一種625MPa級UOE焊管及其制造方法
【專利摘要】一種625MPa級UOE焊管及其制造方法，其化學(xué)成分重量百分比為C：0.015～0.080％、Si：0.1～0.5％、Mn：1.40～2.20％、P≤0.015％、S≤0.003％、Nb：0.03～0.10％、Ti：0.01～0.035％、Cu+Ni：0.20～0.50％，且Cu/Ni：1～2、Cr+Mo：0.3～0.6％、Ca：0.001～0.005％，Al：0.02～0.045％，N≤0.010％，O≤0.008％，其余為Fe及不可避免的夾雜。本發(fā)明焊管屈服強度高于625MPa、抗拉強度高于700MPa、-20℃低溫沖擊功高于230J、-20℃DWTT剪切斷口面積百分?jǐn)?shù)大于85％，同時具有可制造性。該焊管可用于油氣輸送及高強結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
【專利說明】一種625MPa級UOE焊管及其制造方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及U0E焊管及其制造方法，特別涉及一種625MPa級U0E焊管及其制造方 法，該U0E焊管可用于油氣管道輸送、海工及其他結(jié)構(gòu)件應(yīng)用的相關(guān)領(lǐng)域。 【背景技術(shù)】
[0002] 在"低碳經(jīng)濟"發(fā)展的大背景下，"十二五"期間我國各主要用鋼行業(yè)都將加大綠 色、低碳、節(jié)能環(huán)保型鋼材的使用力度，尤其是能源、建筑、汽車、家電、集裝箱、工程機械等 用鋼行業(yè)對于高強度、耐腐蝕、長壽命等鋼材性能提出了更高的要求。625MPa及以上鋼級的 U0E焊管的開發(fā)應(yīng)用正適應(yīng)這一趨勢，該產(chǎn)品可以應(yīng)用于能源管道、海洋工程以及建筑結(jié)構(gòu) 等領(lǐng)域。
[0003] 管道輸送是石油天然氣輸送最經(jīng)濟高效的輸送方式之一，我國油氣管道建設(shè)已有 數(shù)十年的發(fā)展歷史，管道材料也從最初的A、B級鋼發(fā)展到X42?X80等API X系列鋼級， 550MPa級的X80也是目前大規(guī)模應(yīng)用的最高鋼級。管道行業(yè)在"十二五"期間的升級對鋼 材質(zhì)量提出了新要求，未來5年中國的油氣管道干線建設(shè)將投資3500億元，建設(shè)西氣東輸 三線（霍爾果斯一韶關(guān)）、西氣東輸四線（吐魯番一中衛(wèi)）、中緬油氣管線（緬甸西部港口 皎漂市一昆明）、中衛(wèi)一重慶一貴陽輸氣管線、陜京四線等天然氣輸送管道。為了節(jié)省建設(shè) 時間、減少管道占地和投資，480億立方米/年的大輸量管道成為未來管道建設(shè)的重點，因 此625MPa及更高強度焊管的開發(fā)及應(yīng)用不僅有利于建設(shè)用鋼量、降低管道施工和運營成 本，同時還可提高輸送效率，是未來管道建設(shè)的理想選擇之一。
[0004] 高強度U0E焊管具有重量輕、強度高、壽命長等優(yōu)點，也是廣泛用于海洋工程、建 筑、樁、支柱及其他結(jié)構(gòu)件的普碳鋼焊管的換代產(chǎn)品。通過提高強度，這種焊管可大幅度減 輕結(jié)構(gòu)重量，可以實現(xiàn)大高度、大跨度的結(jié)構(gòu)建造，降低金屬消耗，提高勞動生產(chǎn)率；進一步 提高韌性，可安全應(yīng)用于極地、低溫等環(huán)境領(lǐng)域。高強度焊管歐洲、美洲、日本及東南亞等 發(fā)達(dá)國家已進行了深入研究，而中國則處于起步階段。
[0005] 現(xiàn)有高強度U0E焊管的成分設(shè)計、顯微組織設(shè)計及制管方式的特點如下：
[0006] 成分設(shè)計上，如中國專利CN100398684通過采用B微合金化可以顯著提高鋼的強 度，但鋼的韌性相對偏低；日本專利JP61099660A采用高Cr、Ni合金設(shè)計來改善焊管的耐蝕 性，合金成本較高；中國專利CN200780024813. 2未對N、0等氣體元素進行限定，但高的N、 〇含量有損鋼的低溫韌性和時效性能。
