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 摘要:為滿足西氣東輸二線及其他國内外重大管線建設用高鋼級、大直徑三通産品的需 求,特進行了 X80級DN 1200mm高鋼級大規格等徑異徑三通這一新産品的研發。重點介 紹了該新産品的性能參數,并對其理化性能、成型工藝及性能測試進行了研究,掌握了這一 産品的關鍵制造技術,從而能夠進行批量生産。

 
關鍵詞:X80;三通;理化性能
 
o前言
 
随着國内外油氣能源建設的蓬勃發展,油氣 管道作為其輸送大動脈,面臨着巨大機遇與挑 戰,因此,對鋼管及管路配件的質量與性能要求 也将有很大程度的提高。國内外管線建設不斷地 向高鋼級、厚壁、大直徑的方向發展,且管線運 行壓力也在逐步提高,如西氣東輸二線管道工程 219 mm管線的設計壓力已達到了 12 MPa,川 氣東送、陝京三線、中國一烏茲别克斯坦、中 國一土庫曼斯坦等國内外重大管線工程的輸送壓 力也已達10 MPa。鑒于這一現狀,對X80級DN
1 200 mm大規格等徑異徑三通這一新産品的設計、 開發,顯得尤為重要。
 
1産品介紹
 
X80級DN 1200 mm高鋼級大規格等徑異徑 三通主要作為石油、天然氣及其他介質的輸送管 道的附件,用于管道分支、變向、變徑等。該産 品可适
 
DN 1200mm等系列規格的産品。
 
該類産品抗震性好、強度韌性高、可焊接性 強、性能穩定可靠,使用壽命長,而且各項性能指 标均達到或優于《油氣輸送管道工程用DN 400mm 及以上管件技術條件》(Q/SY GJX 106-2009)、 MSSSP-75—2004、GB/T 13401—2005 等相關标準 的要求,處于國際領先水平,填補了國内空白, 可滿足國内外重大管線工程的需求。
 
2産品理化性能研究
 
2.1鋼闆的化學成分研究
 
為滿足X80級DN 1200 mm高鋼級大規格 等徑異徑三通這一産品的各項性能指标要求,選 擇理想的原材料進行産品試制研究,首先在X70 及以下鋼級的化學成分的基礎上,對不同成分的 鋼材進行對比分析及小塊熱模拟試驗,從而初步 确定了 X80鋼級的化學成分。表1是初步選擇 的不同鋼廠鋼闆的化學成分。
表1各鋼廠的鋼闆化學成分 % '
鋼廠及  闆材 w(C) i^(Mn) M;(Cr) w(N\) 濃(v) w(Nb) CE
A鋼廠 (X80) 0.07 1.74 0.12 0.15 0.2 0.05 0.05 0.437
B鋼廠 (K70) 0.05 1.85 0.3 0.17 0.2 0,02 0.09 0.47
C鋼廠 (X80) 0.09 1.51 0.06 0.22 0.17 0.06 0.06 0.42
 
注:K70為俄羅斯管線鋼牌号,相當于X80。
研究過程中,分别從以上三家鋼廠鋼闆取 樣,試樣尺寸都為300mmx200mmx44mm,然後 在工藝基本不變的情況下,進行了(1000±20)$ 淬火+(600±20)!€回火的熱處理試驗。試驗結果 及改進方向見表2和表3。
表2不同成分鋼材對應的試驗結果
鋼廠及  闆材 屈服強度/ MPa 抗拉強度/ MPa -35 T,V形缺 口沖擊功/J 硬度  (HVl0)
A鋼廠 (X80) 580-610 650 700 50-120 180250
B鋼廠 (K70) 530 -570 600645 35-80 150-230
C鋼廠 (X80) 560-580 640 670 10-35 200-280
 
表3不成分鋼材的改進方向
jV '  鋼廠 試驗存在 問題 化學成分 調整方向 1  目的
A鋼廠 強度、韌性較理想 提高Mo的 進一步
(X80) 有待進一步改進 含量 穩定性能
B鋼廠 (K70) 強度偏低 适今提高C 含量 提高強度
* C鋼廠 (X80) 韌性較差 降低C的含量,适 當提高Mn的含量 增強韌性
 
