專利名稱：一種抗酸性x70ms鋼級螺旋焊管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊管及其制造方法，尤其是一種抗酸性X70MS鋼級螺旋焊管及其制造方法。
背景技術(shù)：
石油、天然氣是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源，在能源消費(fèi)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(jīng)濟(jì)、安全、不間斷的長距離輸送工具。當(dāng)輸送管道暴露在含濕硫化氫的流體介質(zhì)中時(shí)，容易發(fā)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(yīng)力開裂(SSC)是硫化氫酸性腐蝕的主要形式。氫致開裂產(chǎn)生的原因一般認(rèn)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(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫原子，氫原子通過金屬表面進(jìn)入管體內(nèi)部，在內(nèi)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(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；當(dāng)氫濃度升高到一定程度時(shí)，氫壓力超過了聚集處界面的彈性變形能力而產(chǎn)生永久變形，形成氫致裂紋。硫化物應(yīng)力開裂與氫致開裂有相同之處也有不同之處，它是外加應(yīng)力、殘余應(yīng)力和氫壓力共同作用引起的氫聚集區(qū)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(qū)由于凈化設(shè)備與技術(shù)方面的問題，很多管道直接輸送酸性油氣， 因此對抗酸管的需求量較大。我國油氣田中含有的硫化氫濃度較高，干線管道輸送的大多是經(jīng)過凈化處理的非酸性油氣，但仍有一部分集輸管線屬于酸性腐蝕環(huán)境，使用的鋼管主要是低強(qiáng)度抗酸管，因此開發(fā)酸性腐蝕環(huán)境用高強(qiáng)度鋼管勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供具有高強(qiáng)度、耐酸性能等優(yōu)點(diǎn)的一種的抗酸性 X70MS鋼級螺旋焊管及其制造方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
一種抗酸性X70MS鋼級螺旋焊管，其母材采用X70MS鋼級板卷，其化學(xué)成分的重量百分比為C :0. 02 0. 05%, Mn :1. 10 1. 40%, Si :0. 10 0. 20%, P ^ 0. 013%, S 彡 0. 0013%, Cr 0. 10 0. 25%, Ni 0. 10 0. 25%, Cu 0. 10 0. 25%, Mo 0. 05 0. 15%，Nb 0. 020 0. 060%, V 0. 030 0. 060%, Ti 0. 010 0. 020%, N 彡 0. 005%, B (0. 0005%, Ca 0. 0020 0. 0050%, Ca/S:彡 2. 0，余量為 Fe ；
本發(fā)明還提供了抗酸性X70MS鋼級螺旋焊管的制造方法，包括開卷、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、成品檢查；
所述內(nèi)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 = 1050 1200A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 400 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 10 14mm，焊接速度K = 1. 6 1. 8m/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 = 1150 1300A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 400 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 12 16mm，焊接速度廠=1. 6 1. 8m/min ；
所述內(nèi)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(dá)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7. 0 8. 0mm，坡口角度 60 80° ；
所述預(yù)彎工序的工藝為采用預(yù)彎機(jī)對卷板的遞送邊和自由邊進(jìn)行預(yù)彎邊，預(yù)彎邊的尺寸為半徑840mm、長度100 130mm ；
所述管端擴(kuò)徑工序的工藝為在鋼管管端300mm范圍內(nèi)進(jìn)行冷擴(kuò)徑，最大擴(kuò)徑量為直徑的0. 6% ；管端周長偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差彡2mm。本發(fā)明的抗酸性X70MS鋼級螺旋焊管采用超低C、低Mn成分設(shè)計(jì)，添加一定量的 Cu和Ni，嚴(yán)格控制P、S雜質(zhì)元素含量，并通過Ca處理使條狀硫化物夾雜轉(zhuǎn)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(nèi)部缺陷，減少氫原子聚集形核質(zhì)點(diǎn)，達(dá)到提高抗H2S腐蝕能力的目的。本發(fā)明的加工工藝在于對板卷的銑邊設(shè)計(jì)、預(yù)彎邊工藝、成型殘余應(yīng)力控制、焊接工藝、管端擴(kuò)徑工藝、無損檢測技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)。優(yōu)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 7.0 8.0mm，坡口角度60 80°。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(yīng)力和焊接熱輸入對焊接熱影響區(qū)組織和性能的影響，提高焊縫熱影響區(qū)的性能。優(yōu)選的預(yù)彎工序的工藝為采用預(yù)彎機(jī)對卷板的遞送邊和自由邊進(jìn)行預(yù)彎邊，預(yù)彎邊的尺寸為半徑840mm、長度100 130mm。