五絲埋弧 焊在鋼管外側(cè)焊接坡口進(jìn)行焊接，第一絲采用直流反接，第二至五絲為交流；外焊焊接工藝 參數(shù)為：第一絲電流1150?1250A、電壓32?34V，第二絲電流950?1050A、電壓33? 35V，第三絲電流850?950A、電壓35?37V，第四絲電流800?900A、電壓36?38V，第五 絲電流700?850A、電壓37?39V，焊絲間距為16?18_，焊接速度為120?140cm/min。
7. 如權(quán)利要求3所述直縫埋弧焊管的制造方法，其特征在于：所述機(jī)械擴(kuò)徑是對整根 鋼管全長進(jìn)行擴(kuò)徑，擴(kuò)徑率為〇. 5 %?1. 2%。
8. 如權(quán)利要求3所述直縫埋弧焊管的制造方法，其特征在于：所述直縫埋弧焊管管體 屈服強(qiáng)度為485?585MPa，抗拉強(qiáng)度為570?760MPa，延伸率彡50%，屈強(qiáng)比彡0. 82,均勻 延伸率彡8%。
【文檔編號】B21C37/08GK104451440SQ201410439835
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】畢宗岳, 牛愛軍, 牛輝, 劉海璋, 黃曉輝, 趙紅波, 張萬鵬, 劉斌, 陳長青, 楊軍, 趙勇, 張鵬, 包志剛 申請人:寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司