宝钢HFW管线钢管的生产及研发.docx
《宝钢HFW管线钢管的生产及研发.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《宝钢HFW管线钢管的生产及研发.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
宝钢HFW管线钢管的生产及研发
宝钢HFW管线钢管的生产及研发
随着国际油气输送行业对降低建设成本的需求,人们对管线钢管因外径、壁厚及钢级的变化而带来的采购、运输及焊接成本的降低愈来愈关注,也加快了输送钢管向高钢级发展的步伐。
2005年,宝钢以德国SMSMEER公司的焊管制造技术为核心,配套建设了一套φ610mm(24in)HFW焊管生产线。
利用宝钢对管线钢制造研发的技术优势,经过了设备功能考核、负荷试车、工艺试验验证及批量生产制造过程,逐步掌握了HFW焊管从管线钢冶炼到制管的关键制造技术。
下面主要介绍宝钢在HFW管线钢管制造技术方面的进展。
1、管线钢管的一贯制设计与质量保证
宝钢HFW管线钢管生产采用的是从钢的冶炼、控制轧制、焊接制管及检验试验的全过程质量控制。
对用户产品的质量差异性要求及交付使用,采用合同单元来进行一贯制管理,为其产品质量与合同交付提供全过程保证。
宝钢HFW管线钢管的生产研发,充分利用了宝钢在热轧管线钢领域的技术优势。
宝钢2050热连轧机组建成以来,已逐步掌握了高强度、高韧性管线钢热轧卷板的微合金化成分设计、冶金工艺控制等关键性技术,形成了X系列铁素体+珠光体组织及针状铁素体组织管线钢的生产制造技术。
为了满足管线管对高强度、高韧性的要求,在HFW钢管用钢的制造过程中,采用了低碳、微合金细化晶粒及夹杂物控制技术,以保证高强度、高韧性管线钢的纯净度和性能稳定性。
同时为满足管线工程现场焊接性的需要,严格控制钢的碳当量(CEPcm)值。
如图1、图2所示,宝钢X60管线钢管中的有害元素S的质量分数均控制在0.010%以内,平均为0.0042%;CEPcm均控制在0.20%以内,平均为0.1352%,为HFW管线钢管获得良好且稳定的产品质量提供了保证。
同时,针对各工程用管线钢管在成分、性能及尺寸等方面的不同要求,建立以用户合同为单元的质量设计及工序控制体系,并从冶炼到钢管入库及发运等进行全过程工序控制及质量保障,满足了用户对产品个性化的需求。
图1X60管线钢管中S的质量分数
图2X60管线钢管中CEPcm的值
2、制管技术与质量保证
2.1、制管技术
宝钢HFW焊管成型机组采用世界中直径焊管的先进排辊成型技术,与SMSMEER优良的设备制造技术相结合,实现了带钢变形过程的良好控制。
其成型工艺如图3所示。
宝钢HFW焊管成型工艺特点为:
(1)所有排辊成型辊位采用计算机设定、调整及数据管理,建立不同钢级、规格产品的辊位数据库,并进行模拟优化,实现不同产品变形过程参数的准确、重复性管理及工艺优化,保证产品质量的一致性,并使更换规格时间比传统排辊机组缩短50%以上。
图3宝钢HFW成型工艺
(2)封闭孔型采用URD(uniformrigidityde2signstand)刚性机架设计(如图4所示),使调整在水平和垂直方向具有一致的刚性,保持在各方向调整的准确和一致性,获得几何形状良好的钢管。
经对所生产管线钢管管端圆度的测量和统计(如图5所示),钢管圆度尺寸较好地控制在0.9%以内。
(3)采用FEM模拟技术对成型变形过程进行分析优化,以获得成型过程尽可能小的应变,优化前后的成型等效塑性应变如图6所示。
工艺优化使成型稳定,进一步扩展了产品制造能力。
已成功实现了X60φ406.4mm×6.4mm(t/D=1.57%)薄壁管及X65φ457mm×19.1mm(t/D=4.18%)厚壁管的生产制造。
X65φ457mm×19.1mmHFW焊管实物照片如图7所示。
图4 URD刚性机架
图5钢管管端圆度
图6优化前后成型等效塑性应变图对比
图7X65φ457mm×19.1mmHFW焊管实物照片
2.2、焊接及热处理技术
2.2.1、高频焊接技术
HFW焊接过程是一个连续生产过程,焊接质量取决于焊接工艺及焊接过程的稳定性保障。
