專利名稱：一種酸性腐蝕環境用x65ms鋼級螺旋焊管及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種螺旋焊管及其制造方法，尤其是一種酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管及其制造方法。
背景技術：
石油、天然氣是國民經濟發展的重要能源，在能源消費中的比重日益增加；而管道輸送成為石油、天然氣的一種最為經濟、安全、不間斷的長距離輸送工具。當輸送管道暴露在含濕硫化氫的流體介質中時，容易發生硫化氫酸性腐蝕，造成管道突然失效。其中氫致開裂(HIC)和硫化物應力開裂(SSC)是硫化氫酸性腐蝕的主要形式。氫致開裂產生的原因一般認為是，硫化氫溶于水形成的酸性溶液與管壁金屬通過電化學反應產生氫原子，氫原子通過金屬表面進入管體內部，在內部缺陷(如非金屬夾雜、 元素偏析、帶狀組織等)處大量聚集形成氫分子，并在該處產生內應力；當氫濃度升高到一定程度時，氫壓力超過了聚集處界面的彈性變形能力而產生永久變形，形成氫致裂紋。硫化物應力開裂與氫致開裂有相同之處也有不同之處，它是外加應力、殘余應力和氫壓力共同作用引起的氫聚集區開裂，具有開裂方向垂直于管面并有遲延的特征。

中東、非洲等地區由于凈化設備與技術方面的問題，很多管道直接輸送酸性油氣， 對抗酸管的需求量較大。而我國油氣田中含有的硫化氫濃度較高，干線管道輸送的多是經過凈化處理的非酸性油氣，仍有少量集輸管線屬于酸性腐蝕環境，但使用的鋼管主要是低強度抗酸管，因此開發酸性腐蝕環境用高強度鋼管勢在必行。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種高強度的酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管及其制造方法。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是
一種酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管，該螺旋焊管采用X65MS鋼級板卷，其主要化學成分的重量百分比為C 0. 02 0. 05%, Mn 0. 70 1. 00%, Si 0. 10 0. 20%, P 彡 0. 015%, S ^ 0. 0013%, Cr ^ 0. 20%, Mo 彡 0. 10%, Ni 0. 10 0. 20%, Cu 0. 10 0. 20%, Nb ^ 0. 060%, V 0. 040 0. 060%, Ti ^ 0. 025%, N ^ 0. 005%, B ^ 0. 0005%, Al 0. 025 0. 050%, Ca 0. 0020 0. 0050%, Ca/S:彡 1. 5，余量為 Fe。本發明還提供了酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管的制造方法，其加工工序包括開卷、矯平、銑邊、預彎、成型、內焊、外焊、管端擴徑、母材分層超聲波檢查、焊縫X射線檢查、水壓試驗、焊縫超聲波檢查、管端倒棱、成品檢查。所述內焊工序的工藝為采用雙絲串列埋弧自動焊，第一絲為直流，其電流I = 825 975A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 380 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 10 14mm,焊接速度廠=1. 7 1. 9m/min。所述外焊工序的工藝為采用雙絲串列埋弧自動焊，第一絲為直流，其電流I =925 1075A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 380 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 12 16mm，焊接速度廠=1. 7 1. 9m/min。所述內焊、外焊工藝均采用高韌性埋弧焊焊劑和焊絲，并采用跟蹤精度達到 0. 25mm的激光焊縫自動跟蹤裝置。