專利名稱：一種x100鋼級彎管和管件的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種強度級別達到XlOO鋼級，韌性優(yōu)良的彎管和管件的制備方法，彎 管和管件適用于大口徑高壓輸氣管道工程干線和站場管線的連接。
背景技術：
我國大口徑高壓輸氣管道建設中，壓氣站和輸配氣站場及閥室，需要大量站場鋼 管、彎管和管件。站場極限溫度達到-30 -40°C，有的站場最低氣溫低于-46°c，厚度達 到50-70mm。根據(jù)管道工藝設計要求，部分站場鋼管、彎管和管件需裸露在寒冷的外部環(huán) 境下服役，對材料抗脆性起裂能力是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。特別選用XlOO鋼級(屈服強度 彡690MPa)，其屈服強度超過了目前低溫壓力容器鋼的最高鋼級水平G90MPa)，低溫脆斷 的敏感性相對提高。目前我國還不能生產(chǎn)沖擊韌性達到-30°C及以下溫度平均夏比沖擊 韌性不低于50J、最小值不低于40J的彎管和管件，特別是壁厚較大時更是如此，難于保 障-30°C以下低溫環(huán)境管道安全性要求，迫切需要兼?zhèn)涓邚姸群蛢?yōu)良低溫韌性的彎管和管 件用鋼及制造工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具備高強度、高韌性、良好焊接性能的XlOO鋼級彎管和 管件，適用于-35 -50°C，厚度達到15-70mm，管徑508mm-1422mm，與油氣管道建設配套的 彎管和管件產(chǎn)品，滿足重大油氣管道工程建設需求。為了保證彎管和管件的強度、低溫韌性、焊接性，必須對其化學成分進行合理設 計。為了使彎管和管件具有良好的工藝性能，綜合機械性能穩(wěn)定，采用Mn-Nb-Mo合金體系， 并在彎管和管件母管成分設計時確保材料淬透性達到設計要求，并對C當量進行合理控 制。本發(fā)明中的XlOO彎管和管件成分設計主要考慮以下幾個方面一是采用低碳微 合金鋼，在確?？珊感缘那闆r下，C含量與干線管相比適當增加。二是填加Mo等強碳化物 形成元素，提高材料淬透性。三是充分利用鋼中Ni的固溶強化和微合金化元素Nb、V、Ti等 碳氮化物的沉淀強化，使原奧氏體晶粒保持細化，以保證鋼板在焊接、多次熱加工和淬火、 回火熱處理后晶粒細小。彎管和管件由于要進行熱加工，對焊縫性能有嚴格要求，所以必須對焊材及焊接 工藝嚴格要求。通常焊接狀態(tài)焊縫金屬的低溫韌性依靠含Ti-B焊接金屬的細晶粒針狀鐵 素體來達到。彎管和管件制造過程中，焊態(tài)組織由于進一步的變形和淬火熱處理而破壞，造 成焊縫金屬韌性下降。為了改善熱處理后焊縫金屬的韌性，必須降低焊縫金屬中的氧含量， 所以必須采用專們的焊接材料(低氧焊材)。同時，對焊接道次和熱輸入量進行嚴格控制， 防止晶粒長大，為后續(xù)的熱加工準備好條件。本發(fā)明的所述的一種具有優(yōu)良綜合性能的XlOO彎管和管件用鋼及其制備方法， 其要點如下
(1)本發(fā)明的一種具有優(yōu)良綜合性能的XlOO彎管和管件用鋼的質量百分比組成 如下C 0. 12 0. 20% ；Mn 1. 35 2% ；Si 0. 3 0. 5% ;P 彡 0. 010% ；S 彡 0. 005%, Al :0. 015 0. 05% ;Ca 0. 002-0. 005 %，N < 0. 007 %，并控制 Al N 彡 2 1，余量為 Fe ；或在此基礎上可按質量百分比添加Nb 0. 035 ~ 0. ll%;Ti :0. 02 0. 06%;V :0. 03 0. 