X70 JCOE 大口径直缝焊管机械扩径工艺

根据国产TMCP微合金管线钢板屈服强度Rt0.5变化较大的现状,有针对性的对某厂X70管线钢板采用了JCO+机械扩径制造 工艺,获得了对应屈服强度、搞拉强度、屈强比和冲击韧性的变化曲线,分板了不同扩径率下钢管的力学性能变化规律和微观组织对力学性能的作用机理,阐述了合理选择扩径工艺的实践作法,半给出JCOE直缝埋弧焊管生产线X70管线钢板建议验收的下极限。
 
直缝埋弧焊管原料钢板验收条件一般都引用钢管标准,因此对于钢管制造企业来说钢板的力学性能验收存在一定的波动范围。对于各个原材料供应厂家来说,既有不尽相同的碳当量、合金配比,又有不尽相同的轧制冷却工艺,而制管生产过和中采用不同成型 工艺和不同扩径率,加工硬化和包辛格效应也存在差异。这就需要管厂在分板钢板成分与性能的基础上,建立个性化的钢管生产工艺,在保证钢管质量的前提下降低生产成本。
 
1制管前后的材料性能试验

1.1试验材料
试验所用材料为某钢厂生产的屈服强度超过500Mpa和介于485-500Mpa的X70钢级钢板。
其主要化学成分为:
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制管工艺
JCOE 成型过程基本上为纯弯曲变形,钢管内表面承受横向压缩变形,外表面承受横向拉伸变形,而在扩径过和中,整个管壁承受横向拉伸变形。采用的合壁厚试样压平过程为纯反变曲变形,钢管内表面为拉伸变形,外表面为压缩变形。因此,在制管完成后,钢管可能会因为包辛格效应而引起屈服强度的下降。用不同强度的同钢级X70钢板生产直径1016x21mm钢管,有针对性的采用了相应的机械扩径工艺
屈服强度Mpa 485-500 (>500)
铣边后板宽mm 3083 (3087)
成型步长/步频 15 (15)
扩径率% 1.2 (1.0)
扩径后周长 3195 (3193)
 
1.3试验结果
制管前后主要力学性能的检测结果表明,钢板检测屈服强度超过500Mpa,制管后性能出现了不合格项。
 
2 试验结果分析
 
2.1JCOE制管工艺对钢管性能的影响
对于人厂检验屈服强度平均值为490.1Mpa,抗拉强度平均值为587.5Mpa,抗拉强度平均值为616.25Mpa,屈服强度平均上升了8.9%(43.9 Mpa),抗拉强度平均上升了28.75 Mpa,屈强比介于0.82-0.90之间,平均值上升了0.031。该强度钢板虽然采用了1.2%扩径率后屈服强度和抗拉强度都得到了明显提升,但是屈服强度仍存在风险点(482 Mpa,590 Mpa),安全性指标屈强比也大幅上升并接近验收极限0.90(允许5%小于等于0.92)。为此,若要将原材料风险控制到最低水平,建议X70管线钢板入厂检验屈服强度应控制在500 Mpa以上。
采用1.2%扩径率的加工硬化作用远大于预弯成型、扩径及取样压平过程由于包辛格效应造成的屈服强度的下降,钢管的没影式强度比钢板的强度要高,并且屈强比值 一般会上升高0.02-0.07。
 
对于入厂检验屈服强度平均值为550 Mpa,抗拉强度平均值为625.6 Mpa的钢板,进行1.0%扩径率制管取样后,钢管屈服强度平均值为535.6 Mpa,抗拉强度平均值为625.6 Mpa.屈服强度平均略微下降了约15 Mpa,抗拉强度几乎没有发生变化。其屈强比平均值由0.88下降为0.86。出现了一个风险点(505 Mpa,625 Mpa)。但也远高于钢管的验收极限(485 Mpa,570 Mpa)。
 
在相同的温度下(-20摄氏度),不同屈服强度的钢板冲击功均值有所不同屈服强度小于500 Mpa的钢板,其冲击功均值为324J;屈服强度大于500 Mpa的钢板,其冲击功殚值 为344J。制管后(-10摄氏度),屈服强度大于500 Mpa的钢板,采用1.0%扩径率,其母材冲击功均值 为437J。屈服强度小于500 Mpa的钢板,采用1.2%扩径率,其母材冲击功均值为404J,扩径率由1.0%增大到1.2%,其母材冲击功平均下么约33J。对制管前后韧性指标作对比,变化情况,对用不同扩径率生产后的钢管冲击韧性做对比变化情况明显。
 
2.2微观组织对钢管性能的影响
TMCP轧制工艺生产的X70管线钢是微合金钢,C含量只有0.05%?刂圃剖固靥寰Я5玫搅嗣飨缘南富,晶粒细化既能提高强度,又能提高韧性。珠光体含量的减少导致强度的损失可以通过板出强化和位错强化来弥补。
在光学显微镜下有效贝氏体晶粒心寸是无法测量的,这是由于在光学显微镜下大角度和小角度晶界均无法识别。因此,就必须借助暗场图象对中够 多的测试点进行电子衍射斑点的系统检测。为了多边铁素体与贝氏体组织晶粒结构的透射电子显微镜(TEM)照片?梢钥闯霰词咸迤骄臣凭ЯP拇缭蚴潜词咸宓娜舾杀。
 
另一个更重要的不两同之处是:在贝氏体中存在着相当高的位错密度。位错密度的测量涉及到相当大的电镜试验费用,这是因为除了要统计位错数量外,还要利用汇聚衍射光束来测量薄膜上许多点的厚度。贝氏体中存在着相当高的位错密度,易于实现多滑移,这种组织使管线钢具有边续的屈服行为。
 
钢板经JCO成型后,在1.2%扩径率下,钢管压平拉伸试柆屈服强度的测试结果比板材的屈服强度高28 Mpa,这说明钢管成型和扩径过程中加工硬化作用大于压平拉伸试样的包辛格效应。
 
钢板经JCO成型后,在1.0%扩径率下,钢管压平拉伸试样屈服强度的测试结果比板材的屈服强度下均下降了15 Mpa,这说明压平拉伸试样的包辛格效应大于钢管成型和扩径过程中加工硬化作用。
 
3结论
(1) 扩径率应据原料板材的性能和化学成分进行个性化柔性选择。
(2) 为了提高生产效率,制管厂应根据自已的设备工艺情况,制定钢板力学性能的验收条件。
(3) 对于JCO+机械扩径的组合,X70钢级钢板验收的最小屈服强度为500 Mpa。
(4) 对不同扩径率下残余应力进行测定,优选扩径度。
河北龙马钢管制造股份有限公司
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