專利名稱：一種低成本高韌性x70鋼螺旋埋弧焊管制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺旋埋弧焊管制造技術(shù)，尤其是一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法。
背景技術(shù)：
X70管線鋼在我國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用是始于2001年的西氣東輸管道工程，X70級(jí)管線鋼及鋼管的生產(chǎn)技術(shù)也已基本成熟。我國(guó)在西氣東輸一線管道建設(shè)中，成功開(kāi)發(fā)應(yīng)用了大壁厚X70螺旋埋弧焊管，并在隨后的陜京二線、川氣東送、陜京三線、西氣東輸二線支線等眾多管線建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用；同時(shí)，形成了以《西氣東輸管道工程用螺旋縫埋弧焊管技術(shù)條件》和《西氣東輸二線管道工程用X70螺旋縫埋弧焊管技術(shù)條件》為典型代表的X70螺旋埋弧焊管標(biāo)準(zhǔn)，并被國(guó)內(nèi)眾多管線標(biāo)準(zhǔn)廣泛引用。由于特定管線《印度大博-班加羅爾輸氣管道工程用X70螺旋縫埋弧焊管技術(shù)條件》對(duì)于合金成分與低溫韌性以及硬度等性能要求苛刻，其主要合金成分的上限均低于常用X70鋼的規(guī)定。要符合其管線技術(shù)規(guī)范的要求，勢(shì)必要調(diào)整板卷的成分、工藝以及鋼管的生產(chǎn)工藝。另一方面，目前鋼管市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，管線鋼常用合金含量較高，造成成本較高。因此迫切需要研制出能夠應(yīng)用于該特定管線的X70鋼級(jí)Φ914πιπιΧ14. 3mm板卷及螺旋埋弧焊管。其化學(xué)成分、顯微組織、拉伸性能、沖擊性能等要性能達(dá)到通常的X70鋼管技術(shù)水平，而其低合金含量與較好的低溫韌性還要達(dá)到該特定管線的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，該方法尤其適用于Φ914πιπιΧ 14. 3mm低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管的制造。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其加工工序包括開(kāi)卷、矯平、銑邊、預(yù)彎、成型、內(nèi)焊、外焊、管端擴(kuò)徑、母材分層超聲波檢查、焊縫X射線檢查、水壓試驗(yàn)、焊縫超聲波檢查、管端倒棱和成品檢查，所述銑邊工序中坡口角度為65° 75°，坡口深度3 4mm，該螺旋縫埋弧焊管主要化學(xué)成分的重量含量為C 0. 05 0. 07%、Si 0. 16 0. 21%、Mn 1. 49 1. 59%、Cr 0. 20 0. 23%,Ni 0. 014 0. 019%,Al 0. 029 0. 054%, Cu 0. 007 0. 024%,Nb 0. 030 0. 046%, V 0. 015 0. 049%,Ti 0. 012 0. 021%,P 0. 005 0. 012%、S 0. 001 0. 001%,B 0. 0001 0. 0003%、N 0. 0024 0. 0085%,余量為鐵。上述成型工序的工藝為采用三輥?zhàn)冃巍⑼饪厥匠尚头绞剑凑?6° 59’的成型角在成型器內(nèi)將帶鋼卷制成直徑為Φ914πιπι的螺旋狀圓筒；成型過(guò)程中精密測(cè)量控制各成型輥的位置與角度，內(nèi)成型輥角度為56° 34’，外成型輥角度為57°對(duì)’，1#輥包角為 18° 10，、開(kāi)襠為43.9讓，3#輥包角為對(duì)° 51，、開(kāi)襠120. 0mm，根據(jù)卷板實(shí)物屈服強(qiáng)度水平來(lái)調(diào)整2#輥壓下量，并通過(guò)環(huán)切法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量鋼管成型殘余應(yīng)力，保證鋼管周向開(kāi)口尺寸小于 30mmo
