本發(fā)明涉及了一種直縫焊管制造方法，特點涉及了一種X80級Φ1422mm超大口徑、厚壁、大應(yīng)變特殊用途直縫埋弧焊管制造方法。
背景技術(shù)：
新一輪干線天然氣管線建設(shè)要求具有輸送距離長、采用更高壓力和大口徑輸送的特點，出現(xiàn)了天然氣長輸管道大型化的趨勢，需要采用高強度、大壁厚的輸送管材。X80級管線鋼作為一種成熟的高強度管線鋼品種，做為高壓、大輸入量天然氣輸送管線管材，可有效的降低管線建設(shè)的成本，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。
經(jīng)過長期、大量的開采，易于開采油氣資源的地區(qū)已經(jīng)得到大量的開發(fā)，油氣開采越來越朝著更偏僻、地質(zhì)更復(fù)雜的地區(qū)發(fā)展。在管道建設(shè)中，管道要經(jīng)過更多的地震帶、凍土區(qū)、滑坡帶等，所以對管道不但要有高壓、大輸量的要求，對焊管的抗變形能力也提高更高的要求，以保證管線的安全性和穩(wěn)定性。對于具有大應(yīng)變能力的大口徑、厚壁埋弧焊管來說，不僅要解決隨著管線鋼壁厚的不斷增加，管體DWTT性能、低溫沖擊韌性、屈強比及均勻延伸率等關(guān)鍵指標(biāo)越難實現(xiàn)的矛盾，同時要使焊管具有良好的縱向變形能力，并保證焊管在防腐涂覆過程中塑性和韌性不會很大程度的下降，這就對到大口徑、厚壁、大應(yīng)變的直縫埋弧焊管的制造提出了更高的挑戰(zhàn)。
目前，國內(nèi)對X80大口徑、厚壁、大應(yīng)變埋弧焊管進(jìn)行了前期 的研究，主要集中在Ф1422mm管徑常規(guī)直縫焊管或者Ф1219mm管徑大應(yīng)變直縫焊管的制造方法，但是對于Ф1422mm管徑、大應(yīng)變直縫焊管的制造方法未涉及。例如專利申請?zhí)枮?01310147327.7的“超大管徑大壁厚直縫焊管制造方法”中只涉及了Ф1422mm管徑、大壁厚直縫焊管的制造方法，對于大應(yīng)變焊管未有涉及；專利申請?zhí)枮?01010251848.3的“一種高鋼級大應(yīng)變管線鋼和鋼管的制造方法”中只涉及了Ф1219mm管徑26.2mm壁厚大應(yīng)變直縫焊管的制造方法，對于Ф1422mm管徑、30mm壁厚以上大應(yīng)變直縫焊管未有涉及。本文中的制造方法可實現(xiàn)X80級Φ1422超大口徑、21.4～30.8mm厚壁、大應(yīng)變直縫焊管的制造，焊管不但具有良好的力學(xué)性能和幾何尺寸，而且具有良好的縱向變形能力，能夠確保管道在復(fù)雜地質(zhì)條件下的安全性和完整性。
超大口徑、大壁厚、大應(yīng)變直縫焊管除滿足同規(guī)格普通直縫焊管技術(shù)條件要求外，還需要滿足以下條件：(1)較低的縱向屈強比要求；(2)較高的縱向均勻延伸率的要求，這對超大口徑、大厚壁、大應(yīng)變直縫焊管的制造提出更高的要求，本發(fā)明旨在提供一種X80級Ф1422超大口徑、厚壁、大應(yīng)變直縫焊管的制造方法，能夠用于制造一種除具有良好常規(guī)力學(xué)性能之外，同時具有良好縱向屈服強度、屈強比和均勻延伸率的X80級Ф1422超大口徑、厚壁、大應(yīng)變的直縫埋弧焊管，為我國X80級超大口徑、厚壁、大應(yīng)變焊管的工業(yè)化應(yīng)用提供參考。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本文提供一種X80級超大口徑、厚壁、大應(yīng)變直縫埋弧焊管制造方法，采用此方法制造的焊管不僅具有良好的力學(xué)性能和幾何尺寸，而且具有良好的縱向變形能力，能夠確保管道在復(fù)雜地質(zhì)條件下的安全性和完整性。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
