油气输送用x80钢级焊管开发

油气输送用x80钢级焊管开发

为了开发x80级钢级焊管，由中国石油天然气集团公司科技发展部组织，委托开展“x80级螺旋缝焊管和油气供应”项目。该项目由中国石油材料设备（集团）牵头，由宝鸡石油管道有限公司牵头，石油管道研究所与中国石油天然气管道局合作。自1999年立项以来,宝鸡石油钢管有限责任公司先后完成了国外高钢级管线钢管的技术标准、焊接材料、焊接工艺等方面技术情报的收集整理工作,并与国内几家大型钢铁公司联合提出了X80级管线钢热轧卷板的技术条件。2000～2001年,宝鸡石油钢管有限责任公司对A钢厂X80级、10mm热轧卷板进行了性能分析,并进行了ϕ139.7mm×10mmERW焊管试制。2002年与B钢厂签订了“共同进行X80级管线钢螺旋焊管试制的技术要求”。2002年11月,B钢厂X80级7.9mm热轧卷板试制成功,我公司完成了对7.9mm热轧卷板性能分析、焊接工艺研究以及ϕ610mm×7.9mm螺旋埋弧焊管试制。2004年4月,A钢厂X80级17.5mm热轧卷板试制成功,我公司在同年完成了X80级、ϕ1016mm×17.5mm螺旋埋弧焊管的试制。17mm10mmerw焊管试试2000年3月宝鸡石油钢管有限责任公司用A钢厂X80级热轧卷板进行了ϕ139.7mm×10mmERW焊管试制。试生产投入原料1卷,共计8.17t,生产出ERW焊管18根,共计6.334t。1.1试验结果及分析A钢厂X80级热轧卷板的化学成分见表1,板材、ERW焊管母材及焊接接头的拉伸试验结果见表2。夏比冲击试验所用试样尺寸为:55mm×10mm×7.5mm,试验结果见表3,表中数据均已折算为全尺寸试样数值。焊缝外壁组织为片状F+P少量,中间组织为片状F+P,内壁组织为W+F,焊缝区域硬度值在245～258HV10之间。水压试验:钢管逐根进行水压试验,试验压力为30MPa,稳压10s无渗漏现象。1.2包申格效应测试包申格效应测试结果见表4。从表中数据分析得出,包申格效应比较明显。1.3腐蚀介质试样为了评估X80级ERW焊管管材抗氢致裂纹(HIC)性能的差异,对板母和ERW焊管管母及其焊接接头进行了HIC检验,检验程序按NACETM—01—77标准执行。腐蚀介质选用NACE标准推荐的A溶液,通入H2S气体,使溶液处于饱和状态,试验周期为96h。标准要求:裂纹长度率CLR≤15%;裂纹厚度率CTR≤3%;裂纹敏感率CSR≤0.5%。试验材料的裂纹敏感率CSR在试验条件下均未超过0.5%,说明研究材料具有较强的抗HIC能力。1.4x80级erw焊接管调试结束此次X80级ERW焊管试制为国内首次采用国产X80级卷板进行焊接钢管的第一次尝试,焊管理化性能指标有待进一步提高。2b钢x80级卷板的螺旋焊管的试验2.1热卷板的解剖分析2.1.1强化材料强化X80级热轧卷板化学成分分析结果见表5。B钢厂X80钢Mn和Mo含量较高,钢材主要依靠这两种元素强化,并且钢中加入了一定量的强碳化物元素Nb、Ti、V,有效地促进了X80钢板的晶粒细化。2.1.2钢卷板微观组织的观察卷板的非金属夹杂物、晶粒度、带状组织测试结果满足技术协议要求。X80钢卷板微观组织照片见图1。在光学显微镜下观察发现,X80级钢板的微观组织主要是针状铁素体、珠光体以及M/A岛,其中针状铁素体数量较多,粒状贝氏体量较少,M/A岛十分细小。X80级钢板晶粒度为12级。2.1.3力学能力(1)材料体结构及分布沿卷板轧制方向的屈服强度、抗拉强度变化趋势见图2和图3。从图2可以看出,沿板母45°方向试样除5#数据点屈服强度值数据超标外,其余均满足技术协议要求,数据多分布在600～640MPa之间,且数据分布较为均匀。在各向异性方面,屈服强度、抗拉强度均呈现为:板母横向≥板母纵向≥板母45°方向。(2)剪切面积比较沿卷板轧制方向-20℃的夏比冲击试验冲击功分布趋势见图4,剪切面积均为100%。沿卷板轧制方向的冲击功变化不大,标准要求的卷板45°试样冲击功均满足标准要求。卷板45°方向夏比冲击试验韧脆转变曲线见图5,剪切面积85%的FATT为-60℃。(3)韧脆转变温度-15℃时DWTT落锤撕裂试验剪切面积均为100%,B钢厂试制的X80卷板韧脆转变温度较低,剪切面积85%的FATT在-60℃以下。2.2焊接工艺规范采用3种焊丝、7种焊剂进行正交试验,通过筛选,满足力学性能要求的有6种匹配,综合焊缝外观情况,选取最好的3种匹配。