上述焊接工藝中焊縫化學(xué)成分的重量含量為C 0. 05 0. 08%,Si 0. 15 0. 25%、 Mn 1. 50 1. 65%,P 彡 0. 013%、S 彡 0. 007%, Cr 彡 0. 23%、Mo 0. 08 0. 13%,Ni 彡 0. 08%、 Cu 彡 0. 08%、Al 彡 0. 060%、Ti 0. 015 0. 040%、Nb 彡 0. 05%、V 彡 0. 05%、B 0. 0008 0. 0018%、N ( 0. 010%，余量為鐵。上述焊接工藝中焊劑化學(xué)成分的重量含量為SiA+TiA 15 20%、Ca0+Mg0沈 31%、AL203+Mn0 25 32%、CaF2 14 19%、S^O. 015%、P ^ 0. 015%。上述焊接工藝中焊絲化學(xué)成分的重量含量為C 0. 06 0. 09%,Si 0. 15 0. 25%、 Mn 1. 45 1. 65%、Mo 0. 30 0. 40%、Ti 0. 030 0. 070%、B 0. 003 0. 006%、P <0.015%、 S 彡 0. 005%、Cu 彡 0. 10%、N 彡 0. 015%，余量為鐵。所述內(nèi)焊工序?yàn)椴捎秒p絲埋弧自動(dòng)焊在鋼管內(nèi)側(cè)焊接坡口進(jìn)行焊接，前絲為直流，電流1050 1200A，電壓30 34V ；后絲為交流，電流400 450A，電壓；34 38V ；焊接速度 1. 60 1. 70m/min。所述外焊工序?yàn)椴捎秒p絲埋弧自動(dòng)焊在鋼管外側(cè)焊接坡口進(jìn)行焊接，前絲為直流，電流1150 1300A，電壓31 :35V ；后絲為交流，電流400 450A，電壓；34 38V ；焊接速度 1. 60 1. 70m/min。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明制造低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管采用的母材中沒(méi)有添加Mo、Ni、Cu，并降低了 Nb等合金元素的含量，從而降低了生產(chǎn)成本；另外，經(jīng)過(guò)對(duì)成型工藝和焊接工藝的優(yōu)化，使得制成的螺旋埋弧焊管具有耐低溫沖擊韌性的優(yōu)異性能。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1是本發(fā)明螺旋埋弧焊管管體的橫向夏比特沖擊吸收功分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例
采用管徑為Φ914ι πι、壁厚為14. 3mm、化學(xué)成分為C 0. 05 0. 07%,Si 0. 16 0. 21%、 Mn 1. 49 1. 59%、Cr 0. 20 0. 23%、Ni 0. 014 0. 019%、A1 0. 029 0. 054%、Cu 0. 007 0. 024%、Nb 0. 030 0. 046%、V 0. 015 0. 049%、Ti 0. 012 0. 021%、P 0. 005 0. 012%、 S 0. 001 0. 001%、B 0. 0001 0. 0003%、N 0. 0024 0. 0085%,余量為鐵的 X70 控軋鋼板
進(jìn)行螺旋埋弧焊管的制造，制造工藝過(guò)程如下 板卷經(jīng)開(kāi)卷、矯平。銑邊先粗銑，將板邊寬度銑削掉0 IOmm;然后精銑X型坡口，即將鋼板卷兩個(gè)對(duì)接的板邊分別開(kāi)出鈍邊尺寸為8士 1mm、坡口角度為35° 40°的坡口，鋼板的兩個(gè)邊對(duì)接后形成70° 80°的X形坡口。預(yù)彎在二輥彎邊機(jī)上對(duì)卷板的遞送邊和自由邊進(jìn)行預(yù)彎邊，使半徑尺寸為 1470mm ；長(zhǎng)度 100 130mm。成型將經(jīng)過(guò)上述預(yù)彎邊的帶鋼在三輥成型器卷制成直徑為Φ914πιπι的螺旋狀圓筒。內(nèi)焊采用雙絲埋弧自動(dòng)焊在鋼管內(nèi)側(cè)焊接坡口進(jìn)行焊接，前絲為直流，電流 1050 1200A，電壓30 34V ；后絲為交流，電流400 450A，電壓34 38V ；焊接速度 1. 60 1. 70m/mino外焊采用四絲埋弧自動(dòng)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， 第二至四絲為交流。