X80管线钢1016X18.4mm直缝埋弧焊管研制开发

1、1016x18.4mm一、项目背景石油天然气长输管道采用高钢级输送具有良好的经济效益。近年来国际上x80钢级钢管在天然气长输管线的应用不断增加。为缩小与国际管道发展的差距，填补国内x80管线钢管生产的空白，中油集团有关部门决定实施x80管线钢管应用工程，这在我国管道发展史上具有划时代的意义。为满足x80管线钢管应用工程对三、四类地区干线钢管和一、二类地区冷弯管用直缝埋弧焊管的需要，在巨龙钢管公司进行了x80钢级、101618.4直缝埋弧焊管的研发。二、攻关目标 攻关目标是研究开发大口径、大壁厚、高强度、高韧性x80直缝埋弧焊管的制造技术及工艺，如预弯、成型、连续预焊、多丝内外焊接、机械扩径、检

2、测技术及焊管评价试验等，采用国产x80管线钢，研制出符合x80管线钢管应用工程要求的直缝埋弧焊钢管。填补国内在x80钢级直缝埋弧焊管生产技术方面的空白，赶超世界先进水平。同时进行一系列研究工作，如对钢板制管前后性能和几何尺寸的变化规律；通过连续预焊和四丝埋弧焊接技术的研究和试验，认识和掌握x80钢管的多丝埋弧焊规律；通过对试制钢管的水压爆破试验，检验钢管的实物水平，证实试制钢管的可靠性和安全性等。三、主要技术指标1.1.产品规格产品规格 钢级钢级 x80 x80 钢管直径钢管直径 1016mm 1016mm 钢管壁厚钢管壁厚 18.4mm 18.4mm 钢管长度钢管长度 8 812.2m12.

3、2m2.2.产品标准产品标准 x80x80管线钢管应用工程直缝埋弧焊管技术条件管线钢管应用工程直缝埋弧焊管技术条件 。2.12.1化学成分化学成分c0.09c0.09mn1.85mn1.85p0.020p0.020s0.005s0.005si0.42si0.42nb0.08nb0.08v0.06v0.06ti0.025ti0.025al0.06al0.06n0.008n0.008cu0.30cu0.30cr0.35cr0.35mo0.35mo0.35ni0.50ni0.50 ceq0.43ceq0.43 pcm0.23pcm0.232.22.2拉伸性能拉伸性能屈服强度屈服强度t0.5t0.5(

4、mpa)(mpa)抗拉强度抗拉强度b b(mpa)(mpa)屈强比屈强比t0.5t0.5/b b伸长率伸长率minmin5555556906906256250.920.92允许其中允许其中5%5%的炉批的炉批0.930.93按按api 5lapi 5l2.3 2.3 断裂韧性断裂韧性2.3.12.3.1落锤撕裂落锤撕裂 dwtt剪切面积最小百分数剪切面积最小百分数试验温度试验温度单个试样最小值单个试样最小值两个试样平均值两个试样平均值-5-570%70%85%85%2.3.22.3.2夏比冲击夏比冲击位置位置夏比冲击剪切面积夏比冲击剪切面积sa%sa%夏比冲击功夏比冲击功j j（10mm10m

5、m10mm10mm55mm55mm）单个试样最小值单个试样最小值三个试样平均值三个试样平均值管体横向管体横向80809090单个试样最小值单个试样最小值150150三个试样平均值三个试样平均值200200焊缝及热影响区焊缝及热影响区30304040单个试样最小值单个试样最小值6060三个试样平均值三个试样平均值90902.42.4硬度硬度 钢管管体、焊缝和热影响区最大允许硬度值为钢管管体、焊缝和热影响区最大允许硬度值为275hv10275hv10。 四、实施内容 概述：概述：研发工作分三个阶段进行，第一阶段为试验研究阶段，鞍钢提供研发工作分三个阶段进行，第一阶段为试验研究阶段，鞍钢提供8 8张

6、试验钢板，生产的钢管多数用于各项试验研究（成型及焊接试验研究张试验钢板，生产的钢管多数用于各项试验研究（成型及焊接试验研究1 1根、根、水压爆破水压爆破1 1根、钢管评价根、钢管评价1 1根、钢管冷弯试验以及供管道二公司及廊坊焊培中根、钢管冷弯试验以及供管道二公司及廊坊焊培中心做焊接试验等心做焊接试验等2 2根），剩余合格钢管根），剩余合格钢管3 3根。第二阶段为试生产，共投料鞍钢根。第二阶段为试生产，共投料鞍钢生产的生产的3 3炉、炉、2828张钢板，进行了钢管首批检验及生产工艺评定试验，生产钢管张钢板，进行了钢管首批检验及生产工艺评定试验，生产钢管各项指标均合格；第三阶段进行济宁联络线各项