[0007] 在顯微組織設(shè)計上，現(xiàn)有技術(shù)常采用多相組織設(shè)計，如中國專利 CN200480037950. 6采用20 %以下的多邊形鐵素體和80 %以上的貝氏體顯微組織設(shè)計，由 于有相界面的存在不利于提高鋼的沖擊韌性，同時相比例的波動易造成性能波動。
[0008] 在制管方式上，現(xiàn)有技術(shù)常采用螺旋管、JC0E管以及無縫管等方式，如中國專 利CN200710117991. 1采用雙縫焊進行制管，尺寸精度較差，且焊縫較長使用安全性較 差；中國專利 CN100398684、ZL200710185350. X、CN200710185346. 3 均采用 JC0E 制管 方式，而該方式殘余應(yīng)力較高、管型尺寸較差，不利于現(xiàn)場施工和焊接；還有如中國專利 ZL201010112123. 6、CN201010216400. 8均采用螺旋焊制管方式，同樣該制管方式無全管擴 徑工序，殘余應(yīng)力分布不均勻、管型質(zhì)量較差，同時焊縫較長，安全可靠性較低。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種625MPa級U0E焊管及其制造方法，該焊管屈服強度高 于625MPa、抗拉強度高于700MPa、-20°C低溫沖擊功高于230J、-20°C DWTT剪切斷口面積百 分?jǐn)?shù)大于85 %，同時具有可制造性。該焊管可用于油氣輸送及高強結(jié)構(gòu)。
[0010] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0011] 本發(fā)明625MPa級U0E焊管外徑范圍為0610?01219、壁厚范圍為10.0? 20. 0mm。鋼板采用C-Mn-Nb成分體系、低C合金化的成分設(shè)計，并采用寬厚板軋機進行原 材料鋼板生產(chǎn)，配合合適的控制乳制及DQ+ACC控制冷卻工藝，制造出以下貝氏體為主的高 強度高韌原材料鋼板；經(jīng)C、U、0成型及預(yù)焊、內(nèi)焊、外焊、擴徑等工序獲得具有高強度、高韌 性的U0E直縫焊管。
[0012] 具體的，本發(fā)明的一種625MPa級U0E焊管，其化學(xué)成分重量百分比為C :0. 015? 0· 080%、Si :0· 1 ?0· 5%、Μη :1· 40 ?2. 20%、P 彡 0· 015%、S 彡 0· 003%、Nb :0· 03 ? 0.10%、11:0.01?0.035%、〇1+附：0.20?0.50%，且〇1/附 ：1?2、0+]\1〇:0.3?0.6%、 Ca :0· 001 ?0· 005%，A1 :0· 02 ?0· 045%，N 彡 0· 010%，0 彡 0· 008%，其余為 Fe 及不可 避免的夾雜。
[0013] 在本發(fā)明鋼的成分設(shè)計中：
[0014] 碳C :最基本的強化元素。碳溶解在鋼中形成間隙固溶體，起固溶強化的作用，與 強碳化物形成元素形成碳化物析出，則起到沉淀強化的作用。但太高的C對鋼的延性、韌性 和焊接性能不利；c太低降低鋼的強度，。所以C制在0. 015?0. 080%。
[0015] 硅Si :固溶強化元素，同時也是鋼中的脫氧元素，但含量過高會惡化鋼材的焊接 性能，同時不利于軋制過程中熱軋氧化鐵皮去除，因此含量控制在〇. 1?〇. 5%。
[0016] 錳Μη:通過固溶強化提高鋼的強度，是鋼中補償因C含量降低而引起強度損失的 最主要、經(jīng)濟的強化元素。Μη還是擴大γ相區(qū)的元素，可降低鋼的γ - α相變溫度，有助 于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物，可提高鋼的韌性；但Μη是易偏析元素，當(dāng)Μη含量較高時，在澆鑄過 程中Μη易在板厚中心偏析，乳制完成后生成硬相的馬氏體組織，降低材料的低溫韌性和抗 動態(tài)撕裂性能。因此帶本發(fā)明中Μη含量限定為1.40?2. 20%。
[〇〇17] 鈮Nb :Nb是低碳微合金鋼的重要元素之一，熱軋過程中固溶的Nb應(yīng)變誘導(dǎo)析出 形成Nb(N，C)粒子，釘扎晶界抑制形變奧氏體的長大，經(jīng)控制軋制和控制冷卻使形變奧氏 體相變?yōu)榫哂懈呶诲e密度的細(xì)小的產(chǎn)物。此外，固溶的Nb在卷取后，以第二相粒子NbC在 基體內(nèi)彌散析出，起到析出強化作用。太低的Nb含量彌散析出效果不明顯，起不到細(xì)化晶 粒、強化基體作用；太高的Nb含量，易產(chǎn)生板坯裂紋，影響表面質(zhì)量，同時會嚴(yán)重惡化焊接 性能。本發(fā)明中Nb含量應(yīng)限定在0.03?0.10%。