焊接工藝參數(shù)為第一絲電流1200A、電壓34V，第二絲電流950A、電壓 38V,第三絲電流800A、電壓40V，第四絲電流700A、電壓42V，焊絲間距為33mm，焊接速度為 145mm/min0管端擴(kuò)徑在鋼管管端300mm范圍內(nèi)進(jìn)行冷擴(kuò)徑，最大擴(kuò)徑量為直徑的1. 5 % ；管端周長(zhǎng)偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差土 2mm ；擴(kuò)徑段與未擴(kuò)徑段應(yīng)平滑過(guò)渡。母材分層超聲波檢驗(yàn)對(duì)焊接后的鋼管母材部分進(jìn)行檢查。X射線檢查對(duì)焊接后的鋼管內(nèi)外焊縫進(jìn)行100%的工業(yè)電視檢查。水壓試驗(yàn)。焊縫超聲波檢驗(yàn)對(duì)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% 的檢查。管端倒棱對(duì)鋼管的端部棱邊進(jìn)行倒鈍。成品檢查。熱影響區(qū)指的是焊接過(guò)程中熔池附近的母材因受到熱的影響(但未熔化)而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域，是焊接接頭的重要組成部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到焊接接頭的整體質(zhì)量。熱影響區(qū)的質(zhì)量主要取決于母材原始組織、化學(xué)成分及焊接工藝參數(shù)，而焊接工藝參數(shù)的影響又主要體現(xiàn)在焊接線能量的大小。相同母材條件下，焊接線能量越大，則熱影響區(qū)范圍越寬、晶粒越粗大、塑韌性越差。當(dāng)熱影響區(qū)性能惡化到一定程度時(shí)， 不僅會(huì)造成低溫沖擊韌性的不合格，還會(huì)在導(dǎo)向彎曲試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)熱影響區(qū)開(kāi)裂現(xiàn)象，造成不合格品數(shù)量增力卩。焊接線能量的大小則取決于電流、電壓和焊接速度；其中，電流、電壓與其成正比，焊接速度與其成反比。焊接速度的大小直接決定著產(chǎn)量和效益，應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下盡量提高產(chǎn)能；綜合參考相同、相近規(guī)格鋼管生產(chǎn)情況和機(jī)組綜合能力等因素后，首先確定焊接速度。電流、電壓的大小決定著熔池的形狀和焊縫的質(zhì)量，也是決定線能量大小的關(guān)鍵，而減小電流則是減小焊接線能量最可行的途徑。由于電流決定著焊道熔深，如直接減小電流則容易造成未焊透缺陷的增多，因此需要減小鈍邊尺寸。雖然減小鈍邊尺寸可以減小焊接電流、降低焊接線能量，對(duì)熱影響區(qū)性能有利，但鈍邊尺寸過(guò)小時(shí)又容易產(chǎn)生板邊擠厚、成型不穩(wěn)定等不良后果，造成焊接缺陷增多。綜合分析相關(guān)資料后，確定將鈍邊尺寸由8. 5mm 9. 5mm減小至7. Omm 8. Omm,并通過(guò)增大1#輥和3#輥開(kāi)檔尺寸、精密控制成型參數(shù)等工藝措施來(lái)減小殘余應(yīng)力、消除對(duì)成型的不利影響。然后通過(guò)焊道形貌質(zhì)量控制， 適當(dāng)降低焊接電流、微調(diào)電弧電壓和焊點(diǎn)位置，保證良好的焊道幾何形狀。焊絲是焊縫中最主要的填充金屬，直接影響著焊縫金屬的化學(xué)成分和組織性能；而適合管線鋼焊接的焊絲不僅要保證焊縫金屬具有足夠的強(qiáng)度，更重要的是要具有較高的低溫沖擊韌性。目前適用于X70鋼管焊接的焊絲主要是上世紀(jì)末我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的 Mn-Mo-Ti-B系低合金鋼埋弧焊焊絲，該焊絲在成分設(shè)計(jì)上力圖使焊縫金屬中獲得較大比例的針狀鐵素體組織，以保證焊縫金屬同時(shí)具有較高的強(qiáng)度和低溫沖擊韌性。研究發(fā)現(xiàn)質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定的焊絲品牌主要有H08C、JW-9和MK680GX-III三個(gè)牌號(hào)。