專利名稱：一種服役酸性環(huán)境輸送鋼管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冶金行業(yè)的鋼管制造方法，具體的說，是涉及服役于酸性環(huán)境的 輸送用鋼管的制造方法。
背景技術(shù)：
目前，酸性環(huán)境中使用的輸送鋼管通常采用無縫鋼管，例如，公開號為 CN101146924的中國發(fā)明專利“抗硫化物應(yīng)力裂紋性優(yōu)良的油井管用鋼及油井用無縫鋼管 的制造方法”中提出了一種可用于酸性環(huán)境的油井用無縫鋼管，無縫鋼管采用較高的碳含 量和合金元素提高耐腐蝕性，但存在壁厚不均均、幾何尺寸精度低、沖擊韌性較低且生產(chǎn)成 本高等缺陷。服役于酸性環(huán)境的高頻焊接(HFW)輸送管線鋼管是輸送石油/天然氣用管道中一 種特殊的專用高品質(zhì)鋼管，由于工作環(huán)境在一定的酸性條件和溫度條件下，耐酸性高頻焊 接輸送鋼管相比普通不銹鋼管與無縫鋼管具有成本低，抗氫致裂紋及抗硫化物應(yīng)力腐蝕性 能優(yōu)異的優(yōu)點，在輸送含的油、氣用管道領(lǐng)域得到優(yōu)先使用。API SPEC 5T 是美國石油學(xué)會(American Petreleum hstiute，簡稱“API ”)編制 并發(fā)布的在世界各地通用的套管和油管規(guī)范。根據(jù)美國API鋼管標(biāo)準(zhǔn)，X65MS級服役酸性環(huán) 境鋼管適用于H2S分壓在0. 3KPa 20KPa范圍，環(huán)境溫度彡150°C的條件，因此達(dá)到)(65MS 級要求的鋼管可廣泛適用于含腐蝕介質(zhì)的油、氣的輸送管線。服役酸性環(huán)境輸送管線用鋼管在國內(nèi)年需求量呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢，由此研制 符合)(65MS級要求的服役酸性環(huán)境HFW輸送管具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)在原料軋制過程中板材中心帶狀組織較嚴(yán)重，在制管 過程由于殘余應(yīng)力和熱處理狀態(tài)不佳而導(dǎo)致鋼管組織均勻性差等問題造成的鋼管耐腐蝕 能力差的技術(shù)問題，提供一種使產(chǎn)品抗性能顯著提高的服役酸性環(huán)境輸送鋼管制造方 法，該方法制造的鋼管具有抗氫致裂紋及抗硫化物應(yīng)力腐蝕性能，具有高強度和抗高壓效 果，能夠降低成本，可以滿足酸性服役條件下鋼管的使用。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種服役酸性環(huán)境輸送鋼管的制造方法，該方法的工藝流程包括原料檢驗、開卷 對焊、活套儲料、鋼板銑邊、鋼管成型、鋼管焊接、焊縫熱處理、空冷水冷、鋼管定徑、鋼管矯 直和鋼管切斷，其特征在于，所述原料的化學(xué)成分重量百分比為C彡0.1%，Mn彡1.6%, P^O. 02%, S 彡 0. 002%, Nb+V+Ti 彡 0. 15%, Pcm 彡 0. 22%, Ca/S > 1. 5，余量為 Fe ；所述鋼管焊接采用高頻感應(yīng)焊；所述焊縫熱處理包括以下流水工序a.三架中頻熱處理機進(jìn)行在線淬火第一架中頻熱處理機的出口溫度為
3850士30°C，第二架與第三架中頻熱處理機的出口溫度均為960士30°C ；b.快速水冷水冷后鋼管溫度不超過180°C ；c.三架中頻熱處理機進(jìn)行在線回火第四架至第六架中頻熱處理機的出口溫度 均為 620士30°C。所述原料的金相組織為針狀鐵素體。所述鋼管焊接的焊縫開口角度為3度 5度。所述焊縫開口角度為3. 5度。所述鋼管焊接采用氮氣保護。所述氮氣保護焊接的氣體流量保持為35 37Nm3/h，壓力保持為1. 3 1. 7kg/m20所述鋼管焊接的焊接擠壓量為4mm 8mm。