[0018] 鈦Ti :是一種強烈的碳氮化物形成元素，Ti的未溶的碳氮化物在鋼加熱時可以 阻止奧氏體晶粒的長大，在高溫奧氏體區(qū)粗軋時析出的TiN可有效抑制奧氏體晶粒長大。 另外在焊接過程中，鋼中的TiN粒子能顯著阻止熱影響區(qū)晶粒長大，從而改善鋼板的焊接 性能同時對改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性有明顯作用。本發(fā)明中Ti含量控制在0. 01? 0. 035%。
[0019] 銅、鎳（Cu、Ni):可通過固溶強化作用提高鋼的強度，同時Cu還可改善鋼的耐蝕 性，Ni有利于改善韌性；按一定比例加入Ni可改善Cu在鋼中易引起的熱脆性，減少板坯裂 紋和翹皮產(chǎn)生。過高的Cu、Ni增加成本且不利于焊接，因此本發(fā)明中限制Cu+Ni :0. 20? 0.50%，同時要求Cu/Ni :1?2。
[0020] 鉻、Mo(Cr、Mo):提高鋼的淬硬性、淬透性的重要元素，有效提高鋼的強度，兩者可 以復(fù)合添加或單獨添加，主要起到相變控制和改善厚度方向上的組織性能均勻性。但太高 的鉻和錳同時加入鋼中，會導(dǎo)致低熔點Cr-Mn復(fù)合氧化物形成，在熱加工過程中形成表面 裂紋，同時會嚴(yán)重惡化焊接性能；太高的Mo加入增加MA組元的含量，對沖擊韌性不利。本 發(fā)明規(guī)定 Cr+Mo :0. 30 ?0. 60 %。
[0021] 氮N:在微合金化鋼中，適當(dāng)?shù)牡靠梢酝ㄟ^形成高熔點的TiN粒子，起到抑 制再加熱過程中板坯晶粒粗化的作用，改善鋼的強韌性。但當(dāng)N含量過高時，時效后高 濃度的自由N原子釘扎位錯，使屈服強度明顯提高，同時有損韌性。因此本發(fā)明中控制 N 彡 0· 010%。
[0022] 氧0 :對于低合金純凈鋼冶煉，在冶煉終點均需要進行脫氧處理，以減少澆鑄過程 中產(chǎn)生的氣泡以及氧化物夾雜，改善鋼的內(nèi)質(zhì)、提高成品鋼板的低溫沖擊韌性和抗動態(tài)撕 裂性能。當(dāng)氧含量高于80ppm時，夾雜物、氣孔等內(nèi)質(zhì)缺陷顯著增多，所以本發(fā)明中控制 0 彡 0· 008%。
[0023] 硫、磷（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處理對硫化物進行夾雜物形態(tài)控制，同時控制P含量在150ppm以下，可保證發(fā) 明鋼具有良好的低溫沖擊韌性。
[0024] 鈣（Ca):通過Ca處理可以控制硫化物的形態(tài)，改善鋼板的各向異性，提高低溫韌 性，為確保最佳效果Ca的控制范圍為0. 0010?0. 0050%。
[0025] 鋁（A1):是為了脫氧而加入鋼中的元素，添加適量的A1有利于細(xì)化晶粒，改善鋼 材的強韌性能，本發(fā)明中A1的含量控制范圍為0. 02?0. 045%。
[0026] 因此，以晶粒細(xì)化、析出強化、相變控制等材料理論為基礎(chǔ)，采用了較低的C含量、 高Mn、Cu/Ni/Cr/Mo合金化以及Nb、Ti微合金化的成分設(shè)計；并結(jié)合控制軋制和控制冷卻 的熱機械處理工藝，得到以下貝氏體為主的用于制造625MPa級焊管的熱軋鋼板，具有高強 度、高韌性的力學(xué)性能特征。
[0027] 本發(fā)明625MPa級U0E焊管的制造方法，其特征是，包括如下步驟：
[0028] 1)冶煉連鑄
[0029] 按上述成分冶煉，經(jīng)冶煉-LF+RH爐外精煉-連鑄，得到200?300mm厚度規(guī)格的 連鑄板坯；
[0030] 2)加熱：板坯再加熱溫度1070?1200°C ;
[0031] 3)粗乳：粗乳停止溫度為> 960 C ;中間述厚：中間述厚4t?8t，t為最終成品鋼 板厚度，mm ;
[0032] 4)精軋：終軋溫度為730?820°C ;
[0033] 5) DQ直接淬火冷卻：終冷溫度為350?450°C，冷卻速率彡30°C /s ;
