φ1422X高鋼級大口徑長輸管道用熱煨彎管制造工藝

（四川石油天然氣建設工程有限責任公司，四川成都610000）

φ1422X高鋼級大口徑長輸管道用熱煨彎管制造工藝

石 昕

（四川石油天然氣建設工程有限責任公司，四川成都610000）

通過對φ1422mm、X80級彎管母管的成分設計、管體及焊縫的力學性能以及熱加工性能的研究，對比試制多個工藝參數，優化必選合理的推制和熱處理工藝參數，實現了彎管管體、焊縫力學性能和金相組織等性能匹配，試制出滿足CDP-S-OGP-PL-016-2014-3《油氣管道工程感應加熱彎管通用技術條件》要求的φ1422mm×25.7mm、X80大口徑長輸管道用熱煨彎管樣品，并通過了國家型式試驗認證。

熱煨彎管；大口徑長輸管理；X80；焊縫

0 前言

隨著我國經濟發展對油氣需求的日益增加，大口徑、高鋼級油氣輸送管線建設也隨之快速發展[1]。φ1 422 mm較φ1 219 mm可有效增加天然氣輸送量，節省管道建設工程量，節約鋼管采購量，提高了管道的耐壓能力和安全性[2]。因此φ1 422、X80大管道已成為未來油氣長輸管道的發展趨勢，中俄東線管道工程設計采用該規格彎管，φ1 422、X80熱煨彎管制造技術的研發就顯得尤為重要，該彎管的研制成功為未來中俄管道等工程配套彎管的大批量應用提供了技術儲備和參考。

1 原材料分析

試制選用φ1 422 mm×25.7 mm、X80雙面埋弧直縫焊管（SAWL），采用HP SpectMax直讀光譜儀，依據標準GB/T 4336-2002[3]分別對所取鋼管進行化學成分復驗分析。化學分析結果均符合CDP-S-OGPPL-017-2014-3[4]《油氣管道工程感應加熱彎管母管通用技術條件》技術規格書要求，結果如表1所示。

切取部分管體，制備金相試塊，用4%硝酸酒精對其進行侵蝕，在MEF3A金相顯微鏡和圖像分析系統下觀察其顯微組織，如圖1所示。由圖1可知，φ1 422 mm×25.7 mm X80鋼管組織為B粒+PF+P，即多邊形鐵素體和貝氏體均勻分布，粒狀貝氏體彌散分布其中，鋼管晶粒度為12級。

表1 φ1 420 mm×25.7 mm X80母管化學成分 %

圖1 母管顯微組織B粒+PF+P

依照ASTM A370-2014[5]對φ1422mm×25.7mm母管進行力學性能復驗。制取直徑為12.5 mm和原始標距長度為50 mm的棒狀試樣，焊縫接頭選用寬度為38 mm的全尺寸板狀試樣（焊縫區去余高），棒狀和板狀試樣分別在UTM5305電子萬能試驗機和SHT4106電液伺服萬能試驗機上進行拉伸試驗。夏比V型缺口沖擊試樣尺寸10mm×10 mm×55 mm，在0℃下JB-500B沖擊試驗機上進行。力學性能如表2和表3所示。結果均符合CDP-S-OGP-PL-017-2014-3技術規格書要求。

表2 X80母管的拉伸性能試驗結果

表3 X80母管的夏比沖擊試驗結果（溫度-20℃）

2 熱模擬工藝試制

因φ1 422 mm、X80彎管成本較高，特進行熱模擬試制，即采用與彎管試制工藝相同的參數，包括推制溫度、速度、冷卻水流量和熱處理溫度等參數，通過試驗對比，驗證制定的工藝參數能否得到良好的理化性能，制定的3種不同工藝參數如表4所示。

表4 D1420 X80熱模擬推制及熱處理工藝參數

3 不同工藝的對比

M1試段和M2試段僅推制溫度不同，均未進行熱處理；而M3采用與M2相同的推制工藝，同時進行了回火熱處理。圖2為φ1422mm×25.7 mm X80鋼管依照3種不同工藝參數得到的管體的顯微組織。M1工藝得到的管體組織為B、8級（見圖2），M2工藝得到的管體組織為B、8.5級（見圖3），M3工藝得到的管體組織為B+F+P、9.5級（見圖4）。