在高鋼級螺旋焊管的成型過程中，合口對縫兩側(cè)帶鋼的邊部通常以圓弧曲線過渡或微內(nèi)張口較為適宜；鋼帶在成型器中，尤其是遞送邊一側(cè)，機(jī)臂需給內(nèi)焊裝置預(yù)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(chǎn)中容易造成成型咬合時(shí)出現(xiàn)噘嘴、成型縫內(nèi)緊外松、錯邊等缺陷，嚴(yán)重影響鋼管外觀質(zhì)量和以后的焊接工序，甚至?xí)斐珊缚p微裂紋等致命缺陷，無法在以后的工序予以消除，嚴(yán)重影響鋼管的質(zhì)量，造成鋼管合格率下降。因此針對F914X13. 7mm高強(qiáng)度X70MS鋼級管線鋼的屈服強(qiáng)度，通過放樣、彈性力學(xué)分析等手段，對帶鋼邊緣進(jìn)行充分預(yù)彎，能有效消除噘嘴、錯邊等成型缺陷，使鋼管成型焊接質(zhì)量得到明顯提高。成型殘余應(yīng)力控制工藝為采用三輥?zhàn)冃?、外控式成型方式，精密測量控制各成型輥的位置與角度，1#輥開檔尺寸28. Omm, 3#輥開檔尺寸109. 0mm，根據(jù)卷板實(shí)物屈服強(qiáng)度水平來調(diào)整2#輥壓下量。成型殘余應(yīng)力直接影響酸性腐蝕結(jié)果，對管道失效起著非常不利的影響，需要嚴(yán)格控制。通過環(huán)切法現(xiàn)場測量，鋼管周向開口尺寸小于35mm，軸向、徑向錯開量均小于25mm。優(yōu)選的內(nèi)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 = 1050 1200A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 400 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 10 14mm，焊接速度K= 1. 6 1. 8m/min。優(yōu)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 = 1150 1300A、電壓V = 31 33V;第二絲為交流，其電流I = 400 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 12 16mm，輝接速度Z = 1. 6 1. Sm/min。所述內(nèi)焊、外焊工藝均采用低S、P雜質(zhì)含量的高韌性埋弧焊焊劑和焊絲，并采用跟蹤精度達(dá)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(zhì)量，通過實(shí)驗(yàn)研究，確定了內(nèi)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(shù)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(zhì)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(yōu)良的質(zhì)量。采用上述工藝，綜合母材、焊絲和焊劑化學(xué)成分焊接接頭性能要求科學(xué)合理匹配，控制焊縫的成分在如下的范圍(重量)C :0. 03 0. 06%, Si :0. 10 0. 25%, Mn 1. 10 1. 45%，P 彡 0. 015%, S ^ 0. 0020%, Mo 0. 10 0. 25%, Ti 0. 010 0. 030%, N ^ 0. 006%, B 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(qiáng)韌性配合以及內(nèi)在質(zhì)量和理化性能。優(yōu)選的管端擴(kuò)徑工序的工藝為在鋼管管端300mm范圍內(nèi)進(jìn)行冷擴(kuò)徑，最大擴(kuò)徑量為直徑的0. 6%;管端周長偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差小于等于2mm ；擴(kuò)徑段與未擴(kuò)徑段應(yīng)平滑過渡。鋼管管端的尺寸穩(wěn)定性直接影響到現(xiàn)場管線施工的效率，本發(fā)明在優(yōu)化鋼管成型工藝的同時(shí)，優(yōu)化鋼管管端擴(kuò)徑工藝，對鋼管管端進(jìn)行整圓，較好地控制了鋼管管端尺寸精度，達(dá)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(xiàn)場的對接效率，方便了現(xiàn)場施工作業(yè)。針對焊縫中氣孔、夾渣、裂紋等缺陷的出現(xiàn)，本發(fā)明采用先進(jìn)的無損檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對焊縫內(nèi)在質(zhì)量的有效檢測。通過采用焊縫缺陷判斷計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)，對焊縫X射線探傷的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描分析，完成缺陷的自動識別、標(biāo)記、報(bào)警、記錄的功能，實(shí)現(xiàn)X射線探傷的自動化；在超聲波系統(tǒng)上采用激光自動跟蹤技術(shù)、同時(shí)改進(jìn)其機(jī)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(zhǔn)確性和可靠性。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于
1.采用超低C、低Mn成分設(shè)計(jì)，添加一定量的Cu和Ni，嚴(yán)格控制P、S雜質(zhì)元素含量， 并通過Ca處理使條狀硫化物夾雜轉(zhuǎn)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(nèi)部缺陷，減少氫原子聚集形核質(zhì)點(diǎn)，達(dá)到提高抗H2S腐蝕能力的目的。2.本發(fā)明的抗酸性X70MS鋼級螺旋焊管的技術(shù)中，與制造普通螺旋焊管相比，以抗酸性X70MS熱軋卷板和低S、P焊絲焊劑為原材料，加強(qiáng)成型殘余應(yīng)力控制和焊接工藝參數(shù)控制，工藝步驟中優(yōu)化了雙銑邊工序、預(yù)彎邊工序、管端擴(kuò)徑工序，成功的解決了抗酸性 X70MS鋼級螺旋焊管難以滿足抗酸性技術(shù)要求的難題；尤其適用于酸性腐蝕環(huán)境用X70MS 鋼級F914X 13. 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特制的X70MS鋼的化學(xué)成分板材、經(jīng)過認(rèn)真計(jì)算并實(shí)驗(yàn)研究確定的，在實(shí)際生產(chǎn)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。依據(jù)NACE標(biāo)準(zhǔn)對鋼管進(jìn)行抗HIC、SSCC試驗(yàn)，結(jié)果均滿足NACE及API標(biāo)準(zhǔn)要求。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