[0034] 6) ACC快速冷卻：終冷溫度為80?350°C，冷卻速率彡15°C /s ;
[0035] 7)鋼管成型焊接，包括鋼管成型一U0成型、鋼管焊接；0成型壓縮率為0. 18? 0.22%，其中，0成型壓縮率=(π X (預(yù)焊后外徑-壁厚）-銑邊后寬度）/銑邊后寬 度 Χ100% ;
[0036] 8)擴徑Ε成型：對焊接后的鋼管全長進行擴徑，以滿足鋼管的最終管型要求，擴徑 率范圍為0. 8%?1.2%，其中，擴徑率=(擴徑后鋼管外徑-擴建前鋼管外徑）/擴徑前鋼 管外徑X 100%。
[0037] 進一步，步驟7)鋼管成型焊接焊前準(zhǔn)備，包括：
[〇〇38] 1)引弧板焊接：在鋼板四個角部焊接引弧鋼板，主要用于焊接時引弧作用；
[0039] 2)銑邊、坡口尺寸：通過鋼板坡口尺寸設(shè)計。
[〇〇4〇] 更進一步，步驟7)鋼管成型焊接中焊管成型，包括，
[0041] 1) C成型：又稱彎邊成型，在彎邊成型機上，將鋼板的邊部通過彎邊裝置彎曲成所 需的形狀，確保〇成型過程中板邊的直邊段最??；
[0042] 2) U成型：在U成型機上，將預(yù)彎邊的鋼板經(jīng)一次壓制成"U"型；
[0043] 3)0成型：在0成型機上，將U成型后的鋼板經(jīng)一次壓制成"0"型；
[0044] 4)高壓水沖洗和烘干：將成型后為焊接開縫鋼管的內(nèi)外表面進行高壓水沖洗， 去除氧化鐵皮、油脂、灰塵等污染；沖洗完成后立即進烘干爐進行烘干處理，烘干溫度為 100。。?300。。。
[0045] 又，步驟7)鋼管成型焊接中鋼管焊接，包括：
[0046] 1)預(yù)焊：對0成型后的開縫鋼管，使其對邊精確對其、定位，并采用C02或Ar+C0 2 保護焊進行連續(xù)預(yù)焊焊接，以保證后續(xù)內(nèi)焊、外焊過程中電弧穩(wěn)定，確保最終的焊接質(zhì)量；
[0047] 2)內(nèi)焊：
[0048] 對于10. 0?15. 0mm壁厚規(guī)格焊管，采用三絲埋弧焊工藝進行鋼管內(nèi)焊焊接，第1 絲為直流反接，第2、3絲為交流，焊絲直徑為3. 5?4. 5mm ;第1絲電流為550?650A，電壓 為22?30V ;第2、3絲電流為450?600A，電壓為30?40V ;
[0049] 對于15. 1?20. 0mm壁厚規(guī)格焊管，采用四絲埋弧焊工藝，第1絲電流為直流反 接，第2、3、4絲為交流，焊絲直徑為3. 5?4. 5mm ;第1絲為交流反接，電流為1100?1200A， 電壓為28?40V ;第2?4絲電流為500?700A、電壓為34?42V ;
[0050] 焊接速度均為1. 5?1. 9m/min ;內(nèi)焊焊劑均需在250?450°C范圍內(nèi)進行烘干，烘 干時間> 2小時；
[0051] 3)外焊：
[0052] 對于10. 0?15. 0mm壁厚規(guī)格焊管，采用三絲埋弧焊工藝進行鋼管內(nèi)焊焊接，第1 絲為直流反接，第2、3絲為交流，焊絲直徑為3. 5?4. 5mm ;第1絲電流為850?1000A，電 壓為30?40V ;第2、3絲電流為450?650A，電壓為35?45V ;
[0053] 對于15. 1?20. 0mm壁厚規(guī)格焊管，采用四絲埋弧焊工藝，第1絲電流為直流反 接，第2、3、4絲為交流，焊絲直徑為3. 5?4. 5mm ;第1絲電流為1100?1200A，電壓為28? 40V ;第2?4絲電流為500?700A、電壓為34?42V ;
[0054] 焊接速度均為1. 3?1. 8m/min ;外焊焊劑均需在250?450°C范圍內(nèi)進行烘干，烘 干時間> 2小時。
[0055] 另外，焊接后焊縫探傷，包括，
[0056] 焊縫超聲探傷：采用超聲探傷方法，檢測焊后裂紋、分層、未焊透等焊縫缺陷；
[0057] 焊縫X射線探傷：采用X射線探傷方法，檢測焊后氣泡、夾雜等點狀焊縫缺陷。
[0058] 另外，步驟8)擴徑后包括如下步驟：
[0059] 9)焊縫超聲探傷：采用超聲探傷方法，檢測擴徑后裂紋、分層、未焊透等焊縫缺 陷；
[0060] 10)焊縫X射線檢查：采用X射線探傷方法，檢測擴徑后氣泡、夾雜等點狀焊縫缺 陷；
[0061] 11)倒棱：對鋼管兩端進行平頭、倒棱處理，為施工現(xiàn)場對焊帶來便利；