焊絲中P、S雜質(zhì)元素對(duì)鋼管低溫沖擊韌性具有不利影響，而三種焊絲中以H08C雜質(zhì)元素含量最少，因此將其作為焊絲的首選，與焊劑進(jìn)行匹配。因此焊接工藝中采用焊絲化學(xué)成分的重量含量為C 0. 06 0. 09%、Si 0. 15 0. 25%、Mn 1. 45 1. 65%、Mo 0. 30 0. 40%、Ti 0. 030 0. 070%、 B 0. 003 0. 006%、P 彡 0. 015%、S 彡 0. 005%、Cu 彡 0. 10%、N 彡 0. 015%,余量為鐵。焊劑在埋弧焊過(guò)程中熔化形成熔渣，對(duì)熔池具有機(jī)械保護(hù)、冶金處理和改善焊接工藝性能的作用。不同種類的焊劑化學(xué)組成不同，其工藝性能、焊縫金屬力學(xué)性能也各不相同。目前我國(guó)管線鋼焊接使用的主要是SJlOlG焊劑。該焊劑在保證良好工藝性能的同時(shí)具有較高的焊縫低溫沖擊韌性，自西氣東輸一線開(kāi)始在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。但隨著鋼管壁厚的增加和焊接速度的提高，焊接電流大大增加，焊接線能量隨之提高，導(dǎo)致該焊劑工藝性能惡化，焊接缺陷增多，因此在生產(chǎn)大壁厚鋼管使我公司通常會(huì)混合使用一定比例的林肯995N焊劑。995N焊劑工藝性能較好，可降有效降低焊接缺陷比例提高合格率，但焊縫低溫沖擊韌性不及SJlOlG焊劑。由于SJlOlG焊劑匹配H08C焊絲得到的焊縫低溫沖擊韌性偏低，因此需要重新選擇高韌性焊劑。另有一種牌號(hào)為SJ105B的焊劑，該焊劑工藝性能略低于SJ101G，但低溫沖擊韌性大大提高。SJ105B焊劑熔敷金屬_40°C低溫沖擊韌性明顯優(yōu)于SJlOlG和995N，雖然其強(qiáng)度略低，但差值較小。分別使用三種焊劑匹配H08C焊絲得到的焊接接頭各項(xiàng)性能指標(biāo)都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但SJlOlG和995N焊劑低溫沖擊功偏低，特別是995N僅剛剛達(dá)標(biāo)，無(wú)法應(yīng)用于大批量生產(chǎn)；而SJ105B焊劑低溫沖擊功較高，安全余量較大，其余性能也均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，故將其作為首選焊劑。雖然SJ105B焊劑低溫沖擊韌性較好，但其工藝性能相對(duì)較差，大批量生產(chǎn)過(guò)程中很容易造成焊接缺陷(尤其是氣孔和夾渣) 增多，焊接一通率降低，從而導(dǎo)致不合格品數(shù)量增多而增加生產(chǎn)成本。因此，需要混合一定比例的995N焊劑來(lái)彌補(bǔ)其工藝性能方面的不足，保證較高的焊接合格率。根據(jù)以往相近規(guī)格鋼管的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合印度管線的特殊規(guī)定，分析認(rèn)為添加1/4的995N焊劑比較合適，既能提高焊接合格率，又不會(huì)對(duì)焊縫低溫沖擊韌性造成過(guò)多影響。因此焊接工藝中采用焊劑化學(xué)成分的重量含量為Siq+TiA 15 20%、Ca0+Mg0 26 31%、AL203+Mn0 25 32%、CaF2 14 19%、S^O. 015%、P^O. 015%。采用上述化學(xué)成分的焊絲和焊劑對(duì)母材焊縫進(jìn)行焊接，得到的焊縫化學(xué)成分的重量含量為c 0. 05 0. 08%、Si 0. 15 0. 25%、Mn 1.50 1.65%、P 彡 0. 013%、S 彡 0. 007%、 Cr 彡 0. 23%、Mo 0. 08 0. 13%、Ni 彡 0. 08%、Cu 彡 0. 08%、Al 彡 0. 060%、Ti 0. 015 0. 040%、Nb 彡 0. 05%、V 彡 0. 05%、B 0. 0008 0. 0018%、N 彡 0. 010%,余量為鐵。