通過對鋼闆化學成分分析,我們掌握了 C, Mn, Cr, Mo, Ni, Cu, V等化學成分對管件成 型工藝和熱處理工藝的影響。為了提高原材料性 能及産品質量的穩定性,對X80鋼的化學成分 進行了進一步的規範要求,從而确定了理想成分 的鋼材,表4為X80鋼化學成分理想目标值。
表4 X80鋼化學成分理想目标值
«KC) «;(Mn) w(Cr) u;(Ni) w(\) w(Nb) CE
0.06- 1.6- 0.1- 0.15- 0.18- 0.05- 0.045 0.44-
0.08 1.7 0.12 0.2 0.2 0.06 0.05 0.45  ...-
 
2.2焊縫焊接工藝研究
 
X80級DN 1 200 mm高鋼級大規格等徑異徑 三通主要采用鋼闆卷制、焊接、成型等工藝進行 制造。焊縫的焊接質量在很大程度上決定了産品 的整體質量與性能,而焊縫質量指标中,最大的 技術難點是如何在保證焊縫強度的前提下,提高 焊縫的韌性。
 
為提高焊縫的性能及其穩定性和焊接速度, 在産品研究試制過程中,首先選擇質優且性能相 對穩定的焊材(由M廠、N廠家所生産),并以 埋弧自動焊接工藝作為主要研究分析目标,然後 通過不斷調整焊接電流、電壓及速度等參數,進 行了多次的焊接及焊後熱處理試驗,最終掌握并 确定了用于管件的X80鋼的焊接工藝,具體工 藝及試驗結果見表5~表9。
表S X80鋼管件焊縫沖擊韌性試驗結果
試樣編号 取樣位置 35^, V形缺口沖擊功/J
1# 焊縫 95, 120, 95, 105, 100, 60
2# 熱影響區 75, 145, 90, 80, 220, 115
 
注:該試驗結果對應表6中焊接工藝,焊後進行(1000± 20作淬火+(600 ±20) t回火熱處理。
從以上試驗數據可看出,各項結果全部合 格,強度、韌性、硬度等均滿足相關标準的要 求,最終選擇A鋼廠提供的鋼闆作為X80級 DN1 200 mm高鋼級大規格等徑異徑三通的原材 料,并确定了熱處理工藝。
 
3産品成型工藝研究
 
在三通成型過程中,工件要經過多次加熱和 壓制,因此加熱溫度及操作速度的控制,對三通
的成型起着關鍵作用。加熱溫度過高容易造成母 材晶粒長大,影響三通母材和焊縫的韌性,甚至 造成過熱和過燒;加熱溫度過低會造成三通壓制 成型困難;而操作速度過慢則導緻工件溫度大幅 降低,影響三通凸台壓制和支口拔孔效率。
 
在X70鋼三通成型工藝的基礎上,對X80 級DN 1 200 mm等徑異徑三通的成型工藝進行 了細化完善,具體措施如下。
 
3.1加熱溫度的控制
 
采用自動控溫天然氣爐來對工件進行加熱, 加熱溫度及時間采用程序化自動控制,加熱溫 度控制在以上100 X:以内,溫度誤差控制 在tlOT,保證晶粒不會過分粗大,确保了工件 性能穩定性。
 
除此之外,我們還對加熱爐的結構進行了改 進,合理布置燒嘴的位置,并将爐内燒嘴改為平 面型燒嘴,有效地減少了火焰的長度,提高了爐 内溫度的均勻性,從而确保工件不會過熱或過燒。 3.2工件冷卻時間、水冷深度控制
 
三通凸台壓制成型過程中,需要對三通支口 相對側先進行水冷,防止起皺并确保将多餘金屬 全部擠壓到三通支口側,使肩部補強區域能夠有 效增厚,因此,在淬水冷卻過程中需要嚴格控制 水冷時間和水冷深度。
 
水冷時間過長會造成三通支口側,即不需水 冷的部位溫度下降較多,金屬流動性能變差,影 響三通凸台的壓制成型;水冷時間過短,則造成 受冷卻部位不能完全徹底冷卻,壓制凸台時容易 造成起皺現象。
 
冷卻深度(部位)則是另一關鍵影響因素。冷 卻部分過少,容易造成起皺現象;冷卻部分過多, 則造成每次壓制量減小,壓制次數增加,工件反 複受熱次數增加,性能變差,降低了生産效率,
 
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