φ1422X高鋼級(jí)大口徑長(zhǎng)輸管道用熱煨彎管制造工藝

（四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司，四川成都610000）

φ1422X高鋼級(jí)大口徑長(zhǎng)輸管道用熱煨彎管制造工藝

石 昕

（四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司，四川成都610000）

通過(guò)對(duì)φ1422mm、X80級(jí)彎管母管的成分設(shè)計(jì)、管體及焊縫的力學(xué)性能以及熱加工性能的研究，對(duì)比試制多個(gè)工藝參數(shù)，優(yōu)化必選合理的推制和熱處理工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了彎管管體、焊縫力學(xué)性能和金相組織等性能匹配，試制出滿足CDP-S-OGP-PL-016-2014-3《油氣管道工程感應(yīng)加熱彎管通用技術(shù)條件》要求的φ1422mm×25.7mm、X80大口徑長(zhǎng)輸管道用熱煨彎管樣品，并通過(guò)了國(guó)家型式試驗(yàn)認(rèn)證。

熱煨彎管；大口徑長(zhǎng)輸管理；X80；焊縫

0 前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)油氣需求的日益增加，大口徑、高鋼級(jí)油氣輸送管線建設(shè)也隨之快速發(fā)展[1]。φ1 422 mm較φ1 219 mm可有效增加天然氣輸送量，節(jié)省管道建設(shè)工程量，節(jié)約鋼管采購(gòu)量，提高了管道的耐壓能力和安全性[2]。因此φ1 422、X80大管道已成為未來(lái)油氣長(zhǎng)輸管道的發(fā)展趨勢(shì)，中俄東線管道工程設(shè)計(jì)采用該規(guī)格彎管，φ1 422、X80熱煨彎管制造技術(shù)的研發(fā)就顯得尤為重要，該彎管的研制成功為未來(lái)中俄管道等工程配套彎管的大批量應(yīng)用提供了技術(shù)儲(chǔ)備和參考。

1 原材料分析

試制選用φ1 422 mm×25.7 mm、X80雙面埋弧直縫焊管（SAWL），采用HP SpectMax直讀光譜儀，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4336-2002[3]分別對(duì)所取鋼管進(jìn)行化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)分析?；瘜W(xué)分析結(jié)果均符合CDP-S-OGPPL-017-2014-3[4]《油氣管道工程感應(yīng)加熱彎管母管通用技術(shù)條件》技術(shù)規(guī)格書(shū)要求，結(jié)果如表1所示。

切取部分管體，制備金相試塊，用4%硝酸酒精對(duì)其進(jìn)行侵蝕，在MEF3A金相顯微鏡和圖像分析系統(tǒng)下觀察其顯微組織，如圖1所示。由圖1可知，φ1 422 mm×25.7 mm X80鋼管組織為B粒+PF+P，即多邊形鐵素體和貝氏體均勻分布，粒狀貝氏體彌散分布其中，鋼管晶粒度為12級(jí)。

表1 φ1 420 mm×25.7 mm X80母管化學(xué)成分 %

圖1 母管顯微組織B粒+PF+P

依照ASTM A370-2014[5]對(duì)φ1422mm×25.7mm母管進(jìn)行力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)。制取直徑為12.5 mm和原始標(biāo)距長(zhǎng)度為50 mm的棒狀試樣，焊縫接頭選用寬度為38 mm的全尺寸板狀試樣（焊縫區(qū)去余高），棒狀和板狀試樣分別在UTM5305電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和SHT4106電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。夏比V型缺口沖擊試樣尺寸10mm×10 mm×55 mm，在0℃下JB-500B沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。力學(xué)性能如表2和表3所示。結(jié)果均符合CDP-S-OGP-PL-017-2014-3技術(shù)規(guī)格書(shū)要求。

表2 X80母管的拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果

表3 X80母管的夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果（溫度-20℃）

2 熱模擬工藝試制

因φ1 422 mm、X80彎管成本較高，特進(jìn)行熱模擬試制，即采用與彎管試制工藝相同的參數(shù)，包括推制溫度、速度、冷卻水流量和熱處理溫度等參數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證制定的工藝參數(shù)能否得到良好的理化性能，制定的3種不同工藝參數(shù)如表4所示。

表4 D1420 X80熱模擬推制及熱處理工藝參數(shù)

3 不同工藝的對(duì)比

M1試段和M2試段僅推制溫度不同，均未進(jìn)行熱處理；而M3采用與M2相同的推制工藝，同時(shí)進(jìn)行了回火熱處理。圖2為φ1422mm×25.7 mm X80鋼管依照3種不同工藝參數(shù)得到的管體的顯微組織。M1工藝得到的管體組織為B、8級(jí)（見(jiàn)圖2），M2工藝得到的管體組織為B、8.5級(jí)（見(jiàn)圖3），M3工藝得到的管體組織為B+F+P、9.5級(jí)（見(jiàn)圖4）。