一種X80級Φ1422mm直縫埋弧焊管制造方法，包括以下工序：鋼板超聲波檢驗、銑邊、預(yù)彎邊、JCO成型、預(yù)焊、內(nèi)焊、外焊、焊縫X射線檢測、鋼管擴徑、靜水壓試驗、焊縫超聲波檢測、管端X射線檢測、倒棱、管端磁粉檢測、外觀質(zhì)量檢查、防腐；
該X80級管線鋼的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成為：C:0.05～0.09％、Si：0.15～0.32％、Mn：1.6～1.90％、S：≤0.004％、P：≤0.010％、Ni：0.15～0.40％、Cr：0～0.30％、Cu：0.1～0.3％、Nb：0.025～0.10％、V：0.02～0.05％、Ti：0.015～0.03％、Mo：0.10～0.35％、Al：0.02～0.06％、N：≤0.008％、B：≤0.0005％，余量為Fe。
采用鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐煉鋼、全流程潔凈化處理、控軋控冷等工藝，實現(xiàn)了管體組織為先共析鐵素體+MA+粒狀貝氏體多相組織，該多相組織保證焊管除具有較高的強度和良好的低溫韌性外，還具有較高的管體均勻延伸率和縱向變形能力。
JCO成型工藝為：利用JCO成型機先將經(jīng)縱邊預(yù)彎后的外側(cè)鋼板進(jìn)行多次壓制，壓成“J”形，再將內(nèi)側(cè)鋼板進(jìn)行多次壓制，壓成“C”形，最后在鋼板的中間壓制一次使鋼板壓成開口的“O”形，開口縫間隙小于246mm，在該沖壓工藝中采用小步長、多道次的工 序，對于21.4mm壁厚鋼板，壓制次數(shù)≥25次；21.4mm壁厚以上厚度鋼板，壓制次數(shù)≥37次，保證了管坯圓度和焊接邊的平直度。
預(yù)焊工藝為混合氣體保護(hù)焊，其中氣體類別為CO2(55％～65％)+Ar(35％～45％)，焊接速度V＝3.5～4.5m/min。
精焊工藝為內(nèi)焊四絲外焊五絲埋弧自動焊，精焊內(nèi)外焊工藝為：1#絲采用直流反接，2#、3#、4#或5#絲為交流，焊接速度V＝1.4～1.6m/min。
所述擴徑工藝在擴徑過程中選擇合適的步長重疊量，能夠保證兩擴徑重疊區(qū)域內(nèi)的外形質(zhì)量，并對鋼管全管體進(jìn)行擴徑，擴徑率控制在0.8％以內(nèi)。
所述防腐涂覆溫度應(yīng)控制在200℃以內(nèi)，且在200℃±5℃溫度下保溫5min。
所述焊管管徑為Φ1422mm、壁厚為21.4～30.8mm。
采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果有：
1.通過合理的合金設(shè)計和超潔凈冶煉、控軋控冷等工藝的控制，實現(xiàn)了管體組織為先共析鐵素體+MA+粒狀貝氏體多相組織，保證強度和韌性的同時使焊管具有較高的管體均勻延伸率和縱向變形能力。
2.本發(fā)明采用的JCO成型工藝是根據(jù)鋼板的寬度、厚度、以及壓模尺寸的大小，精確分析后獲得，合理選擇壓模尺寸、確定壓制道次，從而確保成型后管體各位置變形一致、均勻。采用此成型工藝可以保證X80級Φ1422mm、壁厚為21.4～30.8mm的直縫埋弧焊管的橢 圓度，使焊管在JCO成型過程中管體部分變形均勻，得到最佳形狀，有效避免了因不均勻變形導(dǎo)致的管體性能下降嚴(yán)重的情況。
3.采用混合氣體保護(hù)焊的預(yù)焊工藝可對焊管全長進(jìn)行連續(xù)預(yù)焊,保證焊管成型后的形貌保持，確保焊縫的質(zhì)量和可靠性。
4.采用內(nèi)焊四絲和外焊五絲的精焊工藝是針對X80級Φ1422mm、壁厚21.4～30.8mm直縫埋弧焊管開發(fā)制定的。采用內(nèi)焊四絲外焊五絲的焊接工藝，可減少單位長度的熱輸入量，減少熱影響區(qū)的大小。在焊接參數(shù)的制定過程中，充分考慮各絲的作用，通過合理設(shè)定各絲的電流、電壓、干伸長、焊絲間距及角度，以獲得優(yōu)良的焊縫形狀，焊縫與母材能夠平滑的過渡，減少或消除咬邊，從而最終獲得以針狀鐵素體和粒狀貝氏體為主的、具有良好力學(xué)性能的焊縫組織，保證焊管焊接接頭強韌性匹配。