7、指标均合格；第三阶段进行济宁联络线x80 x80 直缝埋弧焊钢管的正式生产。直缝埋弧焊钢管的正式生产。1.1.钢板质量钢板质量1.1 1.1 第一阶段钢板质量第一阶段钢板质量 鞍钢鞍钢2 2炉共炉共8 8张钢板进行检验，钢板外观、几何尺寸和分层探伤均合格，张钢板进行检验，钢板外观、几何尺寸和分层探伤均合格，由于首次试制，理化性能不太均匀。由于首次试制，理化性能不太均匀。 1.2 1.2 第二阶段钢板质量第二阶段钢板质量 鞍钢鞍钢3 3炉、炉、2828张钢板。理化性能取样张钢板。理化性能取样3 3炉。钢板质量较第炉。钢板质量较第一批有了明显提高。钢板力学性能更加均匀，钢板韧性也有一批有了明显提高

8、。钢板力学性能更加均匀，钢板韧性也有了很大提高，其中了很大提高，其中-60-60夏比冲击功在夏比冲击功在308j308j以上，剪切面积在以上，剪切面积在9898以上，落锤撕裂剪切面积在以上，落锤撕裂剪切面积在8484以上。以上。2.2.焊接试验研究焊接试验研究2.12.1自动焊试验研究自动焊试验研究 自动焊研究采用混合气体保护预焊，四丝埋弧精焊的工自动焊研究采用混合气体保护预焊，四丝埋弧精焊的工艺，采用三种焊接参数方案和两种焊接材料方案交叉试验，艺，采用三种焊接参数方案和两种焊接材料方案交叉试验，研究焊材及线能量对焊接接头的性能和焊缝成形的影响。研究焊材及线能量对焊接接头的性能和焊缝成形的影响

9、。1)1)焊接接头外观形貌分析：焊接接头外观形貌分析： 参数方案参数方案a a 参数方案参数方案b b 参数方案参数方案c c 根据焊缝宏观形貌分析，方案a焊缝成形较好，内外焊缝余高在1.41.7mm之间，焊缝宽度2122mm，内外焊重合量及焊缝界面最窄点均较理想，焊缝表面过渡平缓，与母材平滑过渡；焊焊缝缝宏宏观观照照片片2)焊接接头理化性能 两种方案试验结果均合格，焊材方案1冲击韧性稳定性相对较好。 2.1.2补焊试验研究 采用a、b两种型号管线钢电焊条，在试板及钢管上均进行了补焊对比试验。补焊试验研究结果表明，两种焊条的试验结果均符合要求。b焊条焊接的焊缝与用a焊条焊接的焊缝相比，焊缝强度

10、相当，但焊缝夏比冲击功低，a焊条综合性能优于b焊条。 2.2焊接工艺评定 在钢管上对选定的焊接工艺进行了自动焊焊接工艺评定试验和补焊工艺评定，试验结果均合格。2.2.1自动焊工艺评定 在进行了大量试验研究的基础上，选定参数方案a和焊材方案1的四丝自动埋弧焊工艺进行本次x80管线钢管试制。无损检测结果：合格理化性能测试1）拉伸、弯曲试验均合格。焊缝拉力在710mpa730mpa之间，断口位置均在母材。2 2）夏比冲击：焊接接头夏比冲击值见下表）夏比冲击：焊接接头夏比冲击值见下表试样试样编号编号缺口位置缺口位置温度温度。c c夏比冲击功夏比冲击功(j) (j) (10(10101055)55)剪切

11、面积剪切面积 (sa%)(sa%)结论结论1 12 23 3平均平均1 12 23 3平均平均h8497h8497焊缝焊缝-20-201401401701701601601571575050656560605858合格合格热影响区热影响区-20-202002002352351501501951955555606050505555合格合格 焊缝及热影响区冲击功均较高波动不大，结果较理想。 3）焊缝硬度/宏观 焊缝硬度最高值为259 hv10；焊缝中心线偏差为0.6mm,内外焊重合量为3.5mm。均符合标准要求。4）其它检验项目：均合格 该工艺可以用于生产，详见焊接工艺评定报告。2.2.2补焊工艺