實(shí)施例1
本實(shí)施例耐酸性X70MS鋼級螺旋焊管所用板卷的化學(xué)成分如表1所示，力學(xué)性能如表 2所示，鋼板的厚度為13. 7mm，鋼管的外徑為F914mm。本耐酸性X70MS鋼級螺旋焊管的制造工藝步驟如下
1、板卷經(jīng)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 7. 5mm、坡口角度為35°的坡口，鋼板的兩個邊對接后形成70°的X形坡口；
3、預(yù)彎在二輥彎邊機(jī)上對卷板的遞送邊和自由邊進(jìn)行預(yù)彎邊，半徑尺寸為840mm、 長度130mm ；
4、成型將經(jīng)過上述預(yù)彎邊的帶鋼在三輥成型器卷制成外徑為F914mm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28. Omm, 3#輥開檔尺寸109. Omm,根據(jù)卷板實(shí)物屈服強(qiáng)度水平來調(diào)整2#輥壓下量，并通過環(huán)切法現(xiàn)場測量殘余應(yīng)力，鋼管周向開口尺寸小于35mm，軸向、徑向錯開量均小于25mm。5、焊接沿鋼管圓筒的接縫進(jìn)行內(nèi)焊和外焊，焊接工藝參數(shù)如表3，焊絲和焊縫的化學(xué)成分如表4和表5 ；
6、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0.6%；管端周長偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差< 2mm ；擴(kuò)徑段與未擴(kuò)徑段應(yīng)平滑過渡；
7、對母材進(jìn)行分層超聲波檢查；
8、對焊縫進(jìn)行X射線檢查；
9、靜水壓試驗(yàn)；
10、對焊縫進(jìn)行超聲波自動探傷和管端超聲波手探；
11、管端倒棱對鋼管的端部棱邊進(jìn)行倒鈍；
12、成品檢查。表1板卷的化學(xué)成分(余量為Fe ) (wt. %)
權(quán)利要求
1.一種抗酸性X70MS鋼級螺旋焊管，其特征在于所述螺旋焊管的母材采用X70MS鋼級板卷，其化學(xué)成分的重量百分比為c :0. 02 0. 05%, Mn :1. 10 1. 40%, Si :0. 10 0. 20%, P ^ 0. 013%, S ^ 0. 0013%, Cr :0. 10 0. 25%, Ni :0. 10 0. 25%, Cu :0. 10 0. 25%, Mo 0. 05 0. 15% ,Nb 0. 020 0. 060%, V 0. 030 0. 060%,Ti 0. 010 0. 020%, K 0. 005%, B ^ 0. 0005%, Ca 0. 0020 0. 0050%, Ca/S:彡 2. 0，余量為 Fe。
2.一種抗酸性X70MS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(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、成品檢查；所述內(nèi)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 = 1050 1200A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 400 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 10 14mm，焊接速度K = 1. 6 1. 8m/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 = 1150 1300A、電壓V = 31 33V ；第二絲為交流，其電流I = 400 450A、電壓V = 34 36V ；焊絲間距d = 12 16mm，焊接速度廠=1. 6 1. 8m/min ；所述內(nèi)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(dá)到0. 25mm的激光焊縫自動跟蹤裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種抗酸性X70MS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7. 0 8. Omm, 坡口角度60 80°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種抗酸性X70MS鋼級螺旋焊管的制造方法，其特征在于，所述預(yù)彎工序的工藝為采用預(yù)彎機(jī)對卷板的遞送邊和自由邊進(jìn)行預(yù)彎邊，預(yù)彎邊的尺寸為半徑840mm、長度100 130mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種抗酸性X70MS鋼級螺旋焊管的制造方法，其特征在于所述管端擴(kuò)徑工序的工藝為在鋼管管端300mm范圍內(nèi)進(jìn)行冷擴(kuò)徑，最大擴(kuò)徑量為直徑的 0.6% ；管端周長偏差士 1. 5mm，橢圓度偏差彡2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抗酸性X70MS鋼級螺旋焊管及其制造方法，螺旋焊管采用X70MS鋼級板卷，其加工工序包括開卷、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、成品檢查；本發(fā)明的X70MS鋼級螺旋縫埋弧焊管強(qiáng)度高，耐酸性能好，適合輸送酸性油氣介質(zhì)使用。
文檔編號B21C37/08GK102330032SQ20111033125
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者孫宏, 孫志剛, 崔明亮, 李延豐, 李建一, 王松濤, 田志紅, 田鵬, 谷海龍, 韓學(xué) 申請人:中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司, 華油鋼管有限公司, 首鋼總公司