X90钢级大直径螺旋埋弧焊管的研制

2017 年 4 月·第 40 卷第 4 期
焊管
X90 钢级大直径螺旋埋弧焊管的研制
陈 楠， 孙志刚， 李建一， 周书亮， 王 洋， 谷海龙， 王海生
（渤海装备华油钢管公司， 河北 青县 062658）
摘 要： 为了响应管道建设向高强度、 高压力的发展趋势， 采用低 C、 高 Mn 和 Mo-Cr-Ni-Cu-Nb-Ti
为降低钢管残余应力， 在成型过程中， 2# 辊 压下采用直线导轨控制方式， 适当增加其压下 量， 形成过变形和负弹 复量[6]。 基于成 型参数数 据库的优化修正系数， 在调型过程中重新校准各成 型辊的位置与角度， 使每个辊对钢板的作用力一 致， 不产生分力， 内成型辊角度 65°39″， 外成型辊 角度 66°14″， 1# 辊包角 20°26″， 开档为 125.2 mm， 3# 辊 包 角 24°42″ ， 开 档 为 185.4mm， 确 保 了 钢 管充分的塑性变形， 成型后得到较低的残余应 力。 按照标准要求的试验频次采用切环法现场 测量残余应力（如图 2 所示）， 所有钢管试样均 符合标准要求， 且试样环向、 轴向及径向尺寸偏 差均较小， 实现了钢管的柔性成型。
温韧性， Cu 可以 有效 提高钢 的抗腐蚀 性 ； 严格 控制 S 和 P 含量， 减少成分偏析和带状组织， 保证钢材组织的均匀性， 避免断口分离等情况 的出现。
对 开 发 出 的 X90 管 线 钢 进 行 了 多 视 域 显 微 组织分析。 板材中心未见明显偏析带， 带状组织 0.5 级。 夹杂物尺寸、 形态控制合理， 未见明显夹 杂物聚集分布区。 金相组织如图 1 所示， 由图 1 可 以 看 出 ， X90 热 轧 卷 板 组 织 以 粒 状 贝 氏 体 为 主， 辅之少量的板条形贝氏体铁素体， 粒状贝氏 体 中 的 M-A 呈 岛 状 弥 散 分 布 于 铁 素 体 基 体 上 ， 贝氏体铁素体中的 M-A 呈短棒状沿板条束分布， 平均晶粒度达到 12 级[5]。
图 2 切环法测量试样残余应力
采用日本 JFE 公司的计算方法对水压前、 水
压后钢管进行残余应力测算， 计算结果见表 2 和
表3。
S=
Et 1-υ2
·Mπ2-DM2 1
，
（1）
式中： S-周向残余应力， MPa；
E-杨氏模量， E=2.1×105 MPa；
t-钢管平均壁厚， 沿钢管圆周方向均布
图 1 X90 热轧卷板显微组织
·18· 万方数据
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焊管
2 制管残余应力控制
低应力成型技术是螺旋埋弧焊管获得较低残 余应力（弹复张开量较小或负弹复）的一种成型方 法 。 此 次 研 制 的 X90 钢 级 Φ1 219 mm×16.3 mm 螺旋埋弧焊管实物屈服强度高达 625 MPa 以上， 如果仍采用传统的成型工艺， 易造成板边受力不 均匀， 成型合缝状况差， 成型后钢管残余应力较 大， 对钢管产品质量有较大影响。
合金设计体系和控轧控冷技术， 开发出以粒状贝氏体为主， 辅之少量板条状贝氏体铁素体的 X90 管线
钢 。 通 过 对 低 应 力 成 型 技 术 及 焊 接 技 术 等 制 管 工 艺 的 研 究 ， 成 功 开 发 出 X90 钢 级 Φ1 219 mm×
16.3 mm 超高强度螺旋埋弧焊管。 按照标准对该产品进行了组批性能检测 ， 结果显示， 钢管管体
Abstract: In response to the trend of high strength， high pressure pipeline construction development requirements， adopting low C， high Mn， Mo -Cr -Ni -Cu -Nb -Ti alloy design system and controlled rolling and controlled cooling technology， it developed X90 pipeline steel which consists of most granular bainite and less strip bainite ferrite. Through research on low stress forming technology， welding technology and so on， the ultra-high strength X90 steel grade 1 219 mm×16.3 mm SAWH pipe was successfully developed. The group batch performance test was conducted in accordance with relevant technical standard， and the test results showed that the transverse