圖2 M1管體B

對(duì)比M1和M2可知，加熱溫度的提高對(duì)組織變化不大，晶粒度略微得到提高，但經(jīng)過(guò)M3回火熱處理后，晶粒度有了較大提高，且析出少量珠光體和鐵素體，對(duì)管體的強(qiáng)度降低和韌性的提高有所幫助，同時(shí)晶粒度的提高有利于提高強(qiáng)度和韌性。綜合考慮，第三種工藝得到的金相組織較好，有利于得到良好的力學(xué)性能。

圖3 M2管體B

圖4 M3管體B+F+P

按照ASTM A370-2014標(biāo)準(zhǔn)對(duì)3種不同工藝的管體進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，其結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，M1的拉伸性能偏低，屈服強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)值要求的下限值555 MPa；M2的拉伸性能較高，但沖擊性能較差，低于標(biāo)準(zhǔn)要求的最小平均值90 J；而M3工藝經(jīng)過(guò)提高推制溫度和進(jìn)行回火熱處理，分別改善了拉伸性能，提高了沖擊韌性，使得其力學(xué)性能均滿足CDP-S-OGP-PL-016-2014-3標(biāo)準(zhǔn)要求[6]。

表5 φ1 422 mm×25.7 mm X80熱模擬不同工藝方法力學(xué)性能檢驗(yàn)

4 彎管試制即型式試驗(yàn)認(rèn)證

4.1 彎管試制工藝參數(shù)確定

通過(guò)分析熱模擬試驗(yàn)結(jié)果，確定φ1422 mm×25.7mm X80采用M3類似工藝進(jìn)行彎管試制。按照CDP-S-OGP-PL-016-2014-3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試制，由國(guó)家石油管材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行型式試驗(yàn)認(rèn)證，小批量試制5只，分別進(jìn)行外觀檢測(cè)、幾何尺寸檢查、無(wú)損檢測(cè)和表面硬度檢測(cè)，抽取其中1只進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，并在其他4只中抽取1只進(jìn)行爆破試驗(yàn)檢測(cè)，彎管工藝參數(shù)如表6所示。彎管推制過(guò)程如圖5所示。

表6 φ1 422 mm×25.7 mm X80彎管推制及熱處理工藝參數(shù)

圖5 彎管推制過(guò)程

4.2 彎管力學(xué)性能試驗(yàn)

按照CDP-S-OGP-PL-016-2014-3的取樣要求即圖6和表7規(guī)定進(jìn)行取樣。

圖6 力學(xué)性能和金相檢驗(yàn)試樣取樣位置及取向

4.3 彎管力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

試制彎管按照技術(shù)規(guī)格書(shū)要求的試驗(yàn)方法進(jìn)行拉伸性能、沖擊及金相試驗(yàn)，所有試驗(yàn)結(jié)果均符合技術(shù)規(guī)格書(shū)要求，如表8所示。

表7 試驗(yàn)項(xiàng)目及試樣取樣位置

表8 彎管力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

4.4 彎管維氏硬度

對(duì)熱煨彎管管體和焊縫進(jìn)行取樣，研磨拋光試樣后，按圖7和圖8所示測(cè)試點(diǎn)做10 kg載荷維氏硬度試驗(yàn)[7]，管體和焊縫硬度試驗(yàn)結(jié)果分別如表9和表10所示，標(biāo)準(zhǔn)要求均為小于等于300 HV。

圖7 管體維氏硬度測(cè)試點(diǎn)

圖8 焊縫接頭維氏硬度測(cè)試點(diǎn)

4.5 焊縫導(dǎo)向彎曲性能

在彎管直管段和彎曲區(qū)垂直焊縫取面彎、背彎試樣進(jìn)行導(dǎo)向彎曲試驗(yàn)，彎軸直徑為10t（t為試件厚度），彎曲角度180°，彎曲試驗(yàn)結(jié)果如表11所示。標(biāo)準(zhǔn)中要求不完全斷裂，在焊縫金屬不應(yīng)出現(xiàn)長(zhǎng)度大于3.2 mm，且不考慮深度大小的裂紋或破裂，或在母材、HAZ或熔合線上不應(yīng)出現(xiàn)任何長(zhǎng)度大于3.2 mm或深度大于規(guī)定壁厚12.5%的裂紋和破裂。由表11可知，無(wú)論面彎或背彎均無(wú)裂紋，符合CDPS-OGP-PL-016-2014-3標(biāo)準(zhǔn)要求。

表9 管體維氏硬度值

表10 焊縫接頭位置維氏硬度值

表11 彎曲試驗(yàn)結(jié)果

4.6 金相組織

局部加熱后熱煨彎管直管段及彎管段焊縫進(jìn)行橫向截面低倍檢查，如圖9所示。

圖9 低倍宏觀金相檢查

對(duì)彎曲區(qū)各部位晶粒度、組織及夾雜物等級(jí)等進(jìn)行評(píng)定[8]，對(duì)埋弧焊縫中心、熱影響區(qū)僅進(jìn)行金相組織和晶粒度檢查，結(jié)果如表12所示，金相組織和晶粒度滿足CDP-S-OGP-PL-016-2014-3標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.7 彎管爆破試驗(yàn)結(jié)果

