[发明专利]一种X100钢级弯管和管件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种强度级别达到X100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℃，有的站场最低气温低于-46℃，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X100钢级(屈服强度≥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(490MPa)，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℃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℃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X100钢级弯管和管件，适用于-35～-50℃，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X100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X100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X100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≤0.010％；S≤0.005％，Al：0.015～0.05％；Ca 0.002-0.005％，N≤0.007％，并控制Al∶N≥2∶1，余量为Fe；或在此基础上可按质量百分比添加Nb：0.035～0.11％；Ti：0.02～0.06％；V：0.03～0.07％中的一种或两种以上的合金元素，并控制Nb+V+Ti≤0.15％；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≥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O、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℃，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(用压力机将钢板先压制成U型、接着压制成O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O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(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600-700℃、2-3小时回火，回火后水冷(减小回火脆性)。