12、评定采用a焊条进行了补焊工艺评定1）拉伸试验 焊缝抗拉强度为695mpa，断口位置为管体母材。2）夏比冲击焊缝冲击功焊缝冲击功j j（-20-20）焊缝剪切面积焊缝剪切面积% %hazhaz冲击功冲击功j j（-20-20）焊缝剪切面积焊缝剪切面积% %1 12 23 31 12 23 31 12 23 31 12 23 31201201451451351354545555550502602602702702652657070707070703）硬度试验最大硬度为229hv10。4）焊缝弯曲试验： 弯芯直径6t，试验结果合格。 使用a型管线钢焊条进行补焊工艺评定，符合标准要求，该工艺可在x80

13、管线钢管实际工程中应用。3.3.成型工艺研究成型工艺研究 成型工艺试验主要有两个目的：1）研究jcoe成型工艺过程中钢板经成型、扩径制成钢管后其力学性能的变化情况和规律；2）了解和研究钢管扩径前后几何尺寸变化规律。 为保证试验的准确性、可比性，钢板、管坯及钢管的试样取自同一张钢板及其压制的管坯和钢管，试验取样位置基本相同，试验结果分析如下。3.1钢板及钢管的力学性能对比分析 1）拉伸试验 鞍钢钢板经成型、扩径后，屈服强度平均上升34mpa，抗拉强度平均上升48mpa，屈强比平均上升0.01，延伸率平均下降-4.5，即强度上升，塑性下降。 2）冲击试验 扩径后钢管母材冲击功仅较钢板下降6.6j，

14、部分试样钢管冲击功还高于钢板，分析原因主要为钢板冲击功为鞍钢提供数据，而鞍钢目前使用的夏比冲击试验机量程仅为300j，试验数值可能较真实结果偏低。 3）母材硬度 因加工硬化影响，钢板制管后硬度平均上升35 hv10。3.2 x80钢管扩径后几何尺寸对比项目 最大最小平均标准要求椭圆度 mm扩径前205106.09扩径后312.4管端外径 mm扩径前1005.91005.21005.61021.1 1014.5扩径后1017.110161016.6直度 mm扩径前2510171624.4mm扩径后825.1噘嘴mm扩径前1.60.31.01.5扩径后1.00.10.5 由上表可看出，x80钢管扩

15、径后几何尺寸精度较高，均能满足标准要求。 4.4.钢管质量检测钢管质量检测 2004年9月25日，用鞍钢第二次提供的3炉、28张钢板进行了钢管的首批生产检验及生产工艺评定试验等第二次试制，试验结果28根钢管均合格。 4.1首批检验 1）化学成分 取样4根钢管，化学成分分析结果均合格。2）拉伸试验 四组试样拉伸试验结果均合格钢管性能均匀。拉伸试验表序号炉号管号管体焊缝结论抗拉强度（mpa）断口位置屈服强度（mpa）抗拉强度(mpa)伸长率（%）屈强比1045d73411#625695380.89715母材合格22#575675420.86705母材合格3046d74383#600700400.8

16、6705母材合格44#620695400.89700母材合格标准要求555690625210.92625母材/3）夏比冲击试验 （-20）管号缺口位置温度（）夏比冲击(j)(101055)剪切面积 (sa%)结论123平均123平均1# 母材-20300300295298100100100100合格焊缝-2019519019019275757575合格热区-2025029026026790959092合格2# 母材-20290280290290287100100100100合格焊缝-2018018518018275807577合格热区-2028025525025026285808082合格3#

17、母材-20310295305303100100100100合格焊缝-2019018516016017875756572合格热区-2028029029028785909088合格4#母材-2030029031030090859590合格焊缝-2019019019019075757575合格热区-2030029530029885858585合格4） dwtt试验 dwtt试验取样4组，剪切面积范围为97100，平均99，均满足标准要求。5）导向弯曲试验弯曲角度180。结果全部合格。6）焊缝热影响区熔合情况及硬度试验 内外焊缝熔透深度在2.83.9mm之间，中心偏差0.41.0mm；焊缝硬度最大值为