宝钢HFW管线钢管焊接采用基于IGBT功率模块的串联谐振式感应电源技术,并采取负载阻抗匹配等技术,保证了电源输出的稳定性,焊机最大焊接功率达1800kW。
焊接过程采用首检工艺保证,恒定速度过程控制及在线焊缝内、外缺陷检测技术,保证焊缝质量的一致性。
2.2.2、焊缝热处理技术
焊接后,配备了2组在线焊缝热处理装置,实现对焊缝在线全壁厚加热,改善焊缝组织和性能。
对不同钢级、不同规格和不同技术要求的产品实现在线工艺制度,可以根据产品进行N,Q+N等工艺,以控制和提高管线钢管的焊缝性能。
焊缝经热处理后的宏观形貌及组织照片如图8所示。
图8 HFW焊缝宏观形貌及微观组织
在-20℃条件下,取钢管标准试样(10mm×10mm×55mm),对X60HFW管线钢管焊缝进行冲击试验,试验结果统计如图9所示。
由图可见,X60管线钢管焊缝冲击功平均值达到209.3J,焊缝韧性得到改善。
满足了管线工程的规范及使用要求。
图9 X60HFW管线钢管焊缝冲击韧性统计结果
2.3、性能控制技术
在由钢板弯曲成钢管的变形过程中,由于存在加工硬化和包辛格效应的交互作用,材料性能的变化对最终产品性能将产生直接影响。
因而,掌握材料在不同变形条件下的性能变化,能有效地控制产品性能范围,满足管线钢管现场环焊缝强度匹配要求,保护环焊缝不被损坏。
X60HFW管线钢管的拉伸性能统计结果如图10所示,由图可见,对X60管线钢管,屈服强度波动值较好地控制在120MPa之内,抗拉强度波动值控制在100MPa之内,满足了陆地及部分海洋区域对管线钢管的需求。
2.4、产品质量的追溯与检验
2.4.1、产品追溯性
宝钢HFW产品实行全过程质量控制与识别,以保证出厂的每根钢管具有可追溯性。
宝钢HFW产品质量追溯流程如图11所示。
图10 X60HFW管线钢管拉伸性能统计结果
图11 宝钢HFW产品质量追溯流程图
2.4.2、水压试验与检验
为保证出厂的每根钢管的密实性,采用最大压力为65MPa的水压试验机,对进行水压的每根钢管进行管号识别及实绩记录,水压过程中对焊缝实行全程监控,以保证试验的可靠性和可追溯性。
2.4.3、焊缝探伤
HFW焊缝超声波探伤过程如图12所示。
对水压后的管线钢管的内、外焊缝逐根进行超声波探伤,对检验不合格的钢管分别进行再确认、改规及降级处理。
图12 HFW焊缝超声波探伤过程
3、主要业绩
宝钢HFW机组的主要管线业绩见表1。
表1 宝钢HFW机组的主要管线业绩
年度
钢级
规格/(mm×mm)
应用工程
2006
L360MB
φ273.1×5.2
张家港—宝山天然气输
送管线
X52
φ508.0×7.9
Pacangaspipeline,Texas USA
2007
L415MB
φ323.9×14.2
玛纳斯气田
L415MB
φ355.6×6.4
φ406.4×7.1
φ406.4×8.7
鲁皖二期成品油管道工
程
2008
X65
φ508.0×9.5
Pacangaspipeline,Texas USA
L415MB
φ457.0×7.1
克乌成品油管道复线
X65
φ273.1×11.1
锦州25-1N油田开发工
程(海底管线)
X65
φ559×17.5
中油海南堡1-3人工岛
地面工程(海底管线)
X70
φ406.4×7.9
Pipeline2467,Pakistan
随着对机组功能考核及完善,利用宝钢管线钢制造的技术优势,及时进行产品品种拓展和新产品研发,逐步掌握了X70及以下钢级管线钢管生产制造技术,形成了宝钢系列化的HFW管线钢管制造技术。
宝钢HFW管线钢管钢级构成如图13所示。
2008年,宝钢X60及以上钢级HFW管线钢管比例达到35%,具备了生产X70及以下钢级管线管的能力。
产品质量满足国内外管道工程的技术和使用要求。
图13 宝钢HFW管线钢管钢级构成图
4、结语
宝钢通过对HFW管线钢管的研发和生产,较全面地掌握了X系列管线钢管的微合金化成分设计、工艺控制、焊接制管及生产过程的质量保证等关键技术,形成了不同产品等级X系列管线钢成分性能、焊接制管工艺及生产质量控制技术,为进一步研发X80HFW管线钢管奠定了基础。
产品质量稳定,满足国内外管线工程的技术和使用要求。