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大口径埋弧焊直缝钢管质量影响因素

大口径埋弧焊钢直缝钢管主要用于石油和天然气的长距离输管道建设。一般认为,埋弧焊直缝钢管比螺旋埋弧焊钢管焊缝短,残余应力小,尺寸精度较高,是国外油气长输管线建设的主要用管。在我国西气东输管道工程中,虽然采用了埋弧焊直缝钢管和螺旋埋弧焊钢管混合使用的方式,但是,在三、四级环境地条件苛刻地区,仍然采用埋弧焊直缝钢管

从经济和社会角度考虑,工程采用的埋弧焊直缝钢管的国产化率偏低,而且川气东送工程用钢管要求最大壁厚也高于以往管道工程,这对我国钢板和钢管生产企业提出了很大挑战。有效控制国产大口径、厚壁埋弧焊直缝钢管以及钢板产品质量,是确保川气东送工程建设质量的首要任务。

一、埋弧焊直缝钢管质量影响因素
由于天然气长输管线跨越距离长,地理环境复杂,因此,影响管线正常服役的因素多种多样,但主要的因素可以分为外部环境和管道本身的质量情况。钢管在内在质量是影响管质量的重要因素,而影响钢管内在质量的主要方面包括钢管所用钢板的质量和钢管制造工艺。
1.1 钢板质量

与钢板质量有关的表征参数主要有钢级、化学成分、金相组织和力学性能等。

在高压长输管线建设中采用高钢级钢管不仅可以降低建设成本,而且可以节省运行费用。因此,现代天然气长输管线建设都倾向于采用高钢级的管线钢管,从而对高强度钢板质量提出了更高要求。

钢板化学成分对其力学性能、焊接性能、热处理性能等都有重要影响,尤其是一些非金属元素。如磷含量影响钢板的低温冲击韧性;硫含量过高,会使钢板产生“热脆”,并降低塑性和冲击韧性。因此,需要对钢板的化学成分进行严格控制。金相组织是金属材料内部的微观结构。目前国内外商用管线钢的金相组织主要有铁素体+珠光体和针状铁素体型两种。

采用针状铁素体型管线钢是国际上高性能管线钢的发展趋势。与传统的铁素体+珠光体管线钢相比,这具有以下性能优点:优良的强韧性,较高的形变强化抗力和较小的包辛格效应,良好的焊接性和耐腐蚀性能等。

钢板力学性能包括拉伸、冲击、硬度等。力学性能指标是用来衡量钢管和钢板性能的表征参数,决定了钢管的最终服役性能。力学性能通过拉伸试验、正反弯曲试验、夏比冲击试验、落锤撕裂试验和硬度试验等来测量。
1.2 钢管制造工艺
1.2.1 成形方式

成形质量的好坏影响最终焊管的残余应力分布、回弹量和截面尺寸精度等。

直缝埋弧焊钢管成形方式中,应用最广泛的是UOE、RBE和JCOE工艺。UOE成型工艺成熟,自动化水平高,产口质量可靠,但机组设备投资巨大;RBE成形工艺在产品规格方面比较灵活,缺点是生产规模小,钢管壁厚和管径受到很大的限制;JCOE成形工艺在生产小规模产品时能适应较大的壁厚,具有投资中等、产品范围广、产是量适中等优点。
1.2.2 焊接工艺

焊接埋弧焊直缝钢管生产过程中的关键工序。焊接材料,焊接速度,焊接电流、焊接电压以及焊丝的排列、间距、倾角等工艺参数会影响焊缝的性能。
1.2.3 扩径

扩径是利用液压力或机械力从钢管内壁使钢管径向向外扩帐的一种工艺,可以消除钢管成形以及焊接过程中形成的残余内应力,提高钢管几何尺寸精度及强度。扩径率、液压扩役的压力、机械扩径中的扇形块数目、扩径速度以及润滑等条件对扩径质量都有影响。
1.2.4 生产过程中的检验

在钢管生产过程中,需要进行材质的理化性能试验、超声波探伤、X射线探伤、磁粉探伤等检验。这些检验项目的严格执行可以随时监控钢管生产情况,出现质量问题及时反馈和处理,保证钢管生产质量。

 
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