X70 JCOE 大口徑直縫焊管機械擴徑工藝

根據國產TMCP微合金管線鋼板屈服強度Rt0.5變化較大的現狀,有針對性的對某廠X70管線鋼板采用了JCO+機械擴徑制造 工藝,獲得了對應屈服強度、搞拉強度、屈強比和沖擊韌性的變化曲線,分板了不同擴徑率下鋼管的力學性能變化規律和微觀組織對力學性能的作用機理,闡述了合理選擇擴徑工藝的實踐作法,半給出JCOE直縫埋弧焊管生產線X70管線鋼板建議驗收的下極限。
 
直縫埋弧焊管原料鋼板驗收條件一般都引用鋼管標準,因此對于鋼管制造企業來說鋼板的力學性能驗收存在一定的波動范圍。對于各個原材料供應廠家來說,既有不盡相同的碳當量、合金配比,又有不盡相同的軋制冷卻工藝,而制管生產過和中采用不同成型 工藝和不同擴徑率,加工硬化和包辛格效應也存在差異。這就需要管廠在分板鋼板成分與性能的基礎上,建立個性化的鋼管生產工藝,在保證鋼管質量的前提下降低生產成本。
 
1制管前后的材料性能試驗

1.1試驗材料
試驗所用材料為某鋼廠生產的屈服強度超過500Mpa和介于485-500Mpa的X70鋼級鋼板。
其主要化學成分為:
C 0.05
Si 0.09
Mn 1.54
P 0.009
S 0.002
Mo 0.179
Nb 0.05
V 0.00
Ti 0.007
 
1.2制管工藝
JCOE 成型過程基本上為純彎曲變形,鋼管內表面承受橫向壓縮變形,外表面承受橫向拉伸變形,而在擴徑過和中,整個管壁承受橫向拉伸變形。采用的合壁厚試樣壓平過程為純反變曲變形,鋼管內表面為拉伸變形,外表面為壓縮變形。因此,在制管完成后,鋼管可能會因為包辛格效應而引起屈服強度的下降。用不同強度的同鋼級X70鋼板生產直徑1016x21mm鋼管,有針對性的采用了相應的機械擴徑工藝
屈服強度Mpa 485-500 (>500)
銑邊后板寬mm 3083 (3087)
成型步長/步頻 15 (15)
擴徑率% 1.2 (1.0)
擴徑后周長 3195 (3193)
 
1.3試驗結果
制管前后主要力學性能的檢測結果表明,鋼板檢測屈服強度超過500Mpa,制管后性能出現了不合格項。
 
2 試驗結果分析
 
2.1JCOE制管工藝對鋼管性能的影響
對于人廠檢驗屈服強度平均值為490.1Mpa,抗拉強度平均值為587.5Mpa,抗拉強度平均值為616.25Mpa,屈服強度平均上升了8.9%(43.9 Mpa),抗拉強度平均上升了28.75 Mpa,屈強比介于0.82-0.90之間,平均值上升了0.031。該強度鋼板雖然采用了1.2%擴徑率后屈服強度和抗拉強度都得到了明顯提升,但是屈服強度仍存在風險點(482 Mpa,590 Mpa),安全性指標屈強比也大幅上升并接近驗收極限0.90(允許5%小于等于0.92)。為此,若要將原材料風險控制到最低水平,建議X70管線鋼板入廠檢驗屈服強度應控制在500 Mpa以上。
采用1.2%擴徑率的加工硬化作用遠大于預彎成型、擴徑及取樣壓平過程由于包辛格效應造成的屈服強度的下降,鋼管的沒影式強度比鋼板的強度要高,并且屈強比值 一般會上升高0.02-0.07。
 
對于入廠檢驗屈服強度平均值為550 Mpa,抗拉強度平均值為625.6 Mpa的鋼板,進行1.0%擴徑率制管取樣后,鋼管屈服強度平均值為535.6 Mpa,抗拉強度平均值為625.6 Mpa.屈服強度平均略微下降了約15 Mpa,抗拉強度幾乎沒有發生變化。其屈強比平均值由0.88下降為0.86。出現了一個風險點(505 Mpa,625 Mpa)。但也遠高于鋼管的驗收極限(485 Mpa,570 Mpa)。
 
在相同的溫度下(-20攝氏度),不同屈服強度的鋼板沖擊功均值有所不同屈服強度小于500 Mpa的鋼板,其沖擊功均值為324J;屈服強度大于500 Mpa的鋼板,其沖擊功殫值 為344J。制管后(-10攝氏度),屈服強度大于500 Mpa的鋼板,采用1.0%擴徑率,其母材沖擊功均值 為437J。屈服強度小于500 Mpa的鋼板,采用1.2%擴徑率,其母材沖擊功均值為404J,擴徑率由1.0%增大到1.2%,其母材沖擊功平均下么約33J。對制管前后韌性指標作對比,變化情況,對用不同擴徑率生產后的鋼管沖擊韌性做對比變化情況明顯。
 
2.2微觀組織對鋼管性能的影響
TMCP軋制工藝生產的X70管線鋼是微合金鋼,C含量只有0.05%?刂栖堉剖硅F素體晶粒得到了明顯的細化,晶粒細化既能提高強度,又能提高韌性。珠光體含量的減少導致強度的損失可以通過板出強化和位錯強化來彌補。
在光學顯微鏡下有效貝氏體晶粒心寸是無法測量的,這是由于在光學顯微鏡下大角度和小角度晶界均無法識別。因此,就必須借助暗場圖象對中夠 多的測試點進行電子衍射斑點的系統檢測。為了多邊鐵素體與貝氏體組織晶粒結構的透射電子顯微鏡(TEM)照片?梢钥闯鲐愂象w平均統計晶粒心寸則是貝氏體的若干倍。
 
另一個更重要的不兩同之處是:在貝氏體中存在著相當高的位錯密度。位錯密度的測量涉及到相當大的電鏡試驗費用,這是因為除了要統計位錯數量外,還要利用匯聚衍射光束來測量薄膜上許多點的厚度。貝氏體中存在著相當高的位錯密度,易于實現多滑移,這種組織使管線鋼具有邊續的屈服行為。
 
鋼板經JCO成型后,在1.2%擴徑率下,鋼管壓平拉伸試柆屈服強度的測試結果比板材的屈服強度高28 Mpa,這說明鋼管成型和擴徑過程中加工硬化作用大于壓平拉伸試樣的包辛格效應。
 
鋼板經JCO成型后,在1.0%擴徑率下,鋼管壓平拉伸試樣屈服強度的測試結果比板材的屈服強度下均下降了15 Mpa,這說明壓平拉伸試樣的包辛格效應大于鋼管成型和擴徑過程中加工硬化作用。
 
3結論
(1) 擴徑率應據原料板材的性能和化學成分進行個性化柔性選擇。
(2) 為了提高生產效率,制管廠應根據自已的設備工藝情況,制定鋼板力學性能的驗收條件。
(3) 對于JCO+機械擴徑的組合,X70鋼級鋼板驗收的最小屈服強度為500 Mpa。
(4) 對不同擴徑率下殘余應力進行測定,優選擴徑度。
河北龍馬鋼管制造股份有限公司
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