焊管试制选用的焊接工艺规范见表6。2003年2月用B钢厂X80级热轧卷板试制了ϕ610mm×7.9mm螺旋埋弧焊管,共计生产满足GB/T9711.2标准要求的螺旋埋弧焊管13根。2.3焊接效果分析2.3.1分析的弱化分别取管母和焊缝试样进行化学成分分析,分析结果见表7,焊管化学成分分析结果满足技术协议要求。2.3.2延长测试取管母横向、管母纵向、焊缝横向试样各3个进行拉伸试验,试验结果见表8,拉伸试验结果满足标准要求。2.3.3夏比冲击试验图6为管母横向、管母纵向、焊缝中心、热影响区夏比冲击试验韧脆转变曲线。从图中数据分析得出,夏比冲击试验85%剪切面积的FATT在-60℃以下。图7为管母横向的DWTT试验韧脆转变曲线,从图中数据分析得出,DWTT试验85%剪切面积的FATT在-40℃以下。2.3.4导向弯曲试验依据标准要求,导向弯曲试验取焊缝横向弯曲试样4个,分别进行面弯和背弯,弯轴直径为4t(t为公称壁厚),导向弯曲试验结果均满足标准要求。2.3.5硬度检测焊缝区域硬度检测结果为206～240HV10。2.3.6静水压爆炸试验(1)爆破压力比较屈服压力为17.71MPa,最高压力为19.32MPa,爆破压力为18.75MPa。管体换算强度值:屈服强度为683MPa,抗拉强度为746MPa,爆破点强度为723MPa。(2)延长寿命在试验管上每1000mm取一测点,测量试验管爆破前后的周长变化情况,爆破前后钢管周长值及周长伸长率如表9所示。(3)材料上的韧断试验失效起爆点位于母材,断口呈100%韧断,为正常失效破坏。爆破口尺寸为1900mm×200mm,爆破口最大周长为2075mm,爆破口形貌见图8。2.4理化性能检测宝鸡石油钢管有限责任公司采用B钢厂X80级热轧卷板生产的ϕ610mm×7.9mm螺旋埋弧焊管经检测,各项理化性能指标均满足X80项目的研制要求,焊管的外观质量和工艺尺寸满足API5L(42版)和GB/T9711.2要求,试制钢管可以用于输油管道建设工程。3u3000mm2004年,宝鸡石油钢管有限责任公司用A钢厂X80级热轧卷板试制了ϕ1016mm×17.5mm螺旋埋弧焊管,投料1炉,共计2卷,共生产满足API5L和GB/T9711.2标准焊管10根。此次试制卷板检验和焊管检验的各项指标,根据管道局最新提出的X80级卷板和焊管的相关标准执行,详见各数据表中的标准要求值。3.1试验结果分析A钢厂X80级17.5mm卷板的化学成分分析、拉伸、弯曲、硬度、断裂韧性检测结果分别见表10～表12,夏比冲击试验的韧脆转变曲线见图9,原材料显微组织见图10。3.2焊接效果分析3.2.1延长测试对投入的2个钢卷试制生产的10根钢管,沿卷板轧制方向对焊管的强度进行了测试,测试结果见表13,强度分布见图11。3.2.2夏比效果测试表14为生产检验的夏比冲击试验结果,图12为5#、10#钢管管母横向、管母纵向、焊缝中心、热影响区韧脆转变曲线。3.2.3dtl试验图13为5#、10#钢管DWTT试验管母横向、管母纵向韧脆转变曲线。3.2.4导向弯曲试验钢管上各取焊缝横向弯曲试样2个,分别进行面弯和背弯试验,弯曲试验结果合格。3.2.5硬度检测试制生产的钢管抽取5#、10#钢管进行硬度检测,硬度检测值在205～245HV10之间,显微组织照片见图14。3.2.6静水压爆炸试验(1)爆破压力比较屈服压力为24.39MPa,最高压力为26.83MPa,爆破压力为24.93MPa。管体换算强度值:屈服强度为708MPa,抗拉强度为779MPa,爆破点强度为724MPa。(2)失效破坏及对策试验失效起爆点位于焊缝附近,断口呈100%韧断,为正常失效破坏。爆破口尺寸为1910mm×345mm,爆破口最大周长为3767mm,爆破口形貌见图15。3.3理化性能指标和工艺尺寸经各项检验分析,此次采用A钢厂X80级热轧卷板试制生产的10根ϕ1016mm×17.5mm螺旋埋弧焊管各项理化性能指标和工艺尺寸数据均满足标准要求,这说明宝鸡石油钢管有限公司已具备了批量生产X80级厚壁大口径螺旋埋弧焊管的能力。4管道钢校核技术已具备5个主要技术指标(1)至今为止,宝鸡钢管公司已经顺利完成了三种规格X80级焊管的试制,且试制钢管向着大口径、厚壁焊管趋势发展;钢管实物质量水平均满足相关标准要求