JFE管线用高性能ERW钢管简介

LIU1018

JFE管线用高性能ERW钢管简介

　　 文章发表时间：2007-09-11
　　一、前言
　　近年管线的需求兴旺，油、气开采和输送的环境日益严峻，特别是以UOE钢管为代表的大径管，为适应环境而提出对强度、韧性和耐蚀性等高品质化的要求甚为显著。同时，管线用电焊钢管（ERW）钢管的坯料生产技术和钢管生产技术亦在快速进步，以其高生产效率的优势正在取代UOE钢管和无缝钢管以用于管线。
　　JFE知多厂的26英寸中径电焊钢管轧机是世界上唯一能生产外径达26英寸电焊钢管的轧机。于是发挥其优势以便进入UOE钢管市场为目的，进行了钢管生产设备改造和提高焊接部件质量的技术改进，并建立了完善的质量保证体制。
　　二、厚壁管生产技术的开发
　　26英寸中径电焊钢管轧机，按API5LX56标准将可生产钢管的壁厚由20．6mm扩大到25．6mm为目标进行了设备改进，使产品范围大幅增大。主要代表性品种在原来的Ф323．9mm×12．75mm、Ф355．6mm
　　×24mm、Ф406．4mm×16mm、Ф457．2mm×18mm、Ф473．1mm×18．63mm和Ф508mm×20mm六大类基础上，新增Ф558mm×22mm、Ф609．6mm×24mm和Ф660．4mm×26mm三大类，增幅达50％。
　　本轧机的设计能力为生产
　　X42标准，外径为12～26英寸，壁厚最大为16mm，过去经过多次改造，品种已有所扩大，通过这次改造，使一般强度指数增大到原来的3．3倍。为了节约投资，通过精心设计和JFE钢铁自行施工，终于顺利地达到了预定目标。主要改造内容如下：
　　（1）轧机压下系统增强
　　在研究此项课题时，首先根据JFE钢铁集团以前进行的研究及已证实的成型负荷预测式和实测负荷测定值，对最大壁厚25．4mm时的成型荷重进行了预测。其次，按成型荷重增加后对压下起重装置等设备部件的变位用FEM解析等推定，并通过实际的变位测定证明是合适的。接着，再从以前算出的成型荷重预测值推定目标允许荷重以用于增强设计。
　　（2）轧机驱动系统增强
　　关于轧机驱动系统方面，鉴于原设计生产线的速度有余力的条件，故采取了降低减速机速比以提高扭矩的改造方向。主轴驱动电机的负荷电流实测后，按成型预测荷重并考虑电机的热容量进行设计后，又通过连续负荷预测验证后，决定了最终的增强设计。
　　（3）运送、精整设备增强
　　关于精整运送设备方面，为适应钢管单重增加，主对制动器、驱动辊和升降设备的能力增强，对运送中的冲击缓和功能亦进行了增强。
　　关于水压试验机，过去的水耐力仅为6．9MN，对于高强度大径厚壁钢管的95％都难以用SMYS进行试验。在这次改造中，将它的主汽缸等增强使最大耐力扩大到9．8MN，从而保证了扩大后大尺寸焊管的水压试验。
　　三、厚壁管线焊接质量稳定化的技术开发
　　（1）厚壁管生产时的成型稳定化
　　如上所述的成型设备增强后，外径26英寸、壁厚25．4mm的钢管成型时，挤压成型机壁侧辊的成型荷重将接近设备设计上限的350t。这样由于部分设备的制约，致使焊接部的合理成型设计难以选择，保证焊接质量稳定成型亟待解决的课题。于是，为了减轻特定设备成型负荷以分散至全设备，对各成型机架的设定作了调整，从而保证了负荷的平衡。另外，为提高管坯用板卷边缘的形状稳定性，以增大对它的约束力为目的，对各种成型导向辊的形状作了最适化改进，终于成功地抑制了在焊前的成型变动。
　　上述改进措施使壁厚25．4mm焊管的挤压成型机架的成型荷重比常规减少了10％，从它对焊接变动的关系密切出发，通过加强检测和存放数据库等以形成管理系统，终于保证了质量稳定化提高。
　　（2）厚壁管的焊接部韧性