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明從原料成分和金相組織的選擇，焊接機制的完善，熱處理工藝的改善，保證 了焊縫的耐腐蝕性能，確定了服役酸性環(huán)境HFW鋼管的制造工藝，保證了產(chǎn)品質(zhì)量滿足耐 酸性環(huán)境輸送管線鋼管的要求，相比采用不銹鋼管與無縫鋼管作為輸送管線，能夠達(dá)到降 低制造成本和縮短制造周期的目的。具體地，通過對原料化學(xué)成分尤其是C、Mn和有害元素S、P的限定以及針狀鐵素體 組織的限定，提高組織均勻性，減小偏析和帶狀組織，保證鋼管的抗的能力提高。通過鋼管的成型和定徑來控制鋼管殘余應(yīng)力，通過焊縫在線熱處理來控制熱處理 狀態(tài)，減少及避免制管過程造成的殘余應(yīng)力和控制熱處理狀態(tài)，達(dá)到從工藝控制上提高鋼 管的抗H2S的能力。通過由常規(guī)的正火熱處理工藝改為調(diào)質(zhì)熱處理工藝，實現(xiàn)細(xì)化晶粒、改善組織及 減小殘余應(yīng)力；同時調(diào)整成型工藝參數(shù)，采用高頻感應(yīng)焊方式，焊接過程中增大焊接擠壓 量、以及增加焊接保護氣改善焊接質(zhì)量，改善焊接工藝質(zhì)量，調(diào)整熱處理機制，達(dá)到細(xì)化HAZ 晶粒，改善組織，消除殘余張應(yīng)力的目的，從而達(dá)到了提高鋼管的抗H2S能力的目的。本發(fā)明的制造方法所獲得的產(chǎn)品成本低，耐腐蝕性高，具有抗氫致裂紋及抗硫化 物應(yīng)力腐蝕性能，高強度和抗高壓效果，可適用于從Φ 219mm到Φ 610mm規(guī)格HFW鋼管的制 造，滿足酸性服役條件下鋼管的使用，達(dá)到NACE TM 0284標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的HIC要求，CLR彡15%, CSR ^ 1. 5%, CTR^ 5%，以及NACE TM 0177標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的SSC試驗要求。
具體實施例方式下面通過具體的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以下實施例可以使本專業(yè) 技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明披露了一種服役酸性環(huán)境輸送鋼管的制造方法，該方法的工藝流程包括原 料檢驗、開卷對焊、活套儲料、鋼板銑邊、鋼管成型、鋼管焊接、焊縫熱處理、空冷水冷、鋼管 定徑、鋼管矯直和鋼管切斷。本發(fā)明從材料因素和制管工藝控制管線鋼管抗H2S性能，首先，抗H2S管線鋼除了 保持普通管線鋼的細(xì)晶粒與高韌性外，對材料的均勻性、純凈度要求更高，對材料的化學(xué)成 分、非金屬夾雜物數(shù)量及形態(tài)、顯微組織都有特殊要求。因此，通過控制Mn、P含量和降低 S含量，提高鋼的純凈度，以減少珠光體條帶造成的鋼材氫致開裂，同時加Ca以改善夾雜物的形態(tài)，生成分散球狀的高熔點CaS，提高抗HIC和SSC的能力，通過化學(xué)成分的改變，減小 偏析和軋制過程造成的帶狀組織，組織均勻性提高，可以提高抗吐3的能力。其次，制管過 程造成的殘余應(yīng)力和熱處理狀態(tài)直接影響抗的能力，通過調(diào)整成型工藝參數(shù)，改善焊接 工藝質(zhì)量，調(diào)整熱處理工藝，達(dá)到細(xì)化HAZ晶粒，改善組織，消除殘余張應(yīng)力，從而提高鋼管 的抗H2S能力。1、原料檢驗為了提高鋼管的耐H2S腐蝕能力，必須減少鋼材中的夾雜物，控制夾 雜物形狀，采用Ca處理工藝，并且為使鋼中硫化物全部變態(tài)，要求Ca/S大于1. 5。因此，本 發(fā)明選用原料化學(xué)成分的重量百分比為C彡0. 1 %，Mn彡1. 6 %，P彡0. 02 %，S彡0. 002 %， Nb+V+Ti ^ 0. 15%, Pcm 彡 0. 22%, Ca/S > 1. 5，余量為 Fe ；通常選擇 API 5L 中 MS 系列可 以滿足上述要求。