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大口徑埋弧焊直縫鋼管質量影響因素

大口徑埋弧焊鋼直縫鋼管主要用于石油和天然氣的長距離輸管道建設。一般認為,埋弧焊直縫鋼管比螺旋埋弧焊鋼管焊縫短,殘余應力小,尺寸精度較高,是國外油氣長輸管線建設的主要用管。在我國西氣東輸管道工程中,雖然采用了埋弧焊直縫鋼管和螺旋埋弧焊鋼管混合使用的方式,但是,在三、四級環境地條件苛刻地區,仍然采用埋弧焊直縫鋼管。

從經濟和社會角度考慮,工程采用的埋弧焊直縫鋼管的國產化率偏低,而且川氣東送工程用鋼管要求最大壁厚也高于以往管道工程,這對我國鋼板和鋼管生產企業提出了很大挑戰。有效控制國產大口徑、厚壁埋弧焊直縫鋼管以及鋼板產品質量,是確保川氣東送工程建設質量的首要任務。

一、埋弧焊直縫鋼管質量影響因素
由于天然氣長輸管線跨越距離長,地理環境復雜,因此,影響管線正常服役的因素多種多樣,但主要的因素可以分為外部環境和管道本身的質量情況。鋼管在內在質量是影響管質量的重要因素,而影響鋼管內在質量的主要方面包括鋼管所用鋼板的質量和鋼管制造工藝。
1.1 鋼板質量

與鋼板質量有關的表征參數主要有鋼級、化學成分、金相組織和力學性能等。

在高壓長輸管線建設中采用高鋼級鋼管不僅可以降低建設成本,而且可以節省運行費用。因此,現代天然氣長輸管線建設都傾向于采用高鋼級的管線鋼管,從而對高強度鋼板質量提出了更高要求。

鋼板化學成分對其力學性能、焊接性能、熱處理性能等都有重要影響,尤其是一些非金屬元素。如磷含量影響鋼板的低溫沖擊韌性;硫含量過高,會使鋼板產生“熱脆”,并降低塑性和沖擊韌性。因此,需要對鋼板的化學成分進行嚴格控制。金相組織是金屬材料內部的微觀結構。目前國內外商用管線鋼的金相組織主要有鐵素體+珠光體和針狀鐵素體型兩種。

采用針狀鐵素體型管線鋼是國際上高性能管線鋼的發展趨勢。與傳統的鐵素體+珠光體管線鋼相比,這具有以下性能優點:優良的強韌性,較高的形變強化抗力和較小的包辛格效應,良好的焊接性和耐腐蝕性能等。

鋼板力學性能包括拉伸、沖擊、硬度等。力學性能指標是用來衡量鋼管和鋼板性能的表征參數,決定了鋼管的最終服役性能。力學性能通過拉伸試驗、正反彎曲試驗、夏比沖擊試驗、落錘撕裂試驗和硬度試驗等來測量。
1.2 鋼管制造工藝
1.2.1 成形方式

成形質量的好壞影響最終焊管的殘余應力分布、回彈量和截面尺寸精度等。

直縫埋弧焊鋼管成形方式中,應用最廣泛的是UOE、RBE和JCOE工藝。UOE成型工藝成熟,自動化水平高,產口質量可靠,但機組設備投資巨大;RBE成形工藝在產品規格方面比較靈活,缺點是生產規模小,鋼管壁厚和管徑受到很大的限制;JCOE成形工藝在生產小規模產品時能適應較大的壁厚,具有投資中等、產品范圍廣、產是量適中等優點。
1.2.2 焊接工藝

焊接埋弧焊直縫鋼管生產過程中的關鍵工序。焊接材料,焊接速度,焊接電流、焊接電壓以及焊絲的排列、間距、傾角等工藝參數會影響焊縫的性能。
1.2.3 擴徑

擴徑是利用液壓力或機械力從鋼管內壁使鋼管徑向向外擴帳的一種工藝,可以消除鋼管成形以及焊接過程中形成的殘余內應力,提高鋼管幾何尺寸精度及強度。擴徑率、液壓擴役的壓力、機械擴徑中的扇形塊數目、擴徑速度以及潤滑等條件對擴徑質量都有影響。
1.2.4 生產過程中的檢驗

在鋼管生產過程中,需要進行材質的理化性能試驗、超聲波探傷、X射線探傷、磁粉探傷等檢驗。這些檢驗項目的嚴格執行可以隨時監控鋼管生產情況,出現質量問題及時反饋和處理,保證鋼管生產質量。

 
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