苯并芘结构式
X80级Φ1422 mm×21.4 mm大直径厚壁焊管的研发及性能研究 毕宗岳;黄晓辉;牛辉;赵红波;牛爱军;包志刚;刘斌
【摘 要】为了实现大直径厚壁焊管的国产化,宝鸡石油钢管有限责任公司联合太钢、 首钢、 沙钢等多家钢厂经过多轮单炉试制和多轮千吨级试制,成功开发出了国产X80级Φ1422 mm×21.4 mm大直径厚壁螺旋/直缝埋弧焊管,并进行了多项性能检测.结果表明,螺旋焊管管体屈服强度574~681 MPa,抗拉强度653~759 MPa,-10℃冲击功平均值373 J;直缝焊管管体屈服强度564~627 MPa,抗拉强度641~694 MPa,-10℃冲击功平均值460 J;螺旋/直缝焊管-5℃下DWTT剪切面积平均值96%.各项性能指标均达到中俄东线X80级Φ1422 mm×21.4 mm钢管的技术要求,说明我国已经具备了工业化批量生产大直径厚壁焊管的能力.%In order to realize the localization of large diameter and thick wall welded pipe, after several rounds of single furnace trial production and several rounds of thousand tons trial production, the domestic X80 grade Φ1422 mm×21.4 mm large diameter thick wall SAWH/SAWL pipe was successfully developed, which conducted by Baoji Petroleum Steel Pipe Co., Ltd., Taiyuan Iron and Steel Co., Ltd., Shougang Group, Shashi Iron and Steel Co., Ltd., and other steel mills, and a number of performance tests were conducted. The results showed that the yield strength of SAWH pipe body is 574~681 MPa, the tensile strength is 653~759 MPa, the average impact energy is 373 J at-10℃. The yield strength of SAWL pipe body is 564~627 MPa, the tensile strength is 641~694 MPa, the average impact energy is 460 J at-10℃. The average DWTT shear area of SAWH/SAWL pipe is 96%, various performance indicators can meet technical requirements of X801422 mm ×21.4 mm steel pipes used for Russia-China Eastern Pipeline, it indicated that China has the ability of industrialized batch production of large diameter thick wall welded pipe.
【期刊名称】《焊管》
【年(卷),期】2017(040)004
固定篮球架>ccenter【总页数】7页(P1-7)
【关键词】焊管;X80;大直径;厚壁;螺旋焊管;直缝焊管;国产化
【作 者】毕宗岳;黄晓辉;牛辉;赵红波;牛爱军;包志刚;刘斌
【作者单位】obd数据国家石油天然气管材工程技术研究中心, 陕西 宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院, 陕西 宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心, 陕西 宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院, 陕西 宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心, 陕西 宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院, 陕西 宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心, 陕西 宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院, 陕西 宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心, 陕西 宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院, 陕西 宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心, 陕西 宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院, 陕西 宝鸡 721008;国家石油天然气管材工程技术研究中心, 陕西 宝鸡 721008;宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院, 陕西 宝鸡 721008
【正文语种】中 文
【中图分类】TE832
热回收Abstract:In order to realize the localization of large diameter and thick wall welded pipe，after several rounds of single furnace trial production and several rounds of thousand ton
s trial production，the domestic X80 grade Φ1 422 mm×21.4 mm large diameter thick wall SAWH/SAWL pipe was successfully developed,which conducted by Baoji Petroleum Steel Pipe Co.，Ltd.，Taiyuan Iron and Steel Co.，Ltd.，Shougang Group，Shashi Iron and Steel Co.，Ltd.，and other steel mills，and a number of performance tests were conducted.The results showed that the yield strength of SAWH pipe body is 574～681 MPa，the tensile strength is 653～759 MPa，the average impact energy is 373 J at-10 ℃.The yield strength of SAWL pipe body is 564 ～627 MPa，the tensile strength is 641～694 MPa，the average impact energy is 460 J at-10 ℃.The average DWTT shear area of SAWH/SAWL pipe is 96%，various performance indicators can meet technical requirements of X80 1 422 mm×21.4 mm steel pipes used for Russia-China Eastern Pipeline，it indicated that China has the ability of industrialized batch production of large diameter thick wall welded pipe.
