[發明專利]一種X80彎管和管件用鋼的制備方法

有效

• 申請號: 201010199050.9
• 申請日: 2010-06-04
• 公開（公告）號: CN101880818A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 馮耀榮;劉迎來;牛靖
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: C22C38/06
• 分類號: C22C38/06;C22C38/14;C22C38/58;C22C38/50
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 謝小延

技術領域

本發明涉及一種強度級別達到X80、低溫韌性優良的彎管和管件用鋼的制備方法，適用于大口徑高壓輸氣管道工程干線和站場管線的連接。

背景技術

我國西氣東輸、西部、中俄、中亞等管道建設中，擬建設數十座壓氣站和數十座輸配氣站場及100座以上的閥室，需要大量站場鋼管、彎管和管件。站場極限溫度達到-30～-40℃，有的站場最低氣溫低于-46℃，厚度達到50-70mm。根據管道工藝設計要求，部分站場鋼管、彎管和管件需裸露在寒冷的外部環境下服役，對材料抗脆性起裂能力是一個嚴峻的挑戰。特別選用X80鋼級(屈服強度≥555MPa)，其屈服強度超過了目前低溫壓力容器鋼的最高鋼級水平(490MPa)，低溫脆斷的敏感性相對提高。目前的管件沖擊韌性只能達到-30℃平均夏比沖擊韌性不低于40J、最小值不低于30J的標準要求，而且穩定性差，特別是壁厚較大時更是如此，難于保障-30℃以下低溫環境管道安全性要求，迫切需要兼備高強度和優良低溫韌性的彎管和管件用鋼及制造工藝。

發明內容

本發明的目的是提供一種具備高強度、高韌性、良好焊接性能的X80鋼級管件，適用于-35～-50℃，厚度達到15-70mm，管徑508mm-1422mm，與油氣管道建設配套的彎管和管件產品，滿足重大油氣管道工程建設需求。

為了保證彎管和管件的強度、低溫韌性、焊接性，必須對其化學成分進行合理設計。為了使彎管和管件具有良好的工藝性能，綜合機械性能穩定，采用Mn-Nb-Mo合金體系，并在彎管和管件母管成分設計時確保材料淬透性達到設計要求，并對C當量進行合理控制。

本發明中的X80彎管和管件成分設計主要考慮以下幾個方面：一是采用低碳微合金鋼，在確保可焊性的情況下，C含量與干線管相比適當增加。二是填加Mo等強碳化物形成元素，提高材料淬透性。三是充分利用鋼中Ni的固溶強化和微合金化元素Nb、V、Ti等碳氮化物的沉淀強化，使原奧氏體晶粒保持細化，以保證鋼板在焊接、多次熱加工和淬火、回火熱處理后晶粒細小。

彎管和管件由于要進行熱加工，對焊縫性能有嚴格要求，所以必須對焊材及焊接工藝嚴格要求。通常焊接狀態焊縫金屬的低溫韌性依靠含Ti-B焊接金屬的細晶粒針狀鐵素體來達到。彎管和管件制造過程中，焊態組織由于進一步的變形和淬火熱處理而破壞，造成焊縫金屬韌性下降。為了改善熱處理后焊縫金屬的韌性，必須降低焊縫金屬中的氧含量，所以必須采用專們的焊接材料(低氧焊材)。同時，對焊接道次和熱輸入量進行嚴格控制，防止晶粒長大，為后續的熱加工準備好條件。

本發明所述的一種具有優良綜合性能的X80彎管和管件用鋼的制備方法，其要點如下：

(1)本發明的一種具有優良綜合性能的X80彎管和管件用鋼的質量百分比組成如下：

C：0.1～0.25％；Mn：1.3～2％；Si：0.3～0.5％；P≤0.010％；S≤0.005％，Al：0.01～0.05％；Ca?0.002-0.005％，N≤0.0008％，余量為Fe；在此基礎上還可添加質量百分比Nb：0.03～0.10％；Ti：0.02～0.06％；V：0.03～0.07％中的一種或兩種以上的合金元素；還可添加0.15～0.5％的Mo，0.15～1.5％的Ni，0.1～0.50％的Cr等合金元素。同時控制Mo/P≥10，以減小偏析和回火脆性。碳當量0.40-0.58％。具體成分根據厚度的不同可進行調整。

(2)上述材料經氧吹轉爐熔煉、煨Si-Ca絲對鋼中夾雜物進行球化處理，再轉入精煉爐脫S、P有害雜質，之后在真空爐脫O、N、H有害氣體，采用連續鑄造及連鑄過程中的電磁攪拌(減小偏析)制成厚板坯，加熱至1200℃，1000℃～1100℃粗軋，700℃～950℃精軋，軋后冷卻速度15℃～50℃/s，制成熱軋鋼板；鋼板經U-O成型(用壓力機將鋼板先壓制成U型、接著壓制成O型)，或J-C-O成型(首先用壓力機將鋼板邊部壓制成J型、接著壓制成U型、然后壓制成O型)，或R-B成型(鋼板滾壓彎曲成型)，然后進行直縫埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的細晶粒針狀鐵素體低氧含量材料，然后經0.5-1.5％擴徑，制成直縫埋弧焊接鋼管。

(3)經(2)工藝所得焊管經過930-1030℃感應加熱煨制成10-90°的彎管，同時在管子內外噴水冷卻，然后加熱至550-700℃、2小時回火，回火后水冷(減小回火脆性)。

(4)經(2)工藝所得焊管經過1000-1200℃加熱及多次熱機械成型制成管件，然后加熱至900-1030℃，保溫0.5-2小時、水淬，后加熱至550-700℃、2-3小時回火，回火后水冷(減小回火脆性)。

發明效果