18、248hv10；试验结果均合格。7）无损检查 进行焊缝全长超声波自动探伤、焊缝全长进行x射线工业电视检查及管端拍片，均合格。8）外观质量及尺寸 首批钢管焊缝余高在1.9mm至2.1mm之间。错边量0.9mm。直度7mm。 9）补充静水压试验 抽取2炉各取1根钢管，进行规定最小屈服强度100%的静水压试验，试验后钢管几何尺寸符合技术条件的要求。结论：结论：巨龙钢管有限公司首批生产的x80钢级、101618.4mm直缝埋弧焊钢管的化学成分、力学性能、无损检查、外观质量及几何尺寸等均符合x80管线钢管应用工程直缝埋弧焊钢管技术条件及api spec 5l（42版）的规定。4.2生产工艺评定4.2.1

19、.化学成分 取样两炉共4根钢管，化学成分均符合标准要求。 4.2.2.力学性能试验 1）拉伸试验 管号管体焊缝结论屈服强度（mpa）抗拉强度（mpa）伸长率（%）屈强比抗拉强度（mpa）断口位置8667575675420.86705母材合格585685420.85705母材合格/705母材合格620695400.89700母材合格 2)导向弯曲试验按要求进行导向弯曲试验, 结果均合格。3)断裂韧性a)dwtt试验 dwtt韧脆转变温度曲线020406080100200-10 -20-40-608687横向8687纵向8681横向8681纵向dwtt韧脆转变温度曲线 由上图可看出，dwtt试验剪

20、切面积为85时相应最低温度低于25，剪切面积为50时相应最低温度为-50。 b)夏比冲击试验 管体夏比冲击功-60时最小值为268j，剪切面积为90时相应最低温度低于50，-60时剪切面积最小值为87%。 4）金相分析a)钢管管体的金相分析结果管号夹杂物组织晶粒度8667a0.5,b1.0,c0.5,d0.5e母材组织：af+b粒+p带状组织1级母材表层12级母材中心11.6级8681a0.5e,b0.5,c0.5e,d0.5母材组织：af+b粒+p带状组织1级母材表层12级母材中心11.6级钢板表层组织钢板中心组织b)钢管焊区显微组织管号焊缝热影响区焊趾部位8667iaf+af+ma+pb粒

21、+af+p正常8681iaf+af+ma+pb粒+af+p正常焊缝组织 250x热区组织 500x焊趾组织 500x 5）横截面韦氏硬度测试 钢管维氏硬度值最高为248hv10,小于标准要求275 hv10。 6）焊缝外观质量检查和几何尺寸测量结果钢管焊道余高2.1mm。错边量0.3mm。直度偏差6mm。检验结果均合格。7）抗hic性能 clr、ctr和csr均为0，未发生氢鼓泡。详见hic报告。结论：结论： 生产工艺评定试验，化学成分、力学性能、金相、硬度、无损检测及外观质量和几何尺寸等均符合x80管线钢管应用工程直缝埋弧焊钢管技术条件及api spec 5l（42版）要求，可以按照既定工艺

22、生产。 4.3钢管工序检测 第二次试制上料28张，全部制成合格钢管，钢板上料检查及钢管无损探伤、静水压试验、补充静水压试验和理化性能结果全部合格。 4.3.1钢管几何尺寸统计分析项目最大值最小值平均值标准要求管端椭圆度（mm）623.9 6.09mm直度 （mm）745.4 0.2%l（1624.4mm）垂直度 （mm）10.40.6 1.59mm噘嘴 （mm）1.10.20.4 1.5 mm焊缝余高 （mm）1.81.31.60.52.5mm 成品钢管几何尺寸精度较高，各项指标均距标准要求有一定余度，有利于现场对接施工。 4.3.2 钢管力学性能 试验项目试验项目最大值最大值最小值最小值平均

23、值平均值标准要求标准要求拉伸管体屈服强度，mpa625575598555690抗拉强度，mpa700675691625屈强比0.890.830.860.92伸长率，42343921焊缝抗拉强度，mpa725690707625夏比冲击冲击功（j）管体310280298单值150,平均200焊缝200145181单值60,平均90热区300240274剪切面积(sa%)管体1008598单值80,平均90焊缝806073单值30,平均40 热区958086dwtt，sa1008896单值70,平均85从力学性能表可看出，钢管力学性能均合格，且性能均匀。 4.3.3剩磁检测 剩磁检测结果项目数量最大最小平均标准要求剩磁 gs13522.8max