　　作为电焊钢管提高其焊缝质量的工艺，乃焊缝热处理，即从焊前的两块侧用感应加热对焊接部加热和回火以改善焊接部组织。但是管壁加厚以后，当加热到管内侧达标时，外侧则有过热的危险。经用对焊接部韧性最严格的试验方法CTOD试验后，果然发现管外侧由于过加热而产生的外表层组织粗大化和焊接部韧性的明显劣化。
　　为抑止上述管外侧过加热为目的，采取了特制的测试管理用测温计，从过去的只对外表面平均温度测定方式变更为走查型的对尖峰温度度的管理测定方式。经对比试验证实，用过去的放射式测温计时，对外表温度和CTOD值的相关性很不明确；改用走查式测温计后，则随外表面的温度上升而CTOD值呈明显的恶化倾向。
　　通过采用走查式测温计，实现了适当而严格的温度管理，从而使焊接部的CTOD值大幅改善。由此，在电焊钢管方面，首次接受了附有焊接部CTOD技术资料的钢管订货（API5LX65，外径24英寸，壁厚19．1mm），现已用于成批生产。
　　四、厚壁电焊钢管的质量特性
　　2003年4月改造工程完工后并试制新管成功，从5月起，开始了壁厚25．4mm电焊钢管的批量生产。经对焊接部、母材部进行抗拉试验和恰贝冲击试验的结果均符合API标准，兹举数例如下：
　　（1）抗拉试验：X56（PS1．2）20．24英寸×WT25．4mm钢管的YS值为490～550MPa，TS值为540～580MPa；X42（PS1．2）OD20．24英寸×WT25．4mm钢管的YS值为400～480MPa，TS值为450～530MPa。即YS值居标准的中上限，TS值居标准的中下限。
　　（2）恰贝冲击试验：（a）X56（PS1．2）OD24英寸×WT25．4mm钢管母材（试验温0℃），吸收能450J时的折断比为90％；同一钢管的焊接部（试验渐－20℃）吸收能450J时的折断比为85％，均高于标准的85％和65％。
　　另对API5LX56外径26英寸×壁厚25．4mm的焊接部的光学显微镜照片观察结果，其组织十分良好，说明对焊缝的规范热处理是成功的。总的批量生产已2年多，产品质量一直稳定。
　　五、厚壁电焊管焊缝超声波检查技术的开发
　　以UOE钢管为代表的厚壁管线适用于使用条件非常严格的海底管线。不仅母材且焊接部由于材料等产生的缺陷亦必须检出，特别是近年以国际石油大户为首，纷纷制定出厚壁管焊接部缺陷的检出标准。在此之前，JFE钢铁已开发出多探测方式的焊接部超声波探伤机并实用化。过去用的片面三通道按45°角布置的探伤器对厚壁管是难以适用的，特别对板厚中央部的缺陷检出精度太低。为此，在实际操作中多根据板厚使用不同探伤角度的探测器，或采取极端提高感度而牺牲工作效率以保缺陷检出。
　　这次开发的多探测方式，将探伤角度45°的探测器从管侧的圆周方向连续配置8个通道以探伤，从而对厚壁管亦可探及全厚且反射波亦必然被检出。由此，对板厚中央部的缺陷亦可高感度的检出。同时，对探伤中的焊缝变动料可稳定地检出。这一技术应用后得到了用户的好评，生产量亦逐年扩大，2004年底生产比已达总产量的80％以上。
　　六、小结
　　JFE知多厂为以电焊钢管代UOE钢管为目的，对轧机进行了增强改造：对轧机和精整设备增强，使之可生产X56，壁厚25．4mm的电焊钢管；全面更新改进检测技术，确保全壁厚的焊接质量；开发成功采用多探测器型的焊缝超声波探伤机，从而提高了缺陷检出能力以确保产品质量。如上所述，作为准确把握用户要求、及时进行技术开发和设备增强的结果，大径厚壁ERW钢管已成为该厂26英寸中径电焊钢管轧机的核心品种在发展中。JFE为适应严格而多样化的市场新需求，将继续开发质量领先的独特新商品。

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我公司正在上马4300mm宽厚板轧机，需要学习管线用钢的生产技术，谢谢提供资料！