圖2 M1管體B

對比M1和M2可知，加熱溫度的提高對組織變化不大，晶粒度略微得到提高，但經過M3回火熱處理后，晶粒度有了較大提高，且析出少量珠光體和鐵素體，對管體的強度降低和韌性的提高有所幫助，同時晶粒度的提高有利于提高強度和韌性。綜合考慮，第三種工藝得到的金相組織較好，有利于得到良好的力學性能。

圖3 M2管體B

圖4 M3管體B+F+P

按照ASTM A370-2014標準對3種不同工藝的管體進行力學性能測試，其結果見表5。由表5可知，M1的拉伸性能偏低，屈服強度低于標準值要求的下限值555 MPa；M2的拉伸性能較高，但沖擊性能較差，低于標準要求的最小平均值90 J；而M3工藝經過提高推制溫度和進行回火熱處理，分別改善了拉伸性能，提高了沖擊韌性，使得其力學性能均滿足CDP-S-OGP-PL-016-2014-3標準要求[6]。

表5 φ1 422 mm×25.7 mm X80熱模擬不同工藝方法力學性能檢驗

4 彎管試制即型式試驗認證

4.1 彎管試制工藝參數確定

通過分析熱模擬試驗結果，確定φ1422 mm×25.7mm X80采用M3類似工藝進行彎管試制。按照CDP-S-OGP-PL-016-2014-3標準進行試制，由國家石油管材質量監督檢驗中心進行型式試驗認證，小批量試制5只，分別進行外觀檢測、幾何尺寸檢查、無損檢測和表面硬度檢測，抽取其中1只進行力學性能檢測，并在其他4只中抽取1只進行爆破試驗檢測，彎管工藝參數如表6所示。彎管推制過程如圖5所示。

表6 φ1 422 mm×25.7 mm X80彎管推制及熱處理工藝參數

圖5 彎管推制過程

4.2 彎管力學性能試驗

按照CDP-S-OGP-PL-016-2014-3的取樣要求即圖6和表7規定進行取樣。

圖6 力學性能和金相檢驗試樣取樣位置及取向

4.3 彎管力學試驗結果

試制彎管按照技術規格書要求的試驗方法進行拉伸性能、沖擊及金相試驗，所有試驗結果均符合技術規格書要求，如表8所示。

表7 試驗項目及試樣取樣位置

表8 彎管力學試驗結果

4.4 彎管維氏硬度

對熱煨彎管管體和焊縫進行取樣，研磨拋光試樣后，按圖7和圖8所示測試點做10 kg載荷維氏硬度試驗[7]，管體和焊縫硬度試驗結果分別如表9和表10所示，標準要求均為小于等于300 HV。

圖7 管體維氏硬度測試點

圖8 焊縫接頭維氏硬度測試點

4.5 焊縫導向彎曲性能

在彎管直管段和彎曲區垂直焊縫取面彎、背彎試樣進行導向彎曲試驗，彎軸直徑為10t（t為試件厚度），彎曲角度180°，彎曲試驗結果如表11所示。標準中要求不完全斷裂，在焊縫金屬不應出現長度大于3.2 mm，且不考慮深度大小的裂紋或破裂，或在母材、HAZ或熔合線上不應出現任何長度大于3.2 mm或深度大于規定壁厚12.5%的裂紋和破裂。由表11可知，無論面彎或背彎均無裂紋，符合CDPS-OGP-PL-016-2014-3標準要求。

表9 管體維氏硬度值

表10 焊縫接頭位置維氏硬度值

表11 彎曲試驗結果

4.6 金相組織

局部加熱后熱煨彎管直管段及彎管段焊縫進行橫向截面低倍檢查，如圖9所示。

圖9 低倍宏觀金相檢查

對彎曲區各部位晶粒度、組織及夾雜物等級等進行評定[8]，對埋弧焊縫中心、熱影響區僅進行金相組織和晶粒度檢查，結果如表12所示，金相組織和晶粒度滿足CDP-S-OGP-PL-016-2014-3標準要求。

