螺旋埋弧焊管制管前后拉伸性能变化的统计分析

研究了API B～X80钢级、管径355.6～1219mm及壁厚6.3～18.4mm螺旋埋弧焊管制管前后拉伸性能变化的一般规律,结合螺旋埋弧焊管制造过程分析了试样展平过程产生的包申格效应对钢管拉伸性能的影响。结果表明:对于X65以下钢级钢管包申格效应明显,即制管后屈服强度下降明显,并且差异值随着强度水平的提高而提高,而对于X70以上钢级钢管,包申格效应不明显,制管后屈服强度下降不大;对于抗拉强度,所试验钢级钢管制管前后基本一致。材料的组织是影响屈服强度变化或包申格效应大小的主要因素。     

包申格效应对X 65、 X70、 X80钢级螺旋埋弧焊管强度的影响

为了探寻螺旋埋弧焊管生产过程中产生的包申格效应对焊管强度的影响规律,分析了包申格效应产生的原因,并以X65、X70和X80钢卷板及其钢管为研究对象,分别在卷板和钢管上取样进行拉伸试验。试验和分析结果表明:钢管成型和试样加工过程中,钢板外层和内层的金属会向相反的方向发生两次塑性变形,这是螺旋焊管产生包申格效应的主要原因;不同取样形式与加工方法,包申格效应的表现也略有不同;受包申格效应影响,X65和X70钢管的屈强比较卷板有所下降,但X80钢管部分壁厚中反而有升高的趋势。包申格效应对不同材质、不同径厚比螺旋埋弧焊管拉伸性能的影响不同,制管厂在制定卷板技术条件时应充分考虑包申格效应的影响。     

X80直缝埋弧焊管制管前后拉伸性能的变化

通过对X80 级?准1 016 mm × 18.4 mm直缝埋弧焊管制管前后拉伸性能变化的研究,得出了其制管前后拉伸性能变化的一般规律。结合直缝埋弧焊管的制管过程分析认为,成型和扩径是制管前后拉伸性能变化的主要原因。对于X80直缝埋弧焊管,当扩径率为0.8%～1.2%时,既保证了钢管外观尺寸精度,又很好地控制了扩径后钢管的屈服强度和屈强比的上升幅度。扩径工艺后,钢管的屈服强度和抗拉强度都有所增加,且屈服强度的增加幅度要大于抗拉强度的增加幅度。     

螺旋埋弧焊管自动补焊工艺研究

针对螺旋埋弧焊管焊缝缺陷人工补焊的不确定性,采用X52钢级Φ610 mm×8 mm、X70钢级Φ1 016 mm×17.5 mm、X80钢级Φ1 422 mm×21.4 mm螺旋埋弧焊管,模拟生产中常见的穿透性缺陷、非穿透性缺陷进行自动埋弧焊补焊试验。试验结果表明,补焊焊缝的外观质量、无损检测、理化性能、金相组织等各项指标均优于标准要求。自动补焊工艺可减少施焊过程中的人为干预,稳定焊接质量,提升焊接效率。该工艺可满足多项标准的管线修补要求,在焊管行业推广应用具有可行性。     

钢级管线钢焊管研制

介绍了X80及X100管线钢管的开发,重点针对国家高强度管道建设工程的需要,介绍了高强度大直径埋弧焊管机组以及为适应X80钢管生产进行的制管工艺技术方面的研究改进,包括开发出适应于高速焊接的高强度、高韧性焊接材料,使西气东输二线用1 219 mm×18.4 mm X80螺旋焊管焊速达到1.75 m/min;研究了X80管线钢经受焊接热循环后性能变化规律及组织特征,提出合理的焊接线能量参数。介绍了1 219 mm×18.4 mm X80螺旋埋弧焊管、1 219 mm×15.3 mm X100螺旋埋弧焊管实物产品性能。采用国产X80管线钢以及自主研究开发的埋弧焊接材料,成功开发出了X80钢级1 219 mm×18.4 mm螺旋埋弧焊管和1 219 mm×22 mm直缝埋弧焊管产品,目前已为西气东输二线工程生产X80螺旋埋弧焊管和直缝埋弧焊管超过100万t,并在螺旋焊管机组上进行了1 219 mm×15.3 mm X100螺旋埋弧焊管试制。     

X80M钢Φ1 219 mm×18.4 mm螺旋埋弧焊管导向弯曲不合格原因分析

针对X80M钢Φ1 219 mm×18.4 mm螺旋埋弧焊管生产中出现的导向弯曲试验不合格现象,通过钢管性能分析、热模拟试验分析、焊接参数分析及微观组织分析等手段,对出现导向弯曲不合格的原因进行了系统、全面的分析,得出了以下结论:厚壁螺旋埋弧焊管生产时易出现热影响区软化;厚壁螺旋埋弧焊管卷板订货时强度不宜过高;螺旋埋弧焊管卷板板边的夹杂物缺陷在弯曲应力作用下,易形成脆性断裂区,最终导致开裂。通过控制焊接热输入、合理制定卷板强度范围、调整板边铣削量等手段可避免此类缺陷的产生。     

