专利名称：一种x100钢级弯管和管件的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种强度级别达到XlOO钢级，韧性优良的弯管和管件的制备方法，弯 管和管件适用于大口径高压输气管道工程干线和站场管线的连接。
背景技术：
我国大口径高压输气管道建设中，压气站和输配气站场及阀室，需要大量站场钢 管、弯管和管件。站场极限温度达到-30 -40°C，有的站场最低气温低于-46°c，厚度达 到50-70mm。根据管道工艺设计要求，部分站场钢管、弯管和管件需裸露在寒冷的外部环 境下服役，对材料抗脆性起裂能力是一个严峻的挑战。特别选用XlOO钢级(屈服强度 彡690MPa)，其屈服强度超过了目前低温压力容器钢的最高钢级水平G90MPa)，低温脆断 的敏感性相对提高。目前我国还不能生产冲击韧性达到-30°C及以下温度平均夏比冲击 韧性不低于50J、最小值不低于40J的弯管和管件，特别是壁厚较大时更是如此，难于保 障-30°C以下低温环境管道安全性要求，迫切需要兼备高强度和优良低温韧性的弯管和管 件用钢及制造工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种具备高强度、高韧性、良好焊接性能的XlOO钢级弯管和 管件，适用于-35 -50°C，厚度达到15-70mm，管径508mm-1422mm，与油气管道建设配套的 弯管和管件产品，满足重大油气管道工程建设需求。为了保证弯管和管件的强度、低温韧性、焊接性，必须对其化学成分进行合理设 计。为了使弯管和管件具有良好的工艺性能，综合机械性能稳定，采用Mn-Nb-Mo合金体系， 并在弯管和管件母管成分设计时确保材料淬透性达到设计要求，并对C当量进行合理控 制。本发明中的XlOO弯管和管件成分设计主要考虑以下几个方面一是采用低碳微 合金钢，在确保可焊性的情况下，C含量与干线管相比适当增加。二是填加Mo等强碳化物 形成元素，提高材料淬透性。三是充分利用钢中Ni的固溶强化和微合金化元素Nb、V、Ti等 碳氮化物的沉淀强化，使原奥氏体晶粒保持细化，以保证钢板在焊接、多次热加工和淬火、 回火热处理后晶粒细小。弯管和管件由于要进行热加工，对焊缝性能有严格要求，所以必须对焊材及焊接 工艺严格要求。通常焊接状态焊缝金属的低温韧性依靠含Ti-B焊接金属的细晶粒针状铁 素体来达到。弯管和管件制造过程中，焊态组织由于进一步的变形和淬火热处理而破坏，造 成焊缝金属韧性下降。为了改善热处理后焊缝金属的韧性，必须降低焊缝金属中的氧含量， 所以必须采用专们的焊接材料(低氧焊材)。同时，对焊接道次和热输入量进行严格控制， 防止晶粒长大，为后续的热加工准备好条件。本发明的所述的一种具有优良综合性能的XlOO弯管和管件用钢及其制备方法， 其要点如下
(1)本发明的一种具有优良综合性能的XlOO弯管和管件用钢的质量百分比组成 如下C 0. 12 0. 20% ；Mn 1. 35 2% ；Si 0. 3 0. 5% ;P 彡 0. 010% ；S 彡 0. 005%, Al :0. 015 0. 05% ;Ca 0. 002-0. 005 %，N < 0. 007 %，并控制 Al N 彡 2 1，余量为 Fe ；或在此基础上可按质量百分比添加Nb 0. 035 ~ 0. ll%;Ti :0. 02 0. 06%;V :0. 03 0. 07%中的一种或两种以上的合金元素，并控制Nb+V+Ti ^O. 15% ；或可添加0. 18 0. 5% 的 Mo，0. 18 1. 5% 的 Ni，0. 18 0. 60% 的 Cr，0. 15 0. 25% 的 Cu，0. 001 0. 003% 的 B合金元素。同时控制Mo/P彡10，以减小偏析和回火脆性。碳当量0.42-0. 65%。具体成 分根据厚度的不同可进行调整。(2)上述材料经氧吹转炉熔炼、煨Si-Ca丝对钢中夹杂物进行球化处理，再转入精 炼炉脱S、P等有害杂质，之后在真空炉脱0、N、H等有害气体，采用连续铸造及连铸过程中 的电磁搅拌(减小偏析)制成厚板坯，加热至1200°C，1000°C 1100°C粗轧，700°C 950°C 精轧，轧后冷却速度20°C 50°C/s，制成热轧钢板。钢板经U-O成型(用压力机将钢板先 压制成U型、接着压制成0型)，或J-C-O成型(首先用压力机将钢板边部压制成J型、接 着压制成U型、然后压制成0型)，或R-B成型(钢板滚压弯曲成型)，然后进行直缝埋弧焊 接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0. 6-1. 5%扩径，制成直缝 埋弧焊接钢管。