另外，帶狀珠光體組織是導(dǎo)致管線鋼產(chǎn)生腐蝕的另一個重要原因，因此管線鋼的 顯微組織盡量減少鋼中的帶狀珠光體，采用低碳針狀鐵素體組織。2、開卷對焊熱軋鋼卷板經(jīng)縱剪切機組剪切至預(yù)定的寬度，復(fù)卷后儲存。縱剪鋼帶 開卷后，經(jīng)過矯平，將頭尾切斷，采用惰性氣體保護焊進(jìn)行對焊，并送入活套。3、活套儲料采用外進(jìn)內(nèi)出，下進(jìn)上出式螺旋活套，長達(dá)2000余米的儲料量，可以 保證供料，滿足焊管連續(xù)生產(chǎn)。4、鋼板銑邊鋼帶進(jìn)入成型前，兩側(cè)邊經(jīng)銑邊機銑至設(shè)定的寬度和坡口，以滿足高 質(zhì)量成型和焊接工藝要求。5、鋼管成型將鋼帶通過一系列主動和被動軋輥，以連續(xù)的方式使鋼帶彎曲變形 成圓形鋼管。6、鋼管焊接采用固態(tài)高頻焊機對成型后的鋼管采用高頻感應(yīng)焊接，焊接速度為 14m/min，焊接功率為850KW。為了保證焊接的最佳質(zhì)量，本發(fā)明對鋼管焊接的幾項工藝參數(shù) 進(jìn)行優(yōu)化，主要包括以下幾個方面首先是焊縫開口角度，焊縫開口角是指擠壓前管坯兩邊緣的夾角，開口角大小與 燒化過程的穩(wěn)定性有關(guān)，它對焊接質(zhì)量的影響很大。減小開口角時，邊緣之間的距離也減 小，從而使鄰近效應(yīng)加強。這樣，在其他條件相同的情況下，便可增大邊緣的加熱溫度，從而 提高了焊接速度。但開口角也不能過小，如過小會使會合點到擠壓輥中心線的距離加長，從 而導(dǎo)致邊緣并非在最高溫度下受到擠壓，這樣焊接質(zhì)量降低。如果開口角過大，則鄰近效應(yīng) 減小，焊接速度降低，功率消耗增加。在實際生產(chǎn)中，確定移動導(dǎo)向輥的縱向位置來調(diào)整開 口角大小，在導(dǎo)向輥不能縱向調(diào)整的情況下，可用導(dǎo)向環(huán)厚度或壓下封閉孔或?qū)蜉亖碚{(diào) 整開口角的大小。通過試驗，焊縫開口角度為3度 5度，最為優(yōu)選的開口角確定為3. 5度。其次，為保障焊縫的焊接質(zhì)量，焊接采用氮氣保護，氮氣保護焊的氣體流量可以是 35 37Nm3/h，壓力可以是1. 3 1. 7kg/m2。本實施例中氣體流量控制為36Nm3/h，壓力控 制為1. ^g/m2，通過采用保護氣體，減少了加熱區(qū)域的氧化，降低了焊縫中的氧化物含量和 出現(xiàn)缺陷的比例。再次，采用大擠壓量的工藝參數(shù)，增大擠壓量將焊縫中的夾雜物盡可能全部擠出， 將焊接擠壓量設(shè)置為4mm 8mm。較大的擠壓量有利于夾雜物的擠出，提高焊縫的純凈度也 提高了焊縫的質(zhì)量，較小的擠壓量不利于夾雜物的擠出，殘留在焊縫中的夾雜物大大影響 焊縫的沖擊韌性和耐腐蝕性。
鋼管焊接后通過低倍宏觀測量，金屬流線角度為62° ；通過放大100倍測量熔合 線寬度，外側(cè)為0. 13mm，內(nèi)側(cè)為0. 1mm，中間為0. 04mm。7、焊縫熱處理為了消除焊縫應(yīng)力，改善焊縫金相組織，降低焊縫硬度，提高焊 縫沖擊韌性和耐腐蝕性，采用焊縫熱處理，選擇六架中頻熱處理機進(jìn)行焊縫熱處理，熱處 理工藝為在線淬火和在線回火工藝。為了保障焊縫調(diào)質(zhì)效果，必須選擇適當(dāng)?shù)臏囟龋渲?前三架的中頻加熱溫度為1#出口溫度850士30°C、2#出口溫度960士30°C、3#出口溫度 960 士 30°C，第三架中頻熱處理機之后進(jìn)行焊縫的快速水冷，水冷后溫度不超過180°C，焊縫 快速水冷后進(jìn)行在線回火熱處理，第4#出口溫度620士30°C，第5#出口溫度620 士30°C，第 6# 出 口溫度 620士30°C。焊縫熱處理焊后經(jīng)金相檢驗分析，外側(cè)熱處理寬度為21mm，內(nèi)側(cè)熱處理寬度為 15mm。焊縫無未回火馬氏體組織存在。8、空冷水冷經(jīng)過熱處理后的焊縫采用60米空冷段進(jìn)行空冷，此工藝為模擬正貨 工藝，因為正火定義為在靜止的空氣中冷卻，而鋼管是運動的在空氣中冷卻，因此定義為模 擬正火工藝。為了進(jìn)一步保障焊縫組織不發(fā)生變化，且不存在未回火馬氏體組織，還要進(jìn)行 水冷，進(jìn)入水冷槽前的焊縫溫度保持在300度以下。為了保障鋼管的幾何尺寸不因溫度影 響過大，焊縫出水冷槽的溫度控制在80度以下。9、鋼管定徑為降低鋼管加工硬化的程度，采用4mm的定徑減徑量。經(jīng)飛鋸切斷后 對鋼管進(jìn)行取樣試驗，機械性能試驗結(jié)果見表1 表1服役酸性環(huán)境輸送鋼管機械性能