[0062] 12)管端分層超聲探傷：對倒棱后的鋼管端部進行超聲探傷檢驗，防止分層缺陷；
[0063] 13)管端磁粉探傷：對倒棱后的鋼管端部進行磁粉探傷檢驗，防止分層缺陷；
[0064] 14)上保護環(huán)：對管端進行保護，確保鋼管現(xiàn)場施工過程中的對焊質(zhì)量。
[0065] 在上述制板工藝設(shè)計中，本發(fā)明產(chǎn)品采用強冷+弱冷（DQ+ACC)的工藝進行控制， DQ強冷的停止溫度為350?450°C，主要是通過高冷速抑制發(fā)生中溫轉(zhuǎn)變，避開大的熱換 系數(shù)波動溫度區(qū)間，有利于改善板型，并獲得具有更高強韌性匹配的低溫相變產(chǎn)物；ACC弱 冷停冷溫度為80?350°C，主要是通過低冷速獲得穩(wěn)定的停冷溫度，促進低溫相變進行，以 獲得單一的下貝氏體組織，從而獲得較優(yōu)的強度和韌性匹配。在上述成型工藝設(shè)計中，通過 〇(壓縮變形）、E (拉伸變形）成型過程中的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力相互作用，提高焊管的圓度，并 減少殘余應(yīng)力。
[〇〇66] 本發(fā)明與現(xiàn)有專利相比不同之處在于：
[0067] 中國專利CN200710117991. 1公開的采用雙縫埋弧制造直縫焊管的方法，其采用 寬度為鋼管周長1/2的兩塊鋼板，利用雙面埋弧焊方法首先進行兩塊鋼板沿縱向邊拼接， 然后采取常用的直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)工藝進行鋼管制作?；蛘邔蓧K鋼板分別進行C成 型，制成C形半管。將兩個C形半管組對定位焊成0形圓管，然后進行兩道焊縫的焊接。經(jīng) 過擴徑、無損檢測，完成石油、天然氣輸送的雙縫埋弧焊管制作，從而起到降低制管板材的 制造難度，生產(chǎn)大口徑及壁厚的質(zhì)量優(yōu)良的鋼管。本發(fā)明在制管方法上采用C、U、0、E成型 工藝及單縫直縫埋弧焊方法進行焊接，與該專利在制管工藝上存在顯著差異。
[0068] 中國專利CN100398684提供一種X120管線鋼所制直縫埋弧焊管及其制造工藝，其 采用含B微合金化成分設(shè)計及控軋工藝制造高強度的X120鋼板，經(jīng)銑邊、預(yù)彎、JC0成型、 預(yù)焊、內(nèi)焊、外焊、擴徑、倒棱等工序制呈直縫埋弧焊管。本發(fā)明采用不含B的成分設(shè)計方法 及TMCP工藝制造了具有一定強度和韌性的鋼板，并采用U0E工藝進行焊管制造，制造的焊 管屈服強度達(dá)到625MPa及更高的強度和優(yōu)異的沖擊韌性；同時相對于JC0E成型工藝具有 更優(yōu)的橢圓度和殘余應(yīng)力分布。
[0069] 日本專利JP61099660A介紹了一種高耐蝕性焊管及其制造方法。通過采用低C、 高Cr (18?25% )、高Ni (27?40% )成分設(shè)計可以獲得高耐蝕性焊管用鋼板，并可用于焊 管制造。本發(fā)明采用低C微合金的成分設(shè)計方法和控軋控冷工藝來制造高強度和高韌性鋼 板，Cr、Ni含量遠(yuǎn)低于該專利的下限，同時采用U0E工藝進行焊管制造。。
[0070] 中國專利ZL200710185350. X公開一種X100直縫埋弧焊管的制造方法，采用低碳 微合金化的原材料鋼板，經(jīng)過JC0成型工序制造的直縫焊管具有高強度高韌性的力學(xué)特 征。本發(fā)明采用U0E制管工藝，可以獲得更優(yōu)的管型質(zhì)量和殘余應(yīng)力分布，有利于后續(xù)施工 和焊接。與該專利存在成型方式上有較大差異。
[0071] 中國專利ZL201010112123. 6公開了一種X100螺旋埋弧焊管的制造方法，其采用 低碳微合金化的原材料鋼板，經(jīng)過連續(xù)螺旋成型和螺旋埋弧焊工藝，制造的焊管具有高強 度高韌性的力學(xué)特征，該專利主要側(cè)重制管工藝技術(shù)，原材料鋼板的成分設(shè)計主要采用較 高Μη的成分設(shè)計方法。本發(fā)明采用U0E制管工藝，可以獲得更優(yōu)的管型質(zhì)量和殘余應(yīng)力分 布，有利于后續(xù)施工和焊接。與該專利在原材料型式、成型及焊接方式上均存在較大差異。