抽取1只彎管進(jìn)行爆破試驗(yàn)，先在彎管兩端焊接WFHY555鋼級(jí)球形封頭，如圖11所示，在打底填充焊接后進(jìn)行爆破試驗(yàn)，采用HY-WLF-30K-W水壓爆破試驗(yàn)系統(tǒng)在爆破試驗(yàn)池中進(jìn)行，試樣分別在16.7 MPa（理論屈服壓力）和18.8 MPa（理論爆破壓力）靜水壓試驗(yàn)壓力條件下保壓10 min，未發(fā)生泄漏，繼續(xù)加壓至25.6MPa時(shí)，試驗(yàn)曲線如圖12所示。管體爆破失效，爆破位置為彎管外弧側(cè)，如圖13所示，試驗(yàn)結(jié)束，試驗(yàn)結(jié)果符合CDP-S-OGP-PL-016-2014-3技術(shù)規(guī)格書(shū)要求。

5 結(jié)論

（1）通過(guò)試驗(yàn)成功研制了φ1422mm×25.7 mm、X80大口徑長(zhǎng)輸管道用熱煨彎管，通過(guò)了國(guó)家型式試驗(yàn)認(rèn)證，試制的彎管各部位的管體及焊縫各項(xiàng)指標(biāo)均滿足CDP-S-OGP-PL-016-2014-3技術(shù)規(guī)格書(shū)要求，為未來(lái)中俄管道、土庫(kù)曼外輸?shù)裙こ虖澒艿拇笈繎?yīng)用提供了技術(shù)儲(chǔ)備和參考。

表12 金相檢驗(yàn)結(jié)果

圖10 微觀金相組織檢查

圖11 爆破試驗(yàn)試樣制備

圖12 爆破試驗(yàn)靜水壓壓力-時(shí)間曲線

（2）創(chuàng)新熱模擬試驗(yàn)方式，掌握了鋼管的加熱性能，為彎管工藝參數(shù)的制定提供了試驗(yàn)依據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，并且節(jié)省成本。

（3）φ1422mm、X80彎管的性能與制造熱處理工藝參數(shù)的關(guān)系密不可分，選擇合適的工藝參數(shù)是成功試制的關(guān)鍵。

圖13 爆破后斷口形貌

[1]辛希賢.管線鋼的焊接[M].陜西：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[2]高慧臨.管線鋼組織、性能、焊接行為[M].陜西：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[3]GB/T 4336-2002，碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法（常規(guī)法）[S].2002.

[4]CDP-S-OGP-PL-017-2014-3，油氣管道工程用感應(yīng)加熱彎管母管技術(shù)規(guī)格書(shū)[S].2014.

[5]ASTM A370-2016.鋼制品機(jī)械測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義[S].2016.

[6]CDP-S-OGP-PL-016-2014-3.油氣管道工程用感應(yīng)加熱彎管技術(shù)規(guī)格書(shū)[EB/OL].http://www.doc88.com/p-95026 07587621.html.

[7]孔祥磊，黃國(guó)建，黃明浩，等.X80管線鋼連續(xù)冷卻相變研究[J].金屬熱處理，2010，35（09）：66-70.

[8]張小立.X80高鋼級(jí)管線鋼組織圖譜[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，21（04）：4-10.

Hotbendpipe bendingprocessfor φ1422 X80 highgrade large diameterlong distancepipeline

SHI Xin
（Sichuan Petroleum and Natural Gas Construction Engineering Co.，Ltd.，Chengdu 610000，China）

Based on the φ1 422 mm diameter and X80 bend pipe composition design，pipe body and weld mechanical property and thermal processing performance research，several process parameters optimization of comparative trial，the optimization required reasonable push system and heat treatment process parameter，the matching of bending pipe body and weld mechanical properties and microstructure properties was realized.Produced the φ1 422 mm×25.7 mm，X80 large diameter pipeline with hot bending bend samples that meet"CDPS-OGP-PL-016-2014-3"general technical condition of oil and gas pipeline engineering induction heating bend requirements，and passed the national type test certification.

hot bend pipe；large diameter and long distance transportation management；X80；welding seam

TG457.6

B

1001-2303（2017）09-0050-07

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.09.11

本文參考文獻(xiàn)引用格式：石昕.φ1422 X80高鋼級(jí)大口徑長(zhǎng)輸管道用熱煨彎管制造工藝[J].電焊機(jī)，2017，47（09）：50-56.

2017-08-22

石 昕（1969—），男，高級(jí)工程師，博士，主要從事國(guó)內(nèi)外石油天然氣地面工程建設(shè)的研究工作。E-mail：shixin_sc@cnpc.com.cn。