Key words:welded pipe；X80；large diameter；thick wall；SAWH pipe；SAWL pipe；localization
在满足输量要求条件下，减少管道数量、降低管道建造和运营成本等是急需解决的问题。输气管道的流量与压力成一次方的关系，而与管径成2.5次方的关系[1-3]。西气东输一线采用的钢管为X70级Φ1 016 mm×14.7 mm，输送压力10 MPa，设计输量120×108m3/a，其最高输送能力可达到170×108m3/a。西二线和西三线提高了钢级和管径，采用 X80级 Φ1 219 mm×18.4 mm螺旋焊管，设计压力达12 MPa，设计输量提高到（250～300）×108m3/a[4-6]。 如果采用 X80 级 Φ1 422 mm×21.4 mm大直径厚壁焊管，系统设计压力12 MPa以上，年输气量可增至450×108m3/a以上，就能更好地适应管道输量快速增长的需要。为了进一步增大单管输量，提高管道建设和运行的经济性，在目前更高钢级管线钢如X90、X100没有工业化应用之前，管径和壁厚的提高对输气量的增加是最为有效的手段。特别是随着近年来国内钢铁冶金企业和制管装备的更新、工艺改进和技术提升，为高强度大直径厚壁管材的生产创造了条件。宝鸡石油钢管有限责任公司联合太钢、首钢、沙钢等多家钢厂经过多轮单炉试制和多轮千吨级试制，成功开发出了国产X80级Φ1 422 mm×21.4 mm大直径厚壁螺旋/直缝埋弧焊管。 21.4 mm厚壁X80管线钢要求具有高强度、高韧性、良好的焊接性能和一定的耐蚀能力[7]。考虑到管道环焊对成分的要求，结合国外X80厚壁螺旋钢管低碳当量设计思路，采用
低C和Mn-Mo-Cr-Ni系合金设计，并适量添加Nb、Ti和V等微合金元素，控制Pcm≤0.21%，力争将合金元素的作用发挥到极限，确保板材厚度方向组织和力学性能的均匀稳定。在控轧控冷工艺中，进一步加大了冷却速度，提高了较低碳当量下板材的强度[8]。各钢厂21.4 mm厚X80热轧卷板/钢板的化学成分见表1。由表1可见，卷板和钢板的化学成分基本相同，钢板与卷板相比，适当降低了Mo、Ni、Cr和Cu等合金元素的含量。
过氧化氢浓度测定厚壁板材通过加大粗轧变形量和冷却量，进一步优化TMCP工艺，实现了全壁厚组织的均匀控制。21.4 mm厚X80卷板/钢板的金相组织如图1所示。由图1可见，不论卷板、钢板均以AF为主，具有良好的组织均匀性。保证了厚壁X80板材良好的低温韧性，实现了对DWTT性能的有效控制[3-4]。
对21.4mm厚X80热轧卷板/钢板在不同条件下进行力学性能试验，其试验结果见表2。拉伸试样取与轧制方向成30°的Φ12.7 mm圆棒试样。
由表2可以看出，X80厚壁卷板/钢板强度适中，硬度控制良好，-20℃冲击韧性≥337 J，-15℃时DWTTSA≥98%，表明卷板/钢板强韧性控制较好。
X80级Φ1 422 mm×21.4 mm直缝焊管通过小步长JCO成型和合适的扩径等工艺，可降低管体的残余应力，提高管体尺寸精度[9-10]。厚壁螺旋焊管通过进一步优化成型工艺和水压工艺，增大成型辊压下量，使钢管塑性变形充分，降低了焊管残余应力，实现了X80级Φ1 422 mm×21.4 mm大直径厚壁螺旋焊管几何尺寸精度的有效控制。
采用环切法对X80级Φ1 422 mm×21.4 mm螺旋/直缝管进行残余应力测试，结果见表3。由表3可见，螺旋管弹复量最大为+20 mm，直缝管弹复量最大为+70 mm，均小于标准要求的+90 mm。为了进一步研究钢管不同部位局部残余应力，采用盲孔法分别对3家螺旋管厂和1家直缝管厂生产的X80级Φ1 422 mm×21.4 mm焊管残余应力进行了测试，水压后内外表面环向残余应力测试结果如图2所示。由图2可见，螺旋焊管内外表面环向残余应力在-197～193 MPa波动，直缝焊管内外表面环向残余应力在-65～163 MPa波动。检测结果表明，X80级Φ1 422 mm×21.4 mm螺旋焊管残余应力值与直缝焊管相当，均小于200 MPa。
为了优化厚壁管线钢焊接工艺参数，研究了焊接热输入线能量对21.4 mm厚X80管线钢热影响区（HAZ）的影响规律[11-12]。采用线能量为5～65 kJ/cm不同焊接热输入进行热模拟
试验，试验结果如图3所示。由图3可见，在不同焊接热输入下，HAZ在-20℃温度下冲击韧性随着线能量的增加呈下降趋势，当线能量为45 kJ/cm时HAZ韧性开始显著下降；当线能量为55 kJ/cm时冲击功急剧降到30 J。因此，21.4 mm厚X80管线钢HAZ获得较高韧性的焊接线能量以20～45 kJ/cm为宜。
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