批量试制X90管线钢管及板材强度特性研究

通过对批量试制的X90钢管及板材进行拉伸性能研究,结果表明试制的X90管线钢管拉伸强度满足X90钢级要求,螺旋埋弧焊管与直缝埋弧焊管抗拉强度相当,屈服强度明显偏低,屈强比优于直缝埋弧焊管;螺旋埋弧焊管板卷成型过程中屈服强度提高了16 MPa,直缝埋弧焊管钢板成型过程中屈服强度提高了97 MPa;X90钢管焊接接头拉伸断裂位置主要集中在熔合线和热影响区,造成这种现象的主要原因是熔合区晶粒粗化及软化。     

螺旋埋弧焊管全管体扩径工艺与性能研究

随着管道建设对管材性能一致性要求的提高,以及全位置自动焊工艺对管材几何尺寸精度更高的要求,需要研究改进螺旋焊管制备工艺。开展了X80钢级Φ1 219 mm×22 mm螺旋埋弧焊管全管体扩径工艺试验,对比分析了扩径前后管体的几何尺寸、残余应力及力学性能变化。结果显示,随着扩径量的增加,管体尺寸精度大幅提高,在扩径率为0.75%时,管体不圆度降低了20%,周长一致性提高了71%,噘嘴量减少35.4%,管体切断后对应的两个管端直径差值在1 mm之内;扩径可以进一步降低管材成型焊接形成的整体内应力以及表面应力,使得螺旋埋弧焊管残余应力一定程度减小;扩径后管材强度和屈强比略有上升,韧性略有下降,管材强度的一致性大幅提高,管材相关性能指标优于设计及施工标准要求。结果表明,X80钢级Φ1 219 mm×22 mm螺旋埋弧焊管扩径工艺技术是可行的。     

小批量试制X80级板卷及焊管的拉伸性能分析

采用矩形试样和圆棒试样对国内小批量试制的X80级板卷和螺旋埋弧焊管进行了拉伸试验,从两种试样类型对试验结果的影响、板卷不同厚度强度的分布、沿板卷长度及对应钢管的强度分布、制管前后材料拉伸性能的变化等方面进行了详细的阐述和分析,分析结果表明,对于板卷建议采用矩形试样测试材料的拉伸性能,对于管体横向建议采用直径尽可能大的圆棒试样测试钢管的拉伸性能。     

海底尾水排放用X65MO超厚壁螺旋埋弧焊管的开发

为开发适用于尾水排放并满足海底运行条件的螺旋埋弧焊管,通过化学分析、显微组织分析和力学性能试验等方法,开发出一种低C及Mn-Cr-Mo-Nb系合金体系、多边形铁素体+粒状贝氏体+少量珠光体组织特征的X65MO材质、25.4 mm超厚壁热轧卷板。同时,通过径厚比、板宽、成型角对成型质量的影响规律和焊接线能量对焊缝质量的影响规律进行分析研究,确定出小径厚比、超厚壁Φ1 219 mm×25.4 mm钢管的成型参数和焊接参数,获得了低残余应力和高焊接质量的钢管,并且对试制的螺旋埋弧焊管的理化性能进行了检测。结果显示,钢管母材屈服强度为475～560 MPa,抗拉强度为570～635 MPa,焊缝抗拉强度为590～690 MPa;-10 ℃下的母材、焊缝和热影响区夏比冲击功平均值分别达到427 J、207 J和215 J,0 ℃下DWTT剪切面积平均值为98%;母材、焊缝和热影响区硬度最大值为241HV10。研究表明,试制的海底尾水排放用X65MO钢级Φ1 219 mm×25.4 mm超厚壁螺旋埋弧焊管具有良好的力学性能,可满足API SPEC 5L（46版）标准和工程技术条件要求。     

武钢X80级热轧厚板卷的试制与生产

介绍了武钢X80级热轧厚板卷的生产设备、生产工艺控制。分析了X80级钢的化学成分和金相组织。对X80级热轧板卷及用其所试制的螺旋埋弧焊管的拉伸、冷弯、硬度、系列温度冲击韧性、DWTT等性能进行了测试。结果表明，武钢采用控轧和强制加速冷却工艺生产的17．5mm和15、3mm厚X80级热轧板卷强韧性高，焊接性能良好；组织为针状铁素体加少量弥散分布的岛状组织，其性能和组织符合API 5L和中国石油天然气集团公司对X80级管线钢的标准要求，可满足X80钢级螺旋焊管的制管要求。     

X80钢级Φ1 524 mm×23 mm螺旋埋弧焊管试制

为了开发高钢级、大直径、厚壁螺旋埋弧焊管,与国内钢铁公司联合研发了X80钢级、超厚壁（23 mm）热轧卷板,卷板化学成分设计采用低C并添加微合金元素细化晶粒,获得超纯净、高强度、高韧性等性能优良的热轧卷板。用该卷板进行了X80钢级 Φ1 524 mm×23 mm螺旋埋弧焊管试制,通过成型、焊接等制管工艺的优化设计和实施,有效解决了在超厚壁、高钢级钢管生产中极易出现的焊缝及热影响区（HAZ）低温冲击韧性指标数据分散、不集中的问题。试制产品经内部型式试验和第三方检测评价,其质量和性能指标符合相关验收要求,具备批量生产能力,为高钢级、大壁厚螺旋埋弧焊管的工艺设计提供了参考。     