5.在所述的鋼管擴徑工序中，根據(jù)成型、焊接后的焊管尺寸、圓度等情況，選擇合適步長重疊量，能夠保證兩擴徑重疊區(qū)域內(nèi)的外形質(zhì)量，采用該擴徑率擴徑的焊管在管端尺寸精度上顯示出良好的特性，尺寸精確，圓度好，有效保證了焊管幾何尺寸、橢圓度及焊管理化性能，能夠很好的進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)焊對接。
具體實施實例1：X80Φ1422×21.4mm大應(yīng)變直縫焊管制造
(1)原料，采用壁厚為21.4mm的X80鋼板，其主要合金元素含量：C 0.072％、Si 0.26％、Mn 1.71％、S 0.0029％、P 0.0073％、Ni 0.25％、Cr 0.24％、Cu 0.13％、Nb 0.079％、V 0.048％、Ti 0.015％、Mo 0.12％、Al 0.032％、N≤0.008％、B≤0.0005％，余量為Fe。
(2)鋼板超聲波檢驗，對鋼板進(jìn)行100％的超聲波檢測。
(3)銑邊，坡口尺寸為上坡口角度為80°，下坡口角度為75°，下坡口深度8.2mm，鈍邊7.0mm。
(4)預(yù)彎邊，利用預(yù)彎機進(jìn)行板邊預(yù)彎，使板邊曲率符合要求。
(5)JCO成型，在成型機上首先將預(yù)彎后的鋼板的一側(cè)進(jìn)行12次壓制，成“J”型，再將鋼板的另一半按同樣的方法和道次進(jìn)行壓制，成“C”型，最后在鋼板的中間進(jìn)行一次壓制，成開口的“O”型，開口間隙小于246mm，共壓制25道次，單次壓下量為2～4mm。
(6)預(yù)焊，將呈“O”型的鋼管送入預(yù)焊機，調(diào)整預(yù)焊機壓輥位置，采用混合氣體保護(hù)焊接方式進(jìn)行焊接，形成連續(xù)、質(zhì)量可靠的預(yù)焊焊縫。
(7)內(nèi)焊，采用四絲埋弧自動焊在鋼管內(nèi)側(cè)坡口進(jìn)行焊接，1#絲采用直流反接，2#、3#、4#絲為交流。焊接工藝參數(shù)為：1#絲電流I＝1100A，電壓U＝33V；2#絲電流I＝880A，電壓U＝34V；3#絲電流I＝700A，電壓U＝36V，4#絲電流I＝600A，電壓U＝38V，焊絲間距為18、19、19mm，干伸長26、26、26、26mm，焊接速度V＝1.7m/min。
(8)外焊，采用四絲埋弧自動焊在鋼管外側(cè)坡口進(jìn)行焊接，1#絲采用直流反接，2#、3#、4#絲為交流。焊接工藝參數(shù)為：1#絲電流I＝1150A，電壓U＝34V；2#絲電流I＝900A，電壓U＝36V；3#絲電流I＝700A，電壓U＝38V，4#絲電流I＝600A，電壓U＝40V，焊絲間距為18、20、20mm，干伸長30、30、30、30mm，焊接速度V＝1.7m/min。
(9)焊縫X射線檢測，對焊接后的焊管內(nèi)外焊縫進(jìn)行100％X射 線檢測。
(10)鋼管擴徑，對焊管全長進(jìn)行0.8％擴徑率進(jìn)行擴徑，提高焊管的尺寸精度，同時改善鋼管的應(yīng)力分布狀態(tài)。
(11)靜水壓試驗，對焊管進(jìn)行95％的靜水壓試驗，試驗壓力15.6MPa，保壓時間大于15S。
(12)焊縫超聲波檢測，對焊接后的焊管焊縫及兩側(cè)熱影響區(qū)進(jìn)行100％檢查。
(13)管端X射線檢測，對經(jīng)擴徑、水壓之后的焊管管端拍片檢查，防止擴徑、水壓可能產(chǎn)生的缺陷。
(14)倒棱，進(jìn)行管端坡口加工，坡口角度22°～25°，鈍邊0.8～2.4mm。
(15)管端磁粉檢測，對焊管管端進(jìn)行磁粉檢測，進(jìn)一步的排除可能產(chǎn)生的缺陷。
(16)防腐，防腐涂覆溫度控制在200℃以內(nèi)，且在200℃±5℃溫度下保溫5min。
采用以上工藝制造的焊管性能檢測結(jié)果如下：
1.焊管拉伸結(jié)果如表1所示：
表1 焊管拉伸性能試驗結(jié)果
2.管體沖擊韌性試驗結(jié)果如表2所示：
表2 焊管夏比沖擊試驗結(jié)果