[0072] 中國專利CN200780024813. 2提出了一種本發(fā)明提供一種鋼管的ΗΑΖ的韌性降低 的低溫韌性優(yōu)良的管線管用高強度鋼管及其制造方法，還提供用作管線管用高強度鋼管 的坯料的管線管用高強度鋼板及其制造方法。在成分設(shè)計上未添加Cu、Ni、Cr等元素，且未 對N、0含量進行限制。本發(fā)明在成分設(shè)計上采用了 Cu、Ni、Cr合金化，同時對N、0的上限進 行了限制；并采用U0E制管工藝進行焊管制造，可以獲得更優(yōu)的管型質(zhì)量和殘余應(yīng)力分布， 有利于后續(xù)施工和焊接。與該專利在成分設(shè)計及制管方式上有較大差異。
[0073] 中國專利CN200480037950. 6提供一種低溫韌性優(yōu)異的高強度厚壁管線管用焊接 鋼管及其制造方法，將母材鋼板成形為管狀之后進行焊接，母材鋼板的金屬組織包含20% 以下的多邊形鐵素體和80%以上的貝氏體，有效晶體粒徑為20 μ m以下，同時可使焊接熱 影響區(qū)的有效晶體粒徑為150 μ m以下。本發(fā)明原材顯微組織主要為全貝氏體顯微組織；并 采用U0E制管工藝進行焊管制造，可以獲得更優(yōu)的管型質(zhì)量和殘余應(yīng)力分布。與該專利在 顯微組織設(shè)計及制管方式上有較大差異。
[0074] 中國專利CN200710185346. 3公開了一種X80管線鋼JC0E直縫埋弧焊管的制 造方法，它應(yīng)用于制造高強度高韌性石油天然氣的輸送管路。該方法包括使用化學(xué)成分 為 C0. 03 ?0· 05 %、SiO. 20 ?0· 30 %、Mnl. 65 ?1. 75 %、P 彡 0· 01 %、S 彡 0· 005 %、 Nb+TiO. 10?0· 15%、Ni+Cr+CuO. 5?0· 7%的ΗΤΡ Χ80控軋鋼板；鋼板經(jīng)銑邊、彎邊、多 道次壓下的"JC0"成型工藝、氣體保護預(yù)焊、內(nèi)焊、外焊、擴徑、超聲波檢查、X射線檢查、水 壓試驗、管端到棱、超聲波檢查、X射線檢查等工序制造成高強度高韌性的石油天然氣輸送 管。鋼管的內(nèi)外焊采用四絲串列埋弧自動焊，并通過選擇適合的焊絲、焊劑，控制焊接工藝 參數(shù)，從而控制焊縫的成分、組織，使焊縫的性能到達(dá)X80性能要求。本發(fā)明采用較高Μη以 及Nb+V < 1. 0 %的成分設(shè)計，同時采用U0E制管工藝，可以獲得更優(yōu)的管型質(zhì)量和殘余應(yīng)力 分布，有利于后續(xù)施工和焊接。與對比該存在成分設(shè)計、成型方式上有較大差異。
[0075] 美國專利US6464802提出了一種高Cr管線管的制造方法，通過采用< 0.02%低 C、< 0. 3% Nb和10%?14%高Cr的成分設(shè)計方案，以改善熱影響區(qū)韌性和熱加工性能，屬 于不銹鋼系列鋼管產(chǎn)品。與本發(fā)明提出的高強度低C合金鋼管為完全不同的產(chǎn)品類型。
[0076] 日本專利JP63250418A提出了一種高強度低屈強比無縫管線管的制造方法，其成 分設(shè)計以C-Mn為基礎(chǔ)成分，添加適量的Nb微合金化，經(jīng)過熱軋后直接冷卻到室溫，且在? 600°C溫度范圍內(nèi)的冷速為5?30°C /s，可以得到屈強比彡0. 85%的無縫管線管。本發(fā)明 鋼板采用微合金化成分設(shè)計方法和控軋控冷工藝進行制造，并且采用U0E工藝進行直縫埋 弧焊管制造。與該專利相比，在成分設(shè)計和制管方式上存在較大差異。
[0077] 本發(fā)明具有如下特點：
[0078] (1)本發(fā)明采用低C微合金化成分設(shè)計和下貝氏體顯微組織設(shè)計，有效晶粒尺寸 在3μπι及以下，以獲得高強度、高的低溫沖擊韌性和良好的抗動態(tài)撕裂性能；
[0079] (2)采用較低合金化設(shè)計，通過強化的軋制和冷卻工藝，在保證性能的同時降低了 生產(chǎn)成本；
[0080] (3)采用低S、低P設(shè)計，以保證開發(fā)鋼具有優(yōu)良的純凈度，提高低溫沖擊韌性；
[0081] (4)在冷卻工藝控制上，采用強冷+弱冷（DQ+ACC)工藝，以獲得所需的相變組織類 型，同時起到改善板型的作用；