權(quán)利要求
1.一種服役酸性環(huán)境輸送鋼管的制造方法，該方法的工藝流程包括原料檢驗、開卷對 焊、活套儲料、鋼板銑邊、鋼管成型、鋼管焊接、焊縫熱處理、空冷水冷、鋼管定徑、鋼管矯直 和鋼管切斷，其特征在于，所述原料的化學(xué)成分重量百分比為C彡0. 1 %，Mn彡1. 6 %，P彡0. 02 %，S彡0. 002 %， Nb+V+Ti 彡 0. 15%, Pcm ^ 0. 22%, Ca/S > 1. 5，余量為 Fe ；所述鋼管焊接采用高頻感應(yīng)焊；所述焊縫熱處理包括以下流水工序a.三架中頻熱處理機進(jìn)行在線淬火第一架中頻熱處理機的出口溫度為850士30°C， 第二架與第三架中頻熱處理機的出口溫度均為960士30°C ；b.快速水冷水冷后鋼管溫度不超過180°C；c.三架中頻熱處理機進(jìn)行在線回火第四架至第六架中頻熱處理機的出口溫度均為 620 士 30 "C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種服役酸性環(huán)境輸送鋼管的制造方法，其特征在于，所述 原料的金相組織為針狀鐵素體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種服役酸性環(huán)境輸送鋼管的制造方法，其特征在于，所述 鋼管焊接的焊縫開口角度為3度 5度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種服役酸性環(huán)境輸送鋼管的制造方法，其特征在于，所述 焊縫開口角度為3. 5度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種服役酸性環(huán)境輸送鋼管的制造方法，其特征在于，所述 鋼管焊接采用氮氣保護。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種服役酸性環(huán)境輸送鋼管的制造方法，其特征在于，所述 氮氣保護焊接的氣體流量保持為35 37Nm3/h，壓力保持為1. 3 1. Ag/m2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種服役酸性環(huán)境輸送鋼管的制造方法，其特征在于，所述 鋼管焊接的焊接擠壓量為4mm 8mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種服役酸性環(huán)境輸送鋼管的制造方法，其中原料的化學(xué)成分重量百分比為C≤0.1％，Mn≤1.6％，P≤0.02％，S≤0.002％，Nb+V+Ti≤0.15％，Pcm≤0.22％，Ca/S＞1.5，余量為Fe；鋼管焊接采用高頻感應(yīng)焊，焊接過程中通過增大焊接擠壓量、控制焊縫開口角度、以及增加焊接保護氣改善焊接質(zhì)量；焊縫熱處理采用六架中頻熱處理機進(jìn)行在線淬火和在線回火。本發(fā)明從原料成分和金相組織的選擇，焊接機制的完善，熱處理工藝的改善，具有抗氫致裂紋及抗硫化物應(yīng)力腐蝕性能，具有高強度和抗高壓效果，能夠降低成本，可以滿足酸性服役條件下鋼管的使用。
文檔編號B23K13/01GK102121081SQ20101061388
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者倪明津, 葉培榮, 吳剛, 孟愛平, 張曉靈, 楊連河, 顧艷 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油能源發(fā)展股份有限公司, 中海石油金洲管道有限公司