本發(fā)明所述的低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管管體的橫向夏比沖擊試驗(yàn)和 DffTT結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其加工工序包括開(kāi)卷、矯平、銑邊、預(yù)彎、成型、內(nèi)焊、外焊、管端擴(kuò)徑、母材分層超聲波檢查、焊縫X射線檢查、水壓試驗(yàn)、焊縫超聲波檢查、管端倒棱和成品檢查，所述銑邊工序中坡口角度為70° 80°，坡口深度 3 4mm，其特征在于，該螺旋縫埋弧焊管主要化學(xué)成分的重量含量為C 0. 05 0. 07%、 Si 0. 16 0. 21%、Mn 1. 49 1. 59%、Cr 0. 20 0. 23%、Al 0. 029 0. 054%、Nb 0. 030 0.046%、V 0. 015 0. 049%、Ti 0. 012 0. 021%、P 0. 005 0. 012%、S 0. 001 0. 001%、 N 0. 0024 0. 0085%，余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其特征在于，焊接工藝中焊縫化學(xué)成分的重量含量為C 0. 05 0. 08%、Si 0. 15 0. 25%、Mn1.50 1. 65%、P 彡 0. 013%、S 彡 0. 007%、Cr 彡 0. 23%、Mo 0. 08 0. 13%、Ni 彡 0. 08%、 Cu 彡 0. 08%、Al 彡 0. 060%、Ti 0. 015 0. 040%、Nb 彡 0. 05%、V 彡 0. 05%、B 0. 0008 0.0018%、N ( 0. 010%，余量為鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其特征在于，焊接工藝中焊劑化學(xué)成分的重量含量為15 20%、CaO+MgO 26 31%、 AL203+Mn0 25 32%、CaF2 14 19%、S^O. 015%、P^O. 015%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其特征在于，焊接工藝中焊絲化學(xué)成分的重量含量為C 0. 06 0. 09%、Si 0. 15 0. 25%、Mn1.45 1. 65%、Mo 0. 30 0. 40%、Ti 0. 030 0. 070%、B 0. 003 0. 006%、P 彡 0. 015%、S 彡 0. 005%、Cu 彡 0. 10%、N 彡 0. 015%，余量為鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法， 其特征在于，所述內(nèi)焊工序?yàn)椴捎秒p絲埋弧自動(dòng)焊在鋼管內(nèi)側(cè)焊接坡口進(jìn)行焊接，前絲為直流，電流1050 1200A，電壓30 :34V ；后絲為交流，電流400 450A，電壓；34 38V ；焊接速度 1. 60 1. 70m/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法， 其特征在于，所述外焊工序?yàn)椴捎秒p絲埋弧自動(dòng)焊在鋼管外側(cè)焊接坡口進(jìn)行焊接，前絲為直流，電流1150 1300A，電壓31 :35V ；后絲為交流，電流400 450A，電壓；34 38V ；焊接速度 1. 60 1. 70m/min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管制造方法，其加工工序包括開(kāi)卷、矯平、銑邊、預(yù)彎、成型、內(nèi)焊、外焊、管端擴(kuò)徑、母材分層超聲波檢查、焊縫X射線檢查、水壓試驗(yàn)、焊縫超聲波檢查、管端倒棱和成品檢查，所述銑邊工序中坡口角度為70°～80°，坡口深度3～4mm。本發(fā)明制造低成本高韌性X70鋼螺旋埋弧焊管采用的母材中沒(méi)有添加Mo、Ni、Cu，并降低了Nb等合金元素的含量，從而降低了生產(chǎn)成本；另外，經(jīng)過(guò)對(duì)成型工藝和焊接工藝的優(yōu)化，使得制成的螺旋埋弧焊管具有耐低溫沖擊韌性的優(yōu)異性能。
文檔編號(hào)C22C38/16GK102383049SQ201110370469
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者孫宏, 孫志剛, 李建一, 田鵬, 申立群, 石國(guó)紅 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司, 華油鋼管有限公司