(3)经( 工艺所得焊管经过930-1030°C感应加热煨制成10-90°的弯管，同时在 管子内外喷水冷却，然后加热至600-700°C、2-3小时回火，回火后水冷(减小回火脆性)。(4)经( 工艺所得焊管经过1050-1200°C加热及多次热机械成型制成管件，然后 加热至900-1000°C，保温0. 5-2小时、水淬，后加热至600-700°C、2_3小时回火，回火后水冷 (减小回火脆性)。发明效果采用本发明可生产管径508mm-1422mm的XlOO弯管和管件，其中弯管壁 厚15-35mm，管件壁厚达到30-70mm，且兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，可满 足-35 -50°C现场焊接施工和油气输送要求，弯管和管件各个部位性能均勻。屈服强度 690-840Mpa，抗拉强度760_990Mpa，屈强比;^ 0. 93，伸长率彡25%, -35 _50°C的夏比冲 击韧性达到60-250J。
具体实施例方式实施例1 合金成分:C:0. 12% ；Mn 1. 68% ；Si 0. 36% ；P 0. 009% ；S 0. 003% ；Al 0. 03% ； Ca 0. 003% ；N 0. 007% ；Nb :0. 07% ；Ti :0. 03% ；Mo :0. 25% ；Ni :0. 30% ；Cr :0. 23% ；Cu
0. 17% ；B 0. 0015% ；余量为!^e和不可避免的杂质。碳当量0. 47%。制造工艺上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，采用连续 铸造及连铸过程中的电磁搅拌(减小偏析)制成约为250mm的厚板坯，加热至约1200°C， 1000°C 1100°C粗轧，700°C 950°C精轧，轧后冷却速度20°C 30°C /s，制成厚度约为 30mm热轧钢板。钢板再经J-C-O成型，采用多道次直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细 晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0. 8-1. 2 %扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。焊管经
4过930-1030°C感应加热煨制成90°的弯管，同时在管子内外强力喷水冷却，然后加热至 640士 15°C、2小时回火，回火后水冷。性能特点采用本发明生产的厚度约为30mm、管径1219mm的X90感应加热弯 管，兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，可满足-35 -50°C现场焊接施工和油气输送 要求，弯管各个部位性能均勻。屈服强度725Mpa，抗拉强度791Mpa，屈强比0. 92，伸长率 沘％，-46°C的夏比冲击韧性达到70-245J。实施例2:合金成分:C:0. 15% ；Mn 1. 69% ；Si 0. 37% ；P 0. 010% ；S 0. 004% ；Al 0. 03% ； Ca 0. 003% ；N 0. 007% ；Nb :0. 08% ；Ti :0. 04% ；Mo :0. 29% ；Ni :0. 51% ；Cr :0. 23% ；Cu
0. 25% ；B 0. 0025% ；余量为!^e和不可避免的杂质。碳当量0.56%。制造工艺上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，采用连续 铸造及连铸过程中的电磁搅拌(减小偏析)制成约为250mm的厚板坯，加热至约1200°C， 1000°C 1100°C粗轧，700°C 950°C精轧，轧后冷却速度25°C 35°C /s，制成厚度约为 52mm热轧钢板。钢板再经U-O成型，直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素 体低氧含量材料，然后经0.8-1. 2%扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。焊管经过1100-1200°C 加热及多次热机械成型制成三通，然后加热至960士 15°C，保温1.5小时、水淬，后加热至 650士 15°C、2. 5小时回火，回火后水冷。性能特点采用本发明生产的厚度约为52mm、管径1219X1219X 1219mm的X90 三通，兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，可满足-35 -50°C现场焊接施工和油气输送 要求，三通各个部位性能均勻。屈服强度719Mpa，抗拉强度782Mpa，屈强比0. 92，伸长率 27%，-46°C的夏比冲击韧性达到68-232J。实施例3 合金成分:C:0. 18% ；Mn 1. 73% ；Si 0. 39% ；P 0. 008% ；S 0. 005% ；Al 0. 04% ； Ca 0. 003 % ；N 0. 006 % ；Nb :0. 07 % ；Ti :0. 04 % ；V :0. 03 % ；Mo :0. 38 % ；Ni 0. 61 % ；Cr