所述銑邊工序的工藝為雙銑邊工藝先粗銑I型坡口 ；然后精銑X型坡口，鈍邊 5. 5 6. 5mm，坡口角度 70 90°。所述預彎工序的工藝為采用預彎機對卷板的遞送邊和自由邊進行預彎邊，預彎邊的尺寸為半徑670mm、長度100 130mm。所述管端擴徑工序的工藝為在鋼管管端300mm范圍內進行冷擴徑，最大擴徑量為直徑的0. 6% ；管端周長偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差< 2mm。本發明的技術關鍵在于對卷板的銑邊設計、預彎邊工藝、成型殘余應力控制、焊接工藝、管端擴徑工藝、無損檢測技術的優化和改進。優選的銑邊工序的工藝為雙銑邊工藝先粗銑I型坡口 ；然后精銑X型坡口，鈍邊 5.5 6.5mm，坡口角度70 90°。開坡口的目的是保證板卷在焊接過程中能夠焊透，并提高焊接速度，改善焊縫形貌，減小焊接線能量，降低焊接殘余應力和焊接熱輸入對焊接熱影響區組織和性能的影響，提高焊縫熱影響區的性能。優選的預彎工序的工藝為采用預彎機對卷板的遞送邊和自由邊進行預彎邊，預彎邊的尺寸為半徑670mm、長度100 130mm。在高鋼級螺旋焊管的成型過程中，合口對縫兩側帶鋼的邊部通常以圓弧曲線過渡或微內張口較為適宜；鋼帶在成型器中，尤其是遞送邊一側，機臂需給內焊裝置預留空間， 端頭成型輥距板邊至少50mm。若不使用彎邊輥，將造成帶鋼邊緣變形不充分，生產中容易造成成型咬合時出現噘嘴、成型縫內緊外松、錯邊等缺陷，嚴重影響鋼管外觀質量和以后的焊接工序，甚至會造成焊縫微裂紋等致命缺陷，無法在以后的工序予以消除，嚴重影響鋼管的質量，造成鋼管合格率下降。因此針對ΦΦ813Χ8.7πιπι高強度X65MS鋼級管線鋼的屈服強度，通過放樣、彈性力學分析等手段，對帶鋼邊緣進行充分預彎，能有效消除噘嘴、錯邊等成型缺陷，使鋼管成型焊接質量得到明顯提高。優選的成型殘余應力控制工藝為采用三輥變形、外控式成型方式，精密測量控制各成型輥的位置與角度，Ifl輥開檔尺寸86. 2mm, 3#輥開檔尺寸137. 9mm，根據卷板實物屈服強度水平來調整2#輥壓下量。成型殘余應力直接影響酸性腐蝕結果，對管道失效起著非常不利的影響，需要嚴格控制。通過環切法現場測量，鋼管周向開口尺寸小于30mm，軸向、徑向錯開量均小于20mm。優選的內焊工序的工藝為采用雙絲串列埋弧自動焊，第一絲為直流，其電流I = 825 975A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 380 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 10 14mm，焊接速度Z= 1. 7 1. 9m/min。優選的外焊工序的工藝為 采用雙絲串列埋弧自動焊，第一絲為直流，其電流I = 925 1075A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 380 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 12 16mm，焊接速度Z = L 7 L 9m/min。所述內焊、外焊工藝均采用S、P雜質含量較低的高韌性埋弧焊焊劑和焊絲，并采用跟蹤精度達到0. 25mm的激光焊縫自動跟蹤裝置。焊接過程中，為控制焊接接頭的性能和焊接質量，通過實驗研究，確定了內焊和外焊均采用雙絲串列埋弧自動焊接工藝。選擇上述焊接工藝參數的主要作用是第一絲的作用主要是保證熔透深度。需要采用大焊接電流、較低電弧電壓；第二絲的作用主要是蓋面， 即獲得良好的外觀質量，焊縫與母材平滑過渡，減少和消除咬邊，需要采用小焊接電流和較高電弧電壓；第一絲與第二絲配合，充分排氣、排渣，獲得良好的焊縫形狀，優良的質量。采用上述工藝，綜合母材、焊絲和焊劑化學成分焊接接頭性能要求科學合理匹配，控制焊縫的成分在如下的范圍(重量):C 0. 02 0. 07%, Si 0. 10 0. 25%, Mn 0. 80 1. 30%, P 彡 0.018%，S:彡 0.0020%, Mo ^ 0. 20%, Ti :0· 010 0. 