07%中的一種或兩種以上的合金元素，并控制Nb+V+Ti ^O. 15% ；或可添加0. 18 0. 5% 的 Mo，0. 18 1. 5% 的 Ni，0. 18 0. 60% 的 Cr，0. 15 0. 25% 的 Cu，0. 001 0. 003% 的 B合金元素。同時控制Mo/P彡10，以減小偏析和回火脆性。碳當量0.42-0. 65%。具體成 分根據(jù)厚度的不同可進行調(diào)整。(2)上述材料經(jīng)氧吹轉爐熔煉、煨Si-Ca絲對鋼中夾雜物進行球化處理，再轉入精 煉爐脫S、P等有害雜質，之后在真空爐脫0、N、H等有害氣體，采用連續(xù)鑄造及連鑄過程中 的電磁攪拌(減小偏析)制成厚板坯，加熱至1200°C，1000°C 1100°C粗軋，700°C 950°C 精軋，軋后冷卻速度20°C 50°C/s，制成熱軋鋼板。鋼板經(jīng)U-O成型(用壓力機將鋼板先 壓制成U型、接著壓制成0型)，或J-C-O成型(首先用壓力機將鋼板邊部壓制成J型、接 著壓制成U型、然后壓制成0型)，或R-B成型(鋼板滾壓彎曲成型)，然后進行直縫埋弧焊 接，焊材采用含Ti-B的細晶粒針狀鐵素體低氧含量材料，然后經(jīng)0. 6-1. 5%擴徑，制成直縫 埋弧焊接鋼管。(3)經(jīng)( 工藝所得焊管經(jīng)過930-1030°C感應加熱煨制成10-90°的彎管，同時在 管子內(nèi)外噴水冷卻，然后加熱至600-700°C、2-3小時回火，回火后水冷(減小回火脆性)。(4)經(jīng)( 工藝所得焊管經(jīng)過1050-1200°C加熱及多次熱機械成型制成管件，然后 加熱至900-1000°C，保溫0. 5-2小時、水淬，后加熱至600-700°C、2_3小時回火，回火后水冷 (減小回火脆性)。發(fā)明效果采用本發(fā)明可生產(chǎn)管徑508mm-1422mm的XlOO彎管和管件，其中彎管壁 厚15-35mm，管件壁厚達到30-70mm，且兼?zhèn)涓邚姸取⒘己玫蜏仨g性和焊接性，可滿 足-35 -50°C現(xiàn)場焊接施工和油氣輸送要求，彎管和管件各個部位性能均勻。屈服強度 690-840Mpa，抗拉強度760_990Mpa，屈強比;^ 0. 93，伸長率彡25%, -35 _50°C的夏比沖 擊韌性達到60-250J。
具體實施例方式實施例1 合金成分:C:0. 12% ；Mn 1. 68% ；Si 0. 36% ；P 0. 009% ；S 0. 003% ；Al 0. 03% ； Ca 0. 003% ；N 0. 007% ；Nb :0. 07% ；Ti :0. 03% ；Mo :0. 25% ；Ni :0. 30% ；Cr :0. 23% ；Cu
0. 17% ；B 0. 0015% ；余量為!^e和不可避免的雜質。碳當量0. 47%。制造工藝上述材料經(jīng)氧吹轉爐熔煉、Ca處理，爐外精煉和真空脫氣，采用連續(xù) 鑄造及連鑄過程中的電磁攪拌(減小偏析)制成約為250mm的厚板坯，加熱至約1200°C， 1000°C 1100°C粗軋，700°C 950°C精軋，軋后冷卻速度20°C 30°C /s，制成厚度約為 30mm熱軋鋼板。鋼板再經(jīng)J-C-O成型，采用多道次直縫埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的細 晶粒針狀鐵素體低氧含量材料，然后經(jīng)0. 8-1. 2 %擴徑，制成直縫埋弧焊接鋼管。焊管經(jīng)