0. 29% ；Cu 0. 19% ；B 0. 0027% ；余量为!^e和不可避免的杂质。碳当量0.63%。制造工艺上述材料经氧吹转炉熔炼、Ca处理，炉外精炼和真空脱气，采用连续 铸造及连铸过程中的电磁搅拌(减小偏析)制成约为250mm的厚板坯，加热至约1200°C， 1000°C 1100°C粗轧，700°C 950°C精轧，轧后冷却速度25°C 35°C /s，制成厚度约为 65mm热轧钢板。钢板再经J-C-O成型，直缝埋弧焊接，焊材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素 体低氧含量材料，然后经0. 8-1. 2%扩径，制成直缝埋弧焊接钢管。焊管经过1100-120(TC 加热及多次热机械成型制成三通，然后加热至950士 15°C，保温IOOmiru水淬，后加热至 660士 15°C、3小时回火，回火后水冷。性能特点采用本发明生产的厚度约为65mm、管径1219X1219X 1219mm的XlOO 三通，兼备高强度、良好低温韧性和焊接性，可满足-35 -50°C现场焊接施工和油气输送 要求，三通各个部位性能均勻。屈服强度706Mpa，抗拉强度788Mpa，屈强比0. 90，伸长率 洸％，-46°C的夏比冲击韧性达到66-2^J。
权利要求
1. 一种XlOO钢级弯管和管件的制备方法，其特征在于(1)XlOO弯管和管件用钢的质量百分比组成如下C 0. 12 0. 20% ；Mn 1. 35 2% ；Si 0. 3 0. 5% ;P 彡 0. 010% ；S 彡 0. 005%, Al 0.015 0. 05% ;Ca 0. 002-0. 005%, N ^ 0. 007%, Al N彡 2 1，余量为 Fe;或在上述 组分基础上按质量百分比添加Nb 0. 0；35 0. 11% ；Ti :0. 02 ~ 0. 06% ；V :0. 03 ~ 0. 07% 中的一种或两种以上的合金元素，Nb+V+Ti彡0. 15% ；或添加0. 18 0. 5%的Mo，0. 18 1.5%的 Ni，0. 18 0. 60%的 Cr，0. 15 0. 25%的 Cu，0. 001 0. 003%的 B 合金元素，控 制 Mo/P 彡 10，碳当量 0. 42-0. 65% ；(2)上述材料经氧吹转炉熔炼、煨Si-Ca丝对钢中夹杂物进行球化处理，再转入精炼炉 脱S、P杂质，之后在真空炉脱0、Ν、Η气体，采用连续铸造及连铸过程中的电磁搅拌制成厚板 坯，加热至1200°C，1000°C 1100°C粗轧，700°C 950°C精轧，轧后冷却速度20°C 50°C / s,制成热轧钢板；钢板经U-O成型，或J-C-O成型，或R-B成型，然后进行直缝埋弧焊接，焊 材采用含Ti-B的细晶粒针状铁素体低氧含量材料，然后经0. 6-1. 5%扩径，制成直缝埋弧 焊接钢管；(3)经( 工艺所得焊管经过930-1030°C感应加热煨制成10-90°的弯管，同时在管子 内外喷水冷却，然后加热至600-700°C、2-3小时回火，回火后水冷；(4)经( 工艺所得焊管经过1050-1200°C加热及多次热机械成型制成管件，然后加热 至900-1000°C，保温0. 5-2小时、水淬，后加热至600-700°C、2_3小时回火，回火后水冷。
全文摘要
本发明涉及一种X100钢级弯管和管件的制备方法；质量百分比由C0.12～0.20％、Mn1.35～2％、Si0.3～0.5％、P≤0.010％、S≤0.005％、Al0.015～0.05％、Ca0.002-0.005％、N≤0.007％，或添加Nb、Ti、V、Mo、Ni、Cr、Cu、B元素，余量为Fe组成；上述材料经熔炼、控轧空冷，制成热轧钢板；再经成型、直缝埋弧焊接，制成直缝埋弧焊接钢管；经感应加热煨制及热处理制成弯管，或经多次热机械成型制成管件；兼备高强度、良好低温韧性和焊接性。
文档编号F16L9/02GK102127698SQ20111004332
公开日2011年7月20日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者冯耀荣, 刘迎来, 牛靖 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油天然气集团公司管材研究所