035%, N 彡 0. 008%，Β :0· 0005 0. 0015%，余量為鐵。焊接后焊縫獲得的金相組織以針狀鐵素體+鐵素體為主，從而保證焊縫熔敷金屬具有高的強韌性配合以及內在質量和理化性 能。優選的管端擴徑工序的工藝為在鋼管管端300mm范圍內進行冷擴徑，最大擴徑量為直徑的0. 6%;管端周長偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差小于等于2mm ；擴徑段與未擴徑段應平滑過渡。鋼管管端的尺寸穩定性直接影響到現場管線施工的效率，本發明在優化鋼管成型工藝的同時，增加鋼管管端擴徑工藝，對鋼管管端進行整圓，較好地控制了鋼管管端尺寸精度，達到了管端周長偏差士 1. 5mm,橢圓度偏差小于等于2mm的水平，大大提高了鋼管現場的對接效率，方便了現場施工作業。本發明與現有的螺旋焊管的工藝路線相比，主要優化了雙銑邊工序、預彎邊工序、 管端擴徑工序。針對焊縫中氣孔、夾渣、裂紋等缺陷的出現，本發明采用先進的無損檢測技術實現了對焊縫內在質量的有效檢測。通過采用焊縫缺陷判斷計算機專家系統，對焊縫X 射線探傷的圖像進行實時掃描分析，完成缺陷的自動識別、標記、報警、記錄的功能，實現X 射線探傷的自動化；在超聲波系統上采用激光自動跟蹤技術、同時改進其機械裝置，在保證探頭架剛性的前提下，探頭與鋼管柔性接觸，從而提高自動超聲波探傷的準確性和可靠性。采用上述技術方案所產生的有益效果在于
1.本發明制造酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管的技術中，與制造普通螺旋焊管相比，以抗酸性X65MS熱軋卷板和低S、P焊絲焊劑為原材料，加強成型殘余應力控制和焊接工藝參數控制，工藝步驟中優化了雙銑邊工序、預彎邊工序、管端擴徑工序，成功的解決了 X65MS鋼級螺旋焊管難以滿足抗酸性技術要求的難題；尤其適用于酸性腐蝕環境用X65MS 鋼級Φ813Χ8. 7mm螺旋焊管制造；焊接工藝和銑邊工序及其中坡口尺寸的確定也是基于 X65MS鋼的化學成分板材、經過認真計算并實驗研究確定的，在實際生產具有很強的實用性。依據NACE標準對鋼管進行抗HIC、SSCC試驗，結果均滿足NACE及API標準要求。2.采用超低C、低Mn成分設計，添加一定量的Cu和Ni，嚴格控制P、S雜質元素含量，并通過Ca處理使條狀硫化物夾雜轉化為球狀，以降低材料中非金屬夾雜、元素偏析、帶狀組織等內部缺陷，減少氫原子聚集形核質點，達到提高抗H2S腐蝕能力的目的。
具體實施例方式實施例1
本實施例酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管所用板卷的主要化學成分如表1所示， 力學性能如表2所示，鋼板的厚度為8. 7mm，鋼管的外徑為Φ813πιπι。本酸性腐蝕環境用 X65MS鋼級螺旋焊管的制造工藝步驟如下 1、板卷經開卷、矯平；2、銑邊先粗銑，將板邊寬度銑削掉10 20mm，以保證去除卷板因鋼坯及軋制過程中的板邊缺陷、月牙彎；然后精銑X型坡口，即將鋼板卷兩個對接的板邊分別開出鈍邊尺寸為 6mm、坡口角度為40°的坡口，鋼板的兩個邊對接后形成80°的X形坡口；
3、預彎在二輥彎邊機上對卷板的遞送邊和自由邊進行預彎邊，半徑尺寸為670mm，長度 130mm ；
4、成型將經過上述預彎邊的帶鋼在三輥成型器卷制成外徑為Φ813πιπι的螺旋狀圓筒，精密測量控制各成型輥的位置與角度，1#輥開檔尺寸86. 2mm, 3#輥開檔尺寸137. 9mm,根據卷板實物屈服強度水平來調整2#輥壓下量，并通過環切法現場測量殘余應力，鋼管周向開口尺寸小于30mm，軸向、徑向錯開量均小于20mm。5、焊接沿鋼管圓筒的接縫進行內焊和外焊，焊接工藝參數如表3，焊絲和焊縫的主要化學成分如表4、表5;
6、管端擴徑在鋼管管端300mm范圍內進行冷擴徑，最大擴徑量為直徑的0.6% ；管端周長偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差< 2mm ；擴徑段與未擴徑段應平滑過渡；
權利要求
