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        HFW系列管線管的力學(xué)性能控制技術(shù)

        2022-06-30 07:27:28劉怡婷
        關(guān)鍵詞:鋼級鋼卷屈服

        劉怡婷

        上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院(上海 200062)

        國際油氣行業(yè)對管線鋼管的應(yīng)用擴(kuò)展以及對其低成本的關(guān)注,促進(jìn)了輸送用管線管的發(fā)展和研發(fā)。其中,高頻電阻焊(HFW)管線管由于力學(xué)性能優(yōu)、尺寸精度高、生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn),得到了較好的發(fā)展。

        HFW管線管通常采用熱軋鋼卷為原料進(jìn)行加工生產(chǎn),鋼卷彎曲變形成鋼管。由于存在加工硬化和包辛格效應(yīng)等的交互作用,不同鋼級及不同厚徑比的HFW管線管制管后,鋼管力學(xué)性能較鋼卷有所不同。因此,掌握不同鋼級及不同厚徑比的HFW管線管的力學(xué)性能變化規(guī)律,進(jìn)而得到鋼卷的力學(xué)性能要求及鋼卷生產(chǎn)工藝,才能生產(chǎn)出符合標(biāo)準(zhǔn)及用戶要求的HFW管線管。另外,如果材質(zhì)選用及強(qiáng)度選用不合適,會(huì)造成鋼管失效,對人員、環(huán)境等的損害極大,造成的損失無法估量。因此,必須研究清楚鋼卷、鋼管的力學(xué)性能變化,從而提供可安全服役的HFW管線。

        某鋼廠HFW610機(jī)組配置了世界上較先進(jìn)的無損探傷設(shè)備、高頻焊接設(shè)備、焊縫熱處理設(shè)備,是目前世界上裝備最先進(jìn)的中口徑直縫焊管機(jī)組之一,具有從煉鋼、鋼卷熱軋及HFW制管全流程生產(chǎn)能力及一貫制控制技術(shù),具備常規(guī)鋼級B~X70鋼級管線管的批量供貨能力。

        本研究考察了該鋼廠B,X42,X46及X52管線鋼級從鋼卷到鋼管的力學(xué)性能變化,形成了HFW焊管生產(chǎn)的力學(xué)性能控制技術(shù)。

        1 HFW制管過程中板管性能分析

        該鋼廠HFW焊管成型機(jī)組(如圖1所示)采用德國西馬克梅爾(SMS Meer)公司的制造設(shè)備及先進(jìn)的排輥成型技術(shù),具體組成包括夾送輥、彎邊輥、粗成型輥、線成型輥段、精成型機(jī)架、擠壓機(jī)架及熱處理后的定徑輥,可以實(shí)現(xiàn)對鋼卷變形過程的良好控制[1]。

        圖1 某鋼廠HFW焊管成型機(jī)組

        結(jié)合該鋼廠HFW機(jī)組的生產(chǎn)工藝技術(shù),選取了A,B,C,D4種材質(zhì)的管線鋼進(jìn)行了卷、管性能跟蹤,并對力學(xué)性能隨厚徑比的變化進(jìn)行了分析??紤]到鐵素體+珠光體組織管線鋼的抗拉強(qiáng)度一般不隨厚徑比變化等,僅對其制管前后的屈服強(qiáng)度差隨厚徑比的變化規(guī)律進(jìn)行了比對分析,其相關(guān)性結(jié)果如圖2所示。

        圖2 A,B,C,D材質(zhì)制管前后板管屈服強(qiáng)度差隨厚徑比的變化規(guī)律

        4種材質(zhì)的屈服強(qiáng)度分別平均為341,366,379及448 MPa,強(qiáng)度由低到高;低厚徑比時(shí),制管后的屈服強(qiáng)度較鋼卷的屈服強(qiáng)度下降較明顯,隨著厚徑比的增大,制管后的屈服強(qiáng)度較鋼卷的屈服強(qiáng)度上升較明顯;4種材質(zhì)的屈服強(qiáng)度變化與厚徑比呈現(xiàn)一定的差異性,板、管性能0差異點(diǎn)的厚徑比值分別為2.56,2.92,2.54及3.29。