[0082] (5)本發(fā)明采用C、U、0、E成型工藝進行成型，并采用合適的工藝進行焊接，實現(xiàn)優(yōu) 異的力學(xué)性能和管型精度匹配。
[0083] 與現(xiàn)有生產(chǎn)鋼管相比，本發(fā)明的U0E焊管性能達(dá)到以下要求：
[0084] 拉伸性能：屈服強度RpO. 2彡625MPa，抗拉強度Rm彡700MPa ;延伸率 A50 8 彡 15% ;-2(TC沖擊功：AKv 彡 230J ;-2(TC DWTT(Drop Weight Tear Test，落錘撕裂測 試）性能：SA%彡85%。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0085] 圖1為本發(fā)明實施例鋼的典型顯微組織。 【具體實施方式】
[0086] 下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[〇〇87] 按照本發(fā)明鋼化學(xué)成份要求，設(shè)計實施例的化學(xué)成分，如表1所示。表2為本發(fā)明 實施例軋制及制管工藝路徑。按上述成份和工藝設(shè)計，各實施例得到的力學(xué)性能如表3所 /_J、1 〇
[0088] 可見，按照本發(fā)明設(shè)計的成分和工藝，都可達(dá)到目標(biāo)性能要求，具有良好的綜合力 學(xué)性能，且碳當(dāng)量較低，有利于改善鋼管成型焊接及現(xiàn)場環(huán)焊焊接性能。另外本發(fā)明成分簡 單，工藝窗口較寬，具有較強的可制造性。
[0089] 對于625MPa級超高強度U0E焊管，可應(yīng)用于天然氣輸送管道建設(shè)，也可用于海洋 平臺及其它結(jié)構(gòu)件建造。對于長輸管道建設(shè)而言，625MPa級超高強度焊管不僅可以減少 用鋼量，同時可以提高輸送壓力，有利于提升管道的輸送能力；對于結(jié)構(gòu)件應(yīng)用，同樣可以 減少用鋼量，同時具有更高的承載能力，適用于更大型的裝備建造。此外，625MPa級超高強 焊管在海洋平臺結(jié)構(gòu)件及油氣輸送管道領(lǐng)域的應(yīng)用，符合世界低碳經(jīng)濟及可持續(xù)發(fā)展的需 求，具有良好的應(yīng)用前景。
[0090]
【權(quán)利要求】
1. 一種625MPa級UOE焊管，其化學(xué)成分重量百分比為C :0. 015?0. 080%、Si :0. 1? 0· 5%、Μη :1· 40 ?2. 20%、P 彡 0· 015%、S 彡 0· 003%、Nb :0· 03 ?0· 10%、Ti :0· 01 ? 0· 035 %、Cu+Ni :0· 20 ?0· 50 %，且 Cu/Ni :1 ?2、Cr+Mo :0· 3 ?0· 6 %、Ca :0· 001 ? 0· 005%，A1 :0· 02?0· 045%，N彡0· 010%，0彡0· 008%，其余為Fe及不可避免的夾雜。
2. 如權(quán)利要求1所述的625MPa級U0E焊管的制造方法，其特征是，包括如下步驟： 1) 冶煉連鑄 按權(quán)利要求1所述的成分冶煉，經(jīng)冶煉-LF+RH爐外精煉-連鑄，得到200?300mm厚 度規(guī)格的連鑄板坯； 2) 加熱：板坯再加熱溫度1070?1200°C ; 3) 粗軋：粗軋停止溫度為> 960°C沖間坯厚：中間坯厚4t?8t，t為最終成品厚度， mm ； 4) 精軋：終軋溫度為730?820°C ; 5. DQ直接淬火冷卻：終冷溫度為350?450°C，冷卻速率彡30°C /s ; 6. ACC快速冷卻：終冷溫度為80?350°C，冷卻速率彡15°C /s ; 7) 鋼管成型焊接，包括鋼管成型一U0成型、鋼管焊接；0成型壓縮率為0. 18?0. 22%， 其中，〇成型壓縮率=(η X (預(yù)焊后外徑-壁厚）_銑邊后寬度）/銑邊后寬度X100% ; 8) 擴徑即Ε成型：對焊接后的鋼管全長進行擴徑，以滿足鋼管的最終管型要求，擴徑率 范圍為0. 8%?1. 2%， 其中，擴徑率=(擴徑后鋼管外徑-擴建前鋼管外徑）/擴徑前鋼管外徑Χ100%。
3. 如權(quán)利要求1所述的625MPa級U0E焊管及其制造方法，其特征是，步驟7)鋼管成型 焊接焊如準(zhǔn)備，包括： 1) 引弧板焊接：在鋼板四個角部焊接引弧鋼板，主要用于焊接時引弧作用； 2) 銑邊、坡口尺寸：通過鋼板坡口尺寸設(shè)計。
