1、技术交流低温抗酸耐高压埋弧焊管组织性能研究杜健辉瘳聪李伟，施良政（岭南师范学院，广东湛江 ；番禺珠江钢管（珠海）有限公司，广东珠海）摘要：从成分设计、制造及焊接工艺等方面人手，开发了一种低温抗酸耐高压 钢级埋弧焊管。检测了该埋弧焊管的力学性能和抗腐蚀能力。结果表明，该埋弧焊管的母材和焊缝均具有良好的力学性能，在抗氢致开裂及抗硫化物应力腐蚀开裂等试验中未出现任何裂纹，且 尤低温冲击功远高于客户要求，满足标准要求。关键词：焊管；抗酸；显微组织；力学性能：，开放科学（资源服务）标识码（）：，（，；（），）：，：；随着世界经济的不断发展，油气资源的需求日益增多，全球油气开发向着极地、海洋和沙漠等严酷环
2、境进军，对管线 钢管提出越来越高的要求。管线钢不仅需要具有良好的塑 韧性和低温冲击性能，还要求具有优异的抗氢致开裂（，）及抗硫 化物应力腐蚀开裂（，）性能。本文以低温抗酸耐高压钢级的埋弧焊管为研究对象，从钢管的成分设计、制造及焊接工艺等方面特殊性出发，开发出一套低温抗酸耐高压钢级的直缝埋弧焊管的制造工艺。杜健辉（），男，博士，高级工程师，主要从事高强度管线钢管的焊接工艺以及设备的研究工作。低温抗酸管线钢开发对于抗酸性钢管，相比普通钢管，管线 钢化学成分中、和的含量要求更低，特别是元素的含量和比，其他、及等合金元素也要控制在合适的范围，保证具有相对较低的碳当量，因为碳含量及碳当量的增加，会降低管
3、线钢管抗酸腐蚀的能力。元素和元素的增加将容易产生对敏感的硬组织带；元素 能促进的生成；元素 能改变元素 与元素的生成物的形态，提高抗酸腐蚀能力；元素在合适范围能提高抗酸腐蚀的能力；添加一定含量的、及能提高钢板强 度的同时，提高钢板的抗酸腐蚀能力。钢板的化学成分实测值和要求值见表。，钢管年月第卷第期技术交流表钢板的化 学成分（质量分数）实 测值和要求值项目实测值 要求值矣矣彡 彡彡彡矣矣项目，实测值 要求值矣 专 矣在注：规定的最大碳含量每降低，允许锰含量比规定值增加，但最大增加量不超过。；（）；？；（），（）？；）（）（）：（不适用于钛镇静钢 或钛处理钢）不允许有意添加硼。如有 意加 耗，若（
4、），则；（）。低温抗酸管线钢的制造根据客户要求生产 焊管，材 质为，采用工艺成型，流程为：外观检验超声波检测铁边预弯折弯 成型预焊内焊外焊超声 波检测（）和射线检测（）管端平头扩径水压试验修磨端面整圆和矫直、和外观检验。在铣边、预弯、折弯成型和扩径等环节，要注意严格 控制管体的残余应力，避免残余应力促成微观裂纹，吸收氢原子，产生氢致裂纹，有 利于提髙钢 管抗酸腐蚀的能力。由于扩径有利于让钢管的残余应力分布更加 均匀，推荐采用扩径率 才钢管进行扩径，扩径后钢管的圆度以内。在钢管的焊接环节，通过多次的焊接工艺试验，采用大西洋超低 氢焊丝，结合焊剂进行四丝埋弧焊。在焊接过程中，严格控制焊接参数及线