4.7 彎管爆破試驗結果

抽取1只彎管進行爆破試驗，先在彎管兩端焊接WFHY555鋼級球形封頭，如圖11所示，在打底填充焊接后進行爆破試驗，采用HY-WLF-30K-W水壓爆破試驗系統在爆破試驗池中進行，試樣分別在16.7 MPa（理論屈服壓力）和18.8 MPa（理論爆破壓力）靜水壓試驗壓力條件下保壓10 min，未發生泄漏，繼續加壓至25.6MPa時，試驗曲線如圖12所示。管體爆破失效，爆破位置為彎管外弧側，如圖13所示，試驗結束，試驗結果符合CDP-S-OGP-PL-016-2014-3技術規格書要求。

5 結論

（1）通過試驗成功研制了φ1422mm×25.7 mm、X80大口徑長輸管道用熱煨彎管，通過了國家型式試驗認證，試制的彎管各部位的管體及焊縫各項指標均滿足CDP-S-OGP-PL-016-2014-3技術規格書要求，為未來中俄管道、土庫曼外輸等工程彎管的大批量應用提供了技術儲備和參考。

表12 金相檢驗結果

圖10 微觀金相組織檢查

圖11 爆破試驗試樣制備

圖12 爆破試驗靜水壓壓力-時間曲線

（2）創新熱模擬試驗方式，掌握了鋼管的加熱性能，為彎管工藝參數的制定提供了試驗依據，試驗數據可靠，并且節省成本。

（3）φ1422mm、X80彎管的性能與制造熱處理工藝參數的關系密不可分，選擇合適的工藝參數是成功試制的關鍵。

圖13 爆破后斷口形貌

[1]辛希賢.管線鋼的焊接[M].陜西：陜西科學技術出版社，1994.

[2]高慧臨.管線鋼組織、性能、焊接行為[M].陜西：陜西科學技術出版社，1994.

[3]GB/T 4336-2002，碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發射光譜分析方法（常規法）[S].2002.

[4]CDP-S-OGP-PL-017-2014-3，油氣管道工程用感應加熱彎管母管技術規格書[S].2014.

[5]ASTM A370-2016.鋼制品機械測試的標準試驗方法和定義[S].2016.

[6]CDP-S-OGP-PL-016-2014-3.油氣管道工程用感應加熱彎管技術規格書[EB/OL].http://www.doc88.com/p-95026 07587621.html.

[7]孔祥磊，黃國建，黃明浩，等.X80管線鋼連續冷卻相變研究[J].金屬熱處理，2010，35（09）：66-70.

[8]張小立.X80高鋼級管線鋼組織圖譜[J].中原工學院學報，2010，21（04）：4-10.

Hotbendpipe bendingprocessfor φ1422 X80 highgrade large diameterlong distancepipeline

SHI Xin
（Sichuan Petroleum and Natural Gas Construction Engineering Co.，Ltd.，Chengdu 610000，China）

Based on the φ1 422 mm diameter and X80 bend pipe composition design，pipe body and weld mechanical property and thermal processing performance research，several process parameters optimization of comparative trial，the optimization required reasonable push system and heat treatment process parameter，the matching of bending pipe body and weld mechanical properties and microstructure properties was realized.Produced the φ1 422 mm×25.7 mm，X80 large diameter pipeline with hot bending bend samples that meet"CDPS-OGP-PL-016-2014-3"general technical condition of oil and gas pipeline engineering induction heating bend requirements，and passed the national type test certification.

hot bend pipe；large diameter and long distance transportation management；X80；welding seam

TG457.6

B

1001-2303（2017）09-0050-07

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.09.11

本文參考文獻引用格式：石昕.φ1422 X80高鋼級大口徑長輸管道用熱煨彎管制造工藝[J].電焊機，2017，47（09）：50-56.

2017-08-22

石 昕（1969—），男，高級工程師，博士，主要從事國內外石油天然氣地面工程建設的研究工作。E-mail：shixin_sc@cnpc.com.cn。