[发明专利]利用形变强化生产高强度螺旋焊管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种利用形变强化生产高强度螺旋焊管的方法。

背景技术

油气输送用大口径高强度焊管主要有两种管型，一种是直缝埋弧焊管，一种是螺旋缝埋弧焊管。这两种焊管除了成型方式的不同外，其主要差异在于是否扩径。目前，直缝埋弧焊管一般均要进行冷扩径，而螺旋缝埋弧焊管不进行冷扩径。

冷扩径可以减少直缝埋弧焊管成型和焊接过程中的不均匀变形，降低成型和焊接引起的残余应力，并改善其分布状态，同时改善直缝埋弧焊管的管体和管端几何尺寸精度，使管体和管端的直径、圆度以及钢管两端的直径差等达到标准要求，便于现场焊接施工。冷扩径的另一个重要作用是通过形变强化可提高直缝埋弧焊管的整体力学性能，冷扩径对钢管的拉伸性能尤其是屈服强度影响显著，可提高钢管的屈服强度和抗拉强度，且前者较后者的增加值大。

对于高强度管线钢来说，通过增加贵重金属含量及优化合金组分、改进TMCP工艺来进一步提高其强度，会造成管线钢制造成本的大幅增加。对用于生产高强度螺旋缝埋弧焊管的热轧板卷来说尤其如此。大口径高强度螺旋缝埋弧焊管的试制和批量生产时遇到的主要问题之一是钢管屈服强度偏低，很大一部分钢管的屈服强度低于标准要求值。例如，在2007年西气东输二线工程用X80大口径螺旋缝埋弧焊管的试制和批量生产时遇到的主要问题即为相当数量钢管的屈服强度不合格。

如果大口径高强度螺旋缝埋弧焊管借鉴直缝埋弧焊管的生产方式，对螺旋缝埋弧焊管全长进行冷扩径，即在成型焊接后增加一个全长冷扩径工序，使钢管全长产生一定量的塑性变形，则可利用形变强化来提高螺旋缝埋弧焊管的强度。

其次，对螺旋缝埋弧焊管全长进行冷扩径，还可使钢管性能均匀一致。目前为了保证现场焊接质量，仅对大口径螺旋缝埋弧焊管管端扩径，扩径后管端性能变化，造成管端与管体性能不一致，且对管端不进行取样检验，易出现质量问题。

第三，利用形变强化来提高螺旋缝埋弧焊管的强度，可降低合金含量，减少贵重金属的消耗量，从而降低钢管制造成本。

第四，由于进行全长冷扩径后，螺旋缝埋弧焊管的生产工序与直缝埋弧焊管基本一致，则螺旋焊管与直缝焊管的化学成分可接近，这样同一工程就可减少合金系列，为制定现场焊接工艺以及施工带来便利，从而降低管道铺设成本。此外，这种利用形变强化生产高强度螺旋焊管的方法，还可提高螺旋焊管的尺寸精度、降低其成型及焊接残余应力(残余应力高也是螺旋焊管的主要缺点之一)。

由于目前为了保证现场焊接质量，大口径高强度螺旋缝埋弧焊管在生产过程中一般都要进行管端扩径，因此，对高强度螺旋缝埋弧焊管进行全长冷扩径，并不需要增加工序，仅会延长工序时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用形变强化原理生产高强度螺旋缝埋弧焊管的方法，同时通过控制变形量保证塑性、韧性不发生明显的下降。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用形变强化生产高强度螺旋焊管的方法，包括：

根据扩径前螺旋焊管的屈服强度和扩径后需要达到的目标屈服强度，建立屈服强度与扩径率的函数关系，所述函数关系如式(1)所示：

Tsa＝f(Tsb，Er)  (1)

式中，Tsa为螺旋焊管扩径后屈服强度，单位为MPa；Tsb为螺旋焊管扩径前原始屈服强度，单位为MPa；Er为扩径率，单位为％；

将所述螺旋焊管的原始屈服强度与设定的屈服强度阈值比较，得到屈服强度比较结果；

根据所述屈服强度比较结果与所述函数关系，确定所述扩径率；

按照确定的所述扩径率对所述螺旋焊管分段进行扩径获得成品。

进一步地，按照所述确定的扩径率分段进行扩径获得成品包括：

先通过扩径头上的光学系统和定位装置，确定所述螺旋焊管焊缝的具体位置；

再通过调节扩径头扇形模具上的刻槽位置，使扇形模具上的螺旋形刻槽与螺旋焊管的焊缝重合，以避免扩径时螺旋焊管的焊缝对扩径头造成伤害；

最后控制系统依据螺旋焊管焊缝螺旋角和钢管给进速度计算扩径头旋转速度，使扇形模具上的螺旋形刻槽在扩径过程中始终与螺旋焊管的焊缝吻合，对螺旋焊管分段进行扩径后获得成品。

进一步地，确定的所述扩径率的范围控制在0.3％-1.5％。

进一步地，所述扩径头的扇形模具上的刻槽为螺旋形刻槽，且所述螺旋形刻槽与螺旋焊管焊缝的螺旋角一致，进行扩径时，采用扩径头旋转，钢管直线给进，使扩径头上的刻槽和螺旋焊管焊缝重合后，对螺旋焊管分段进行扩径。