5、能量，保证焊接接头具有较好的抗酸腐蚀和低温抗冲击能力。焊接工艺参数见表。表低温抗酸直 缝焊管焊接工艺参数焊接环节电源焊接电流焊接电压焊丝直径焊接速度（）丝（）（）内焊丝（）（）（丝（）（）丝（）（）（）（）外焊丝（）（）（）丝（）（）直缝埋弧焊管力学性能硬度测试对于低温抗酸直缝埋弧焊管，订单明确要求焊管的母材、焊缝以及热影响 区的硬度值不能超过。相关研究表明，材料的强 度越高，硬度越大，对越敏感，故 控制母材、焊缝及热影响区的硬度值能有效提高焊管抗酸腐蚀的能力。焊缝及热影响区的硬度与其组织影响及晶粒大小密切 相关，线能量的输人对焊接接头的硬度及冲击韧性有较大的影响。线能量输人越大，冷却速度越慢
6、，容易生成粗晶粒组织，虽然该组织较软，但是其冲击韧性较差；线 能量输人越小，冷却速度越快，则容易生成脆硬组织，该组织具有较高的硬度，但其冲击韧性同样较差？。严格控制焊接参数和线能量，获得图所示的焊接接头硬度分布，其硬度均小于，满足 客户及 管线钢管规范要求。图焊管母材、热影响区及焊缝的硬度分布拉伸及弯曲测试在低温抗酸直缝埋弧焊管管体和焊缝 ，技术交流处 取横向拉伸试样和 弯曲试样，试样尺寸 拉伸试验结果见表。由表中可见，焊管母材以及焊缝横向拉伸性能均满足客户及 标准要求。弯曲测试时，弯曲角度。，弯曲直径，面弯及背弯试验后均未发现裂纹与裂缝，满足 客户及 标准要求。夏比冲击试验根据客户的技术要求
7、，在管体横向、焊缝中心线以及热影响区取组试样，每组个试样，采用低温冲击机进行夏比冲击试验，数据见表从表数据 可以知道，在的情况下，管体横向、焊缝中心以及热影响区 的夏比冲击功均表规格试样拉伸试验结 果管体横向焊缝横向项目屈服强度抗拉强度伸长率屈强比抗拉强度？实测值 技术要求？注：从母材处断裂。高于要求的，每组个试样平均值超过，管体横向剪切面积百分比大于，均满足 客户及标准要求。同时，夏比冲击功的数值越大，裂纹扩展所需的能量越高，说明该焊管具有良好的低温韧 性，能有效抵抗 硫化物应力腐蚀开裂。表丈 规格试样夏比冲击试验结果米开冲击功】剪切面积百分比平均值平均值焊缝中心 热影响 区管体横向 落锤撕
8、裂（）试验根据客户的技术要求，在钢管上取样进行落锤撕裂试验，试样尺寸。在的情况下，两个试样的剪切面积百分比分别是 和，均值为，大于技术要求的，说明该具有较好的低温軔性。宏观和金相分析试验根据技术要求，参照金属和合金宏观腐蚀的测试方法，从纵焊缝的横向取试样，在金相显微镜上进行金相分析，焊 接接头宏观形貌如图所示，数据见表。从图及表可以看出，焊缝符合技术标准要求。图焊管焊接接头宏观形貌直缝埋弧焊管抗腐蚀能力氢致开裂试验按照管道和压力容器杜健辉等：低温抗酸耐高压埋弧焊管组织性能研究表焊管焊缝宏观参数余高内外焊缝中心错边其他缺陷内焊缝外焊缝偏离 无用 钢抗氢致开裂性能评价的试验方法要求，在焊缝、母材纵
9、向、母材纵向取样，试样尺寸 为，试验在溶 液中进行，温度为（）丈，试验持续。个试样经腐蚀试验后表面宏观照片如图所示。结果表明，经过饱和溶 液（溶液）浸泡试验后，焊管的母材及焊缝试样表面均未出现氢鼓泡，在倍的显微镜下均没有裂纹，全部试样的裂纹敏感百分比？、裂纹长度百分比？和裂纹厚度百分比均为，高于矣、及矣和？矣的客户及标准要求。图焊管试验结 果钢管年月第卷第期技术交流硫化物应力腐蚀开裂（）试验根据客户要求，按照弯曲梁 应力腐蚀试样制备与使用规程在距焊缝的管体沿母材轧制方向及焊缝中心各取一组试样，焊缝试样垂直于焊缝，每组件，单个尺寸为（长）（宽）（厚），试验溶液为 金属抗 硫化物应力开裂和环境中应