4過930-1030°C感應加熱煨制成90°的彎管，同時在管子內(nèi)外強力噴水冷卻，然后加熱至 640士 15°C、2小時回火，回火后水冷。性能特點采用本發(fā)明生產(chǎn)的厚度約為30mm、管徑1219mm的X90感應加熱彎 管，兼?zhèn)涓邚姸?、良好低溫韌性和焊接性，可滿足-35 -50°C現(xiàn)場焊接施工和油氣輸送 要求，彎管各個部位性能均勻。屈服強度725Mpa，抗拉強度791Mpa，屈強比0. 92，伸長率 沘％，-46°C的夏比沖擊韌性達到70-245J。實施例2:合金成分:C:0. 15% ；Mn 1. 69% ；Si 0. 37% ；P 0. 010% ；S 0. 004% ；Al 0. 03% ； Ca 0. 003% ；N 0. 007% ；Nb :0. 08% ；Ti :0. 04% ；Mo :0. 29% ；Ni :0. 51% ；Cr :0. 23% ；Cu
0. 25% ；B 0. 0025% ；余量為!^e和不可避免的雜質。碳當量0.56%。制造工藝上述材料經(jīng)氧吹轉爐熔煉、Ca處理，爐外精煉和真空脫氣，采用連續(xù) 鑄造及連鑄過程中的電磁攪拌(減小偏析)制成約為250mm的厚板坯，加熱至約1200°C， 1000°C 1100°C粗軋，700°C 950°C精軋，軋后冷卻速度25°C 35°C /s，制成厚度約為 52mm熱軋鋼板。鋼板再經(jīng)U-O成型，直縫埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的細晶粒針狀鐵素 體低氧含量材料，然后經(jīng)0.8-1. 2%擴徑，制成直縫埋弧焊接鋼管。焊管經(jīng)過1100-1200°C 加熱及多次熱機械成型制成三通，然后加熱至960士 15°C，保溫1.5小時、水淬，后加熱至 650士 15°C、2. 5小時回火，回火后水冷。性能特點采用本發(fā)明生產(chǎn)的厚度約為52mm、管徑1219X1219X 1219mm的X90 三通，兼?zhèn)涓邚姸?、良好低溫韌性和焊接性，可滿足-35 -50°C現(xiàn)場焊接施工和油氣輸送 要求，三通各個部位性能均勻。屈服強度719Mpa，抗拉強度782Mpa，屈強比0. 92，伸長率 27%，-46°C的夏比沖擊韌性達到68-232J。實施例3 合金成分:C:0. 18% ；Mn 1. 73% ；Si 0. 39% ；P 0. 008% ；S 0. 005% ；Al 0. 04% ； Ca 0. 003 % ；N 0. 006 % ；Nb :0. 07 % ；Ti :0. 04 % ；V :0. 03 % ；Mo :0. 38 % ；Ni 0. 61 % ；Cr
0. 29% ；Cu 0. 19% ；B 0. 0027% ；余量為!^e和不可避免的雜質。碳當量0.63%。制造工藝上述材料經(jīng)氧吹轉爐熔煉、Ca處理，爐外精煉和真空脫氣，采用連續(xù) 鑄造及連鑄過程中的電磁攪拌(減小偏析)制成約為250mm的厚板坯，加熱至約1200°C， 1000°C 1100°C粗軋，700°C 950°C精軋，軋后冷卻速度25°C 35°C /s，制成厚度約為 65mm熱軋鋼板。鋼板再經(jīng)J-C-O成型，直縫埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的細晶粒針狀鐵素 體低氧含量材料，然后經(jīng)0. 8-1. 2%擴徑，制成直縫埋弧焊接鋼管。焊管經(jīng)過1100-120(TC 加熱及多次熱機械成型制成三通，然后加熱至950士 15°C，保溫IOOmiru水淬，后加熱至 660士 15°C、3小時回火，回火后水冷。性能特點采用本發(fā)明生產(chǎn)的厚度約為65mm、管徑1219X1219X 1219mm的XlOO 三通，兼?zhèn)涓邚姸?、良好低溫韌性和焊接性，可滿足-35 -50°C現(xiàn)場焊接施工和油氣輸送 要求，三通各個部位性能均勻。屈服強度706Mpa，抗拉強度788Mpa，屈強比0. 90，伸長率 洸％，-46°C的夏比沖擊韌性達到66-2^J。