4. 如權(quán)利要求1所述的625MPa級U0E焊管及其制造方法，其特征是，步驟7)鋼管成型 焊接中焊管成型，包括， 1. C成型：又稱彎邊成型，在彎邊成型機上，將鋼板的邊部通過彎邊裝置彎曲成所需的 形狀，確保〇成型過程中板邊的直邊段最?。? 2. U成型：在U成型機上，將預(yù)彎邊的鋼板經(jīng)一次壓制成"U"型； 3) 0成型：在0成型機上，將U成型后的鋼板經(jīng)一次壓制成"0"型； 4) 高壓水沖洗和烘干：將成型后為焊接開縫鋼管的內(nèi)外表面進行高壓水沖洗，去除氧 化鐵皮、油脂、灰塵等污染；沖洗完成后立即進烘干爐進行烘干處理，烘干溫度為l〇〇°C? 300。。。
5. 如權(quán)利要求1所述的625MPa級U0E焊管及其制造方法，其特征是，步驟7)鋼管成型 焊接中鋼管焊接，包括： 1) 預(yù)焊：對〇成型后的開縫鋼管，使其對邊精確對其、定位，并采用C02或Ar+C02保護 焊進行連續(xù)預(yù)焊焊接，以保證后續(xù)內(nèi)焊、外焊過程中電弧穩(wěn)定，確保最終的焊接質(zhì)量； 2) 內(nèi)焊： 對于10. 0?15. 0mm壁厚規(guī)格焊管，采用三絲埋弧焊工藝進行鋼管內(nèi)焊焊接，第1絲為 直流反接，第2、3絲為交流，焊絲直徑為3. 5?4. 5mm ;第1絲電流為550?650A，電壓為 22?30V ;第2、3絲電流為450?600A，電壓為30?40V ; 對于15. 1?20. 0mm壁厚規(guī)格焊管，采用四絲埋弧焊工藝，第1絲電流為直流反接，第 2、3、4絲為交流，焊絲直徑為3. 5?4. 5mm;第1絲為交流反接，電流為1100?1200A，電壓 為28?40V ;第2?4絲電流為500?700A、電壓為34?42V ; 焊接速度均為1. 5?1. 9m/min ;內(nèi)焊焊劑均需在250?450°C范圍內(nèi)進行烘干，烘干時 間> 2小時； 3)外焊： 對于10. 0?15. 0mm壁厚規(guī)格焊管，采用三絲埋弧焊工藝進行鋼管內(nèi)焊焊接，第1絲為 直流反接，第2、3絲為交流，焊絲直徑為3. 5?4. 5mm ;第1絲電流為850?1000A，電壓為 30?40V ;第2、3絲電流為450?650A，電壓為35?45V ; 對于15. 1?20. 0mm壁厚規(guī)格焊管，采用四絲埋弧焊工藝，第1絲電流為直流反接，第 2、3、4絲為交流，焊絲直徑為3. 5?4. 5mm ;第1絲電流為1100?1200A，電壓為28?40V ; 第2?4絲電流為500?700A、電壓為34?42V ; 焊接速度均為1.3?1.8m/min ;外焊焊劑均需在250?450°C范圍內(nèi)進行烘干，烘干時 間> 2小時。
6. 如權(quán)利要求1所述的625MPa級UOE焊管及其制造方法，其特征是，焊接后焊縫探傷， 包括， 焊縫超聲探傷：采用超聲探傷方法，檢測焊后裂紋、分層、未焊透等焊縫缺陷； 焊縫X射線探傷：采用X射線探傷方法，檢測焊后氣泡、夾雜等點狀焊縫缺陷。
7. 如權(quán)利要求1所述的625MPa級UOE焊管及其制造方法，其特征是，步驟8)擴徑后包 括如下步驟： 8) 焊縫超聲探傷：采用超聲探傷方法，檢測擴徑后裂紋、分層、未焊透等焊縫缺陷； 9) 焊縫X射線檢查：采用X射線探傷方法，檢測擴徑后氣泡、夾雜等點狀焊縫缺陷； 10) 倒棱：對鋼管兩端進行平頭、倒棱處理，為施工現(xiàn)場對焊帶來便利； 11) 管端分層超聲探傷：對倒棱后的鋼管端部進行超聲探傷檢驗，防止分層缺陷； 12) 管端磁粉探傷：對倒棱后的鋼管端部進行磁粉探傷檢驗，防止分層缺陷； 13) 上保護環(huán)：對管端進行保護，確保鋼管現(xiàn)場施工過程中的對焊質(zhì)量。
【文檔編號】F16L9/17GK104089109SQ201410306696
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】章傳國, 鄭磊, 張備, 黃衛(wèi)鋒, 吳扣根, 徐國棟 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司