[发明专利]大口径高