權利要求
1. 一種XlOO鋼級彎管和管件的制備方法，其特征在于(1)XlOO彎管和管件用鋼的質量百分比組成如下C 0. 12 0. 20% ；Mn 1. 35 2% ；Si 0. 3 0. 5% ;P 彡 0. 010% ；S 彡 0. 005%, Al 0.015 0. 05% ;Ca 0. 002-0. 005%, N ^ 0. 007%, Al N彡 2 1，余量為 Fe;或在上述 組分基礎上按質量百分比添加Nb 0. 0；35 0. 11% ；Ti :0. 02 ~ 0. 06% ；V :0. 03 ~ 0. 07% 中的一種或兩種以上的合金元素，Nb+V+Ti彡0. 15% ；或添加0. 18 0. 5%的Mo，0. 18 1.5%的 Ni，0. 18 0. 60%的 Cr，0. 15 0. 25%的 Cu，0. 001 0. 003%的 B 合金元素，控 制 Mo/P 彡 10，碳當量 0. 42-0. 65% ；(2)上述材料經(jīng)氧吹轉爐熔煉、煨Si-Ca絲對鋼中夾雜物進行球化處理，再轉入精煉爐 脫S、P雜質，之后在真空爐脫0、Ν、Η氣體，采用連續(xù)鑄造及連鑄過程中的電磁攪拌制成厚板 坯，加熱至1200°C，1000°C 1100°C粗軋，700°C 950°C精軋，軋后冷卻速度20°C 50°C / s,制成熱軋鋼板；鋼板經(jīng)U-O成型，或J-C-O成型，或R-B成型，然后進行直縫埋弧焊接，焊 材采用含Ti-B的細晶粒針狀鐵素體低氧含量材料，然后經(jīng)0. 6-1. 5%擴徑，制成直縫埋弧 焊接鋼管；(3)經(jīng)( 工藝所得焊管經(jīng)過930-1030°C感應加熱煨制成10-90°的彎管，同時在管子 內(nèi)外噴水冷卻，然后加熱至600-700°C、2-3小時回火，回火后水冷；(4)經(jīng)( 工藝所得焊管經(jīng)過1050-1200°C加熱及多次熱機械成型制成管件，然后加熱 至900-1000°C，保溫0. 5-2小時、水淬，后加熱至600-700°C、2_3小時回火，回火后水冷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種X100鋼級彎管和管件的制備方法；質量百分比由C0.12～0.20％、Mn1.35～2％、Si0.3～0.5％、P≤0.010％、S≤0.005％、Al0.015～0.05％、Ca0.002-0.005％、N≤0.007％，或添加Nb、Ti、V、Mo、Ni、Cr、Cu、B元素，余量為Fe組成；上述材料經(jīng)熔煉、控軋空冷，制成熱軋鋼板；再經(jīng)成型、直縫埋弧焊接，制成直縫埋弧焊接鋼管；經(jīng)感應加熱煨制及熱處理制成彎管，或經(jīng)多次熱機械成型制成管件；兼?zhèn)涓邚姸?、良好低溫韌性和焊接性。
文檔編號F16L9/02GK102127698SQ20111004332
公開日2011年7月20日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權日2011年2月22日
發(fā)明者馮耀榮, 劉迎來, 牛靖 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣集團公司管材研究所