低成本高性能X90级螺旋埋弧焊管的研发新思路

介绍了低成本、高性能X90级螺旋埋弧焊管的一种研发新思路,以一种X80卷板代替X90卷板研制X90螺旋埋弧焊管。分别从拉伸性能、夏比冲击性能、落锤撕裂性能、硬度和金相等方面阐述了该成分X80卷板及钢管优异的理化性能。研究发现,防腐后该X80钢管理化性能均能满足X90级标准要求,且与X90级卷板相比,该X80卷板在理化性能上存在较大的优势,且能克服前期研发X90遇到的问题与不足。     

钢质环氧套筒轴向修复效果研究

为了研究钢质环氧套筒对于含缺陷油气管道的轴向修复效果,对X52钢级Φ508 mm×9.5 mm含缺陷螺旋埋弧焊管的钢质环氧套筒修复结构开展了全尺寸轴向拉伸试验,通过应变监测及理论计算分析钢质套筒与管体的应力分布情况。结果显示,修复后的管体最大轴向拉力为3 854 kN,约为无缺陷钢管理论轴向承载力的50%;失效位置位于缺陷最深处,失效时,管体无缺陷处尚未进入屈服阶段;在纯拉伸作用下,钢质套筒承担的轴向载荷仅占总载荷24.5%。研究结果表明,钢质环氧套筒对于管道轴向应力修复效果有限,不建议采用钢质环氧套筒作为环焊缝或管体环向缺陷的修复手段。     

X70MS螺旋埋弧焊管的研制

为了开发酸性服役条件下的管线用管,通过对耐酸管硬度控制的研究、X70MS钢级卷板化学成分的设计、焊接材料的合理匹配以及焊接工艺参数的调整,研制出了X70MS钢级Φ711 mm×9.5 mm规格耐酸性埋弧焊管,并对试制钢管进行了化学成分分析、显微组织分析、硬度测试、力学性能检验以及HIC和SSC试验。试验结果显示,焊管管体屈服强度为489～555 MPa、抗拉强度为597～607 MPa,焊缝抗拉强度为667～679 MPa,管体和焊缝硬度均小于250HV10,0 ℃下母材冲击功大于226 J,焊缝单个冲击功大于169 J;母材、焊缝和热影响区裂纹敏感率（CSR）、裂纹长度率（CLR）、裂纹厚度率（CTR）均为零;在72%SMYS、80%SMYS和90%SMYS三种载荷下SSC试样的拉伸面在10倍显微镜下均未发现断裂。试制结果表明,X70MS管材表现出良好的力学性能和耐酸性, 各项性能满足API SPEC 5L标准要求。     

大直径螺旋埋弧焊管成型过程中的管形控制及应力补偿

为了更好地控制螺旋埋弧焊管成型质量,提高管形控制精度,针对成型器自身特性、成型角的选择和微调、递送线位置等影响管形的几个关键因素,对螺旋埋弧焊管成型过程中对钢管几何尺寸的影响进行了分析。分析结果表明,成型过程中的管形控制、成型后钢管的应力补偿以及钢管吊装、储存、运输甚至施工过程中的管端保护是提高焊管成型质量的重要控制因素。同时根据分析结果提出了大直径螺旋埋弧焊管在成型过程中管形控制的方法和措施。     

大输量天然气管道工程用特厚壁X80M热轧板卷的开发

针对中俄东线等大输量天然气管道工程用X80钢级螺旋埋弧焊管对热轧板卷提出的技术要求,介绍了武汉钢铁有限公司21.4 mm特厚壁X80M热轧板卷的成分工艺设计,统计分析了批量生产X80M热轧板卷的化学成分、力学性能、低温韧性和显微组织,以及钢管的低温韧性。结果表明:武汉钢铁有限公司为中俄东线天然气管道工程开发的螺旋埋弧焊管用21.4 mm特厚壁X80热轧板卷组织为细小均匀的针状铁素体+弥散分布的M/A岛,低温韧性优异,各项理化性能全部满足管道工程技术标准要求。     

不良外焊缝形状对钢管3PE防腐的影响及控制措施

为了提高螺旋埋弧焊管3PE防腐性能,分析了螺旋埋弧焊管不良外焊缝形状对3PE防腐质量的影响,从焊接电压、焊丝倾角、焊丝偏心距、焊剂、坡口形状等方面分析了不良外焊缝产生的原因,并提出了相应的改善措施,指出在螺旋埋弧焊管生产过程中,必须严格控制焊缝外观形状,合理选择工艺参数加以控制,以防止钢管防腐层开裂、密集漏点、涂层不均匀等现象的发生。