yield strength of pipe body is 625～740 MPa， the tensile strength is 715～835 MPa， the tensile strength of weld seam is 770～825 MPa； the hardness of welded joint is less than 270HV10； the average transverse impact energy of pipe body is higher than 340 J under -10 ℃， the average impact energy of HAZ is higher than 197 J， the average impact of weld seam is higher than 133 J； and the transverse DWTT shear area of pipe body is 100％ under 0 ℃. It is concluded that the developed steel pipe has excellent strength， plasticity， toughness and toughness matching， the weldability is good. Key words: SAWH pipe； X90； ultra-high strength； low stress
随着我国能源结构的优化调整和对雾霾治理 力度的不断加大， 天然气作为高效清洁的能源， 市场需求日益增长， 如何将天然气安全、 经济地
输送到消费市场一直是业界关注的焦点之一。 为 了提高管道输送效率， 降低铺设成本， 采用更高 压力和强度的管道已成为未来天然气长输管道发
万方数据
HAN GUAN
·17·
渤海装备华油钢管公司响应管道建设需求， 进行了 X90 钢级 Φ1 219 mm×16.3 mm 螺旋 埋弧 焊 管 的 研 制 ， 并 通 过 鉴 定 。 本 研 究 重 点 对 X90 超高强度热轧卷板成分设计、 钢管低应力成型技 术、 焊接工艺技术研究以及产品实物性能进行了 介绍， 以期为日后批量工业化生产提供更多的技 术支撑。
表 1 X90 超高强度热轧卷板化学成分
试制
化学成分/％
阶段 w（C） w（Si） w（Mn） w（P） w（S） w（Cr） w（Mo） w（Ni） w（Cu） w（Ti） w（Nb） w（V） w（B） w（N） w（Nb+V+Ti） Ceq Pcm
单炉 0.052 0.19 2.00 0.007 7 0.001 6 0.35 0.32 0.42 0.26 0.012 0.086 0.013 0.000 2 0.005 1 0.111 0.57 0.22
横向屈服强度 625～740 MPa， 抗拉强度 715～835 MPa， 焊缝抗拉强度 770～825 MPa； 焊接接头最
大硬度小于 270HV10； -10 ℃下管体横向平均冲击功大于 340 J， 热影响区平均冲击功大于 197 J， 焊缝平均冲击功大于 133 J； 0 ℃下管体横向 DWTT 剪切面积均为 100％。 结果表明， 开发的钢管
小批量 0.044 0.18 1.92 0.005 8 0.000 9 0.32 0.29 0.40 0.24 0.012 0.075 0.000 3 0.000 3 0.004 4 0.087 0.53 0.20
从表 1 可以看出， 成分设计上采用低 C、 高 Mn 和 Mo-Cr-Ni-Cu-Nb-Ti 合金设计体系。 C 的 质 量 分 数 接 近 超 低 碳 水 平 ， 由 初 期0.052％降 至 0.044％， Ceq 降 至 0.53％， Pcm 降 至0.20％ ， 为 材料获得良好的可焊性打下了基础 。 采用高 Mn 设计， 一定程度上弥补了低 C 固溶强化损失， 并且降低了 γ-α 相变温度 ， 促使奥氏 体向针状 铁 素 体/贝 氏 体 转 变 ， 提 高 了 钢 的 韧 性 ； 中 Nb 设计体现在固溶 Nb 使 γ 再 结晶温度显 著提高， 可采用较高轧制温度， 提高了生产效率， 同时 Nb 具有显著的细化晶粒作用， 使钢的低温韧性 增加， 韧脆转变温度降低； V 具有较高的沉淀 强化和一定的细化晶粒作用， 但对焊缝金属的 韧性有不利影响。 研究表明， 含 V 钢比含 Nb 和 含 Ti 钢韧脆转变温度都高， 当 w（V）＞0.005％时， 将使韧脆转变温度升高， 结合单炉试制结果最 终采用无 V 成分设计[4]； Mo 和 Cr 是较强的 碳化 物形成元素， 在 γ-α 相变中能够阻碍元素扩散， 使先共析铁素体和珠光体转变曲线右移， 从而 抑制先共析铁素体的形成与长大， 促进奥氏体 中温转变， 增加钢中针状铁素体/贝氏体的比例， 对提高钢的强韧性发挥了重要作用； Ni 和 Cu 是 重要的固溶强化元 素， Ni 可以有 效提高钢的 低
具有优异的强度、 塑性及韧性匹配， 焊接性能良好。