        以上4種材質(zhì)呈現(xiàn)出的不同強(qiáng)度,為匹配B,X42,X46及X52管線鋼級及不同厚徑比奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

        2 不同鋼級和不同厚徑比的HFW管線管和材質(zhì)匹配

        在不同材質(zhì)管線鋼制管后的平均屈服強(qiáng)度基礎(chǔ)上,參考不同鋼級的強(qiáng)度余量(不同鋼級有強(qiáng)度重疊)及經(jīng)濟(jì)性,建立了B,X42,X46及X52鋼級和如上4種材質(zhì)的匹配關(guān)系,具體如表1所示。

        表1 不同鋼級強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)要求

        同時(shí),在不同材質(zhì)管線鋼制管前后屈服強(qiáng)度差隨不同厚徑比變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,分別找出不同材質(zhì)管線鋼制管前后性能趨于相同的厚徑比值,將其作為基點(diǎn),劃分出不同厚徑比范圍,建立了鋼卷的屈服強(qiáng)度控制目標(biāo),如表2所示。

        通過表1,表2的建立,確定了B,X42,X46及X52鋼級和4種材質(zhì)管線的匹配關(guān)系,并確定了不同鋼級對鋼卷屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度的控制要求,為后續(xù)鋼卷熱軋工藝的確定及優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

        表2 不同鋼級及不同厚徑比的鋼卷屈服強(qiáng)度控制目標(biāo)值

        3 鋼卷熱軋工藝的優(yōu)化控制

        基于表1及表2的數(shù)據(jù),結(jié)合該鋼廠從煉鋼、熱軋到制管的一貫制管理方式,并在前期基礎(chǔ)上,選取了其中一條熱軋產(chǎn)線對4種材質(zhì)熱軋工藝進(jìn)行了優(yōu)化,以達(dá)到不同材質(zhì)、不同鋼級、不同厚徑比的最優(yōu)匹配,具體見表3。由表3可知,B,X42,X46及X52鋼級及其對應(yīng)的4種材質(zhì)在板坯再加熱時(shí)的出爐溫度均為1 190℃;對鋼卷性能起關(guān)鍵作用的終軋溫度和卷曲溫度隨著厚徑比的不同略有差別。該做法的目的是獲得最佳鋼卷性能,從而獲得最佳鋼管性能(該鋼廠內(nèi)控對HFW制管后的鋼卷性能指標(biāo)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)及客戶要求,一般按要求的中值進(jìn)行控制)。

        表3 不同材質(zhì)、不同鋼級、不同厚徑比的鋼卷軋制工藝

        改進(jìn)熱軋工藝后的性能如表4所示,和表1的要求相比,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

        表4 改進(jìn)后的鋼管性能MPa

        4 取得的效果

        依照本研究得到的設(shè)計(jì)技術(shù),該鋼廠進(jìn)行HFW焊管產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),可以方便地選擇對應(yīng)的原材料制造方案。經(jīng)過生產(chǎn)過程驗(yàn)證,該設(shè)計(jì)技術(shù)可滿足不同項(xiàng)目對管線管性能的控制要求,尤其在有特定技術(shù)要求的管線管項(xiàng)目中具有優(yōu)勢。

        5 結(jié)語

        通過分析B,X42,X46及X52鋼級HFW管線制管過程的力學(xué)性能變化,結(jié)合管線管工程的個(gè)性化技術(shù)要求,建立了B,X42,X46及X52鋼級和不同材質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系,得到了不同材質(zhì)鋼卷強(qiáng)度的上下限,優(yōu)化了某熱軋機(jī)組的工藝控制要求,從而形成了不同規(guī)格、不同強(qiáng)度等級HFW管線管的力學(xué)性能控制技術(shù),保障了HFW管線管產(chǎn)品的性能。

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