1.一種酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管，其特征在于螺旋焊管采用X65MS鋼級板卷，其主要化學成分的重量百分比為C 0. 02 0. 05%, Mn 0. 70 1. 00%, Si 0. 10 0. 20%, P ^ 0. 015%, S ^ 0. 0013%, Cr ^ 0. 20%, Mo 彡 0. 10%，Ni :0· 10 0. 20%, Cu: 0. 10 0. 20%, Nb ^ 0. 060%, V 0. 040 0. 060%, Ti ^ 0. 025%, N ^ 0. 005%, B (0. 0005%, Al 0. 025 0. 050%, Ca 0. 0020 0. 0050%, Ca/S:彡 1. 5，余量為 Fe。
2.—種酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管的制造方法，其特征在于其包括開卷、矯平、銑邊、預彎、成型、內焊、外焊、管端擴徑、母材分層超聲波檢查、焊縫X射線檢查、水壓試驗、焊縫超聲波檢查、管端倒棱、成品檢查；所述內焊工序的工藝為采用雙絲串列埋弧自動焊，第一絲為直流，其電流I = 825 975A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 380 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 10 14mm，焊接速度K = 1. 7 1. 9m/min ；所述外焊工序的工藝為采用雙絲串列埋弧自動焊，第一絲為直流，其電流I = 925 1075A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 380 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 12 16mm，焊接速度廠=1. 7 1. 9m/min ；所述內焊、外焊工藝均采用高韌性埋弧焊焊劑和焊絲，并采用跟蹤精度達到0. 25mm的激光焊縫自動跟蹤裝置。
3.根據權利要求2所述的一種酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管的制造方法，其特征在于，所述銑邊工序的工藝為雙銑邊工藝先粗銑I型坡口 ；然后精銑X型坡口，鈍邊 5. 5 6. 5mm，坡口角度 70 90°。
4.根據權利要求2所述的一種酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管的制造方法，其特征在于所述預彎工序的工藝為采用預彎機對卷板的遞送邊和自由邊進行預彎邊，預彎邊的尺寸為半徑670mm、長度100 130mm。
5.根據權利要求2所述的一種酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管的制造方法，其特征在于所述管端擴徑工序的工藝為在鋼管管端300mm范圍內進行冷擴徑，最大擴徑量為直徑的0. 6% ；管端周長偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差彡2mm。
全文摘要
本發明公開了一種酸性腐蝕環境用X65MS鋼級螺旋焊管及其制造方法，螺旋焊管采用X65MS鋼級板卷，其加工工序包括開卷、矯平、銑邊、預彎、成型、內焊、外焊、管端擴徑、母材分層超聲波檢查、焊縫X射線檢查、水壓試驗、焊縫超聲波檢查、管端倒棱、成品檢查；本發明的X65MS鋼級螺旋焊管強度高，耐酸性能好，適合輸送酸性油氣介質使用。
文檔編號C22C38/46GK102330034SQ201110297210
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者孫宏, 孫志剛, 李延豐, 李建一, 王文錄, 王松濤, 王海生, 田志紅, 田鵬, 許斌 申請人:中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司, 華油鋼管有限公司, 邯鄲鋼鐵集團有限責任公司, 首鋼總公司