一种X90钢级弯管和管件的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种X90钢级弯管和管件的制备方法；弯管和管件用钢按质量百分比由C：0.11～0.25％、Mn：1.35～2％、Si：0.3～0.5％、P≤0.010％、S≤0.005％、Al：0.01～0.05％、Ca：0.002～0.005％、N≤0.008％，还可添加Nb、Ti、V、Mo、Ni、Cr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。

Method for preparing X90 steel grade bend pipe and pipe fittings

The invention relates to a preparation method of a X90 steel elbow pipe and fittings; bends and fittings steel according to the mass percentage is C:0.11 ~ 0.25%, Mn:1.35 ~ 2%, Si:0.3 ~ 0.5%, P = 0.010%, S = 0.005%, Al:0.01 ~ 0.05%, Ca:0.002 ~ 0.005%, N 0.008%, Nb, Ti, can also be added V, Mo, Ni, Cr elements, the rest is Fe; the material after melting and controlled rolling and cooling, made of hot rolled steel plate; then after molding, the longitudinal submerged arc welding, made of longitudinal submerged arc welding pipe; by induction heating baking and heat treatment made of pipe, or after several thermal mechanical forming pipe. Both high strength, good low temperature toughness and weldability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种强度级别达到X90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。
技术介绍
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X90钢级(屈服强度> 625MPa)， 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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具备高强度、高韧性、良好焊接性能的X90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。本专利技术中的X90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。本专利技术的一种具有优良综合性能的X90弯管和管件用钢及其制造方法，其要点如下(1)本专利技术的一种具有优良综合性能的X90弯管和管件用钢的质量百分比组成如下C 0. 11 0. 25% ；Mn 1. 35 2% ；Si 0. 3 0. 5% ;P 彡 0. 010% ；S 彡 0. 005%, Al :0. 01 0. 05% ;Ca 0. 002-0. 005 %, N ^ 0. 008 %, Al N彡 2 1，余量为 Fe;在此基础上还可添加质量百分比Nb 0. 035 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 ^ 0. 15% ；还可添加0. 15 0. 5%的Mo，0. 15 1.5%的附，0. 15 0.60%的Cr等合金元素。同时控制Mo/P彡10，以减小偏析和回火脆性。碳当量0.41-0. 62%。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580-700°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580_700°C、2_3小时回火，回火后水冷 (减小回火脆性)。专利技术效果采用本专利技术可生产管径508mm-1422mm的X90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625-775Mpa，抗拉强度 695-915 Mpa，屈强比< 0. 93，伸长率彡25%, -35 _50°C的夏比冲击韧性达至Ij 60-300J。具体实施例方式实施例1 合金成分:C:0. 11% ；Mn 1. 65% ；Si 0. 32% ；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. 33% ；Cr 0. 27% ；余量为狗和不可避免的杂质。碳当量0.46%。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 630士 15°C、2小时回火，回火后水冷。性能特点采用本专利技术生产的厚度约为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675Mpa，抗拉强度731Mpa，屈强比0. 92，伸长率四％，-46°C的夏比冲击韧性达到82-290J。实施例2:合金成分:C:0. 15% ；Mn 1. 63% ；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. 26% ；Ni 0. 57% ；Cr 0. 19% ；余量为!^e和不可避免的杂质。碳当量0.55%。制造工艺上本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种Ｘ９０钢级弯管和管件的制备方法，其特征在于：（１）Ｘ９０钢级弯管和管件用钢的质量百分比组成如下：Ｃ：０．１１～０．２５％；Ｍｎ：１．３５～２％；Ｓｉ：０．３～０．５％；Ｐ≤０．０１０％；Ｓ≤０．００５％，Ａｌ：０．０１～０．０５％；Ｃａ　０．００２－０．００５％，Ｎ≤０．００８％，Ａｌ∶Ｎ≥２∶１，余量为Ｆｅ；或在上述组分基础上按质量百分比添加Ｎｂ：０．０３５～０．１１％；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≤０．１５％；或添加０．１５～０．５％的Ｍｏ，０．１５～１．５％的Ｎｉ，０．１５～０．６０％的Ｃｒ合金元素；同时控制Ｍｏ／Ｐ≥１０，碳当量０．４１－０．６２％；（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有害杂质，之后在真空炉脱Ｏ、Ｎ、Ｈ有害气体，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℃，１０００℃～１１００℃粗轧，７００℃～９５０℃精轧，轧后冷却速度２０℃～５０℃／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（２）工艺所得焊管经过９３０－１０３０℃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５８０－７００℃、２－３小时回火，回火后水冷；（４）经（２）工艺所得焊管经过１０５０－１２００℃加热及多次热机械成型制成管件，然后加热至９００－１０００℃，保温０．５－２小时、水淬，后加热至５８０－７００℃、２－３小时回火，回火后水冷。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯耀荣，刘迎来，牛靖，
申请(专利权)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，
类型：发明
国别省市：11