10、力腐蚀开裂的实验室试验方法溶液，试验时间，试样加载应力为最小规定屈服强度的，结果如图所示，所有试样的拉伸面在倍放大镜下未发现任何开裂或裂纹，高 于 客户及标准的要求，说明产品满足试验要求。图焊管 试验结果进展钢管，（）：翟冬雨碳锰元素含量 对管线 钢抗氢致裂纹性能的影响钢管，（）：李超，黄晓辉，陈长青，等集输管线用抗腐蚀低锰焊管的开发焊管，（）：张清清，章传国，郑磊？热处理对抗酸管线钢抗性能的影响金属热处理，（）：赵勇，黄晓辉，李超，等低高抗 酸性螺旋埋弧焊管组织性能研究焊管，（）：李金玲油气运输及存储用 钢力学性能及抗酸性能的研究郑州：郑州大学，黄晓辉，牛辉，张冬冬，等？低高抗酸性直缝埋弧焊
11、管研制石油化工腐蚀与防护，：李中平，罗登，范明，等抗管线钢的开发金属材料与冶金工程，（）：，王宏岩，于驰，高 秀华钢在饱和：环境下的腐蚀产物研究东北大学学报（自然科学 版），（）：结论（）开发了 低温抗 酸 耐高压直缝埋弧焊 管产品，其硬度测试、拉伸和弯曲测试、夏比冲击试验、试验以及宏观和金相分析试验结果均高于客户要求以及标准要求。（）试验后，焊缝、母材纵向。、母材纵向的试样中均未发现氢鼓泡现象及裂纹，满足试验要求。试验后，管体及焊缝试样拉伸面，未发现任何开裂或裂纹，高于客户及标准的要求。张继明，朱延山，邵春 娟，等抗 酸管线钢氢致开裂的晶体学表征电子显微学报，（）：戈方宇应力对 管线钢在环境
12、中腐蚀及氢渗透行为影响武汉：武汉科技大学，韩振仙，李超，柳国强，等 低合金高强结构钢焊接工艺研究焊接技术，（）：，杨付勇大壁厚耐管线 钢关键技术开 发河北冶金，（）：王波钢级￥耐蚀管线管的开发与生产焊管，（）：刘耀民，谌铁强直缝埋弧焊管试验及其影响因素研究焊管，（）：参考文献王斌，黄继庆，王佳，等国内海底抗酸管研究成果和（收稿日期：；修定日期：）？简讯 年度 冶金产品实 物质量品牌培育名单公布发布日期：年月日，中国钢铁工业协会公布了 年度冶金产品实物质量品牌培育名单，有项产品审定冠名为“金杯优质产品”，项产品审定冠名为“金杯特优产品”。其中，大冶特殊钢有限公司的高强度钻杆用热轧无缝钢管，黑龙江建龙钢铁有限公司的、汽车 车桥用无缝钢管，靖江特殊钢有限公司的 冷拔液压缸筒用无缝钢管和气瓶用热轧无缝钢管，内蒙古包钢 钢联股份有限公司的气瓶用无缝钢管和汽车半挂车轴 用无缝钢管，山西太钢不锈钢股份有限公司的流体输送用 不锈钢焊接钢管，天津钢管制造有限公司的油气井套管用 钢管、管线 输送系统用钢管、旋挖机钻杆用无缝钢管，通化钢铁集团磐石无缝钢管有限责任公司的管线输送系统用钢管，以及新兴铸管股份有限公司的型、自锚接口输水用球墨铸铁管被审定为“金杯优质产品”。（摘自：中 国钢铁工业协会网站），