3.管體DWTT試驗結(jié)果如表3所示：
表3 DWTT剪切面積(SA％)
4.焊接接頭硬度檢測結(jié)果如表4所示：
表4 焊接接頭硬度檢測結(jié)果
具體實施實例2：X80Φ1422×30.8mm大應(yīng)變直縫焊管制造
(1)原料，采用壁厚為30.8mm的X80鋼板，其主要合金元素含量：C 0.072％、Si 0.26％、Mn 1.71％、S 0.0029％、P 0.0073％、Ni 0.25％、Cr 0.24％、Cu 0.13％、Nb 0.079％、V 0.048％、Ti 0.015％、Mo 0.12％、Al 0.032％、N≤0.008％、B≤0.0005％，余量為Fe。
(2)鋼板超聲波檢驗，對鋼板進(jìn)行100％的超聲波檢測。
(3)銑邊，坡口尺寸為上坡口角度為70°，下坡口角度為70°，下坡口深度11.5mm，鈍邊10.0mm。
(4)預(yù)彎邊，利用預(yù)彎機進(jìn)行板邊預(yù)彎，使板邊曲率符合要求。
(5)JCO成型，在成型機上首先將預(yù)彎后的鋼板的一側(cè)進(jìn)行18次壓制，成“J”型，再將鋼板的另一半按同樣的方法和道次進(jìn)行壓制，成“C”型，最后在鋼板的中間進(jìn)行一次壓制，成開口的“O”型，開口間隙小于246mm，共壓制37道次，單次壓下量為2～4mm。
(6)預(yù)焊，將呈“O”型的鋼管送入預(yù)焊機，調(diào)整預(yù)焊機壓輥位置，采用混合氣體保護(hù)焊接方式進(jìn)行焊接，形成連續(xù)、質(zhì)量可靠的預(yù)焊焊縫。
(7)內(nèi)焊，采用四絲埋弧自動焊在鋼管內(nèi)側(cè)坡口進(jìn)行焊接，1#絲采用直流反接，2#、3#、4#絲為交流。焊接工藝參數(shù)為：1#絲電流I＝1100A，電壓U＝34V；2#絲電流I＝1000A，電壓U＝36V；3#絲電流I＝950A，電壓U＝38V，4#絲電流I＝900A，電壓U＝40V，焊絲間距為18、20、20mm，干伸長27、27、27、27mm，焊接速度V＝1.5m/min。
(8)外焊，采用四絲埋弧自動焊在鋼管外側(cè)坡口進(jìn)行焊接，1#絲采用直流反接，2#、3#、4#、5#絲為交流。焊接工藝參數(shù)為：1#絲電流I＝1200A，電壓U＝33V；2#絲電流I＝1100A，電壓U＝35V；3#絲電流I＝900A，電壓U＝37V，4#絲電流I＝800A，電壓U＝39V，5#絲電流I＝700A，電壓U＝40V，焊絲間距為17、17、17、17mm，干伸長29、29、29、29、29mm，焊接速度V＝1.5m/min。
(9)焊縫X射線檢測，對焊接后的焊管內(nèi)外焊縫進(jìn)行100％X射線檢測。
(10)鋼管擴徑，對焊管全長進(jìn)行0.8％擴徑率進(jìn)行擴徑，提高焊管的尺寸精度，同時改善鋼管的應(yīng)力分布狀態(tài)。
(11)靜水壓試驗，對焊管進(jìn)行95％的靜水壓試驗，試驗壓力22.5MPa，保壓時間大于15S。
(12)焊縫超聲波檢測，對焊接后的焊管焊縫及兩側(cè)熱影響區(qū)進(jìn)行100％檢查。
(13)管端X射線檢測，對經(jīng)擴徑、水壓之后的焊管管端拍片檢查，防止擴徑、水壓可能產(chǎn)生的缺陷。
(14)倒棱，進(jìn)行管端坡口加工，坡口角度22°～25°，鈍邊0.8～2.4mm。
(15)管端磁粉檢測，對焊管管端進(jìn)行磁粉檢測，進(jìn)一步的排除可能產(chǎn)生的缺陷。
(16)防腐，防腐涂覆溫度控制在200℃以內(nèi)，且在200℃±5℃溫度下保溫5min。
采用以上工藝制造的焊管性能檢測結(jié)果如下：
1.焊管拉伸結(jié)果如表5所示：
表5 焊管拉伸性能試驗結(jié)果
2.管體沖擊韌性試驗結(jié)果如表6所示：
表6 焊管夏比沖擊試驗結(jié)果
3.管體DWTT試驗結(jié)果如表7所示：
表7 DWTT剪切面積(SA％)
4.焊接接頭硬度檢測結(jié)果如表8所示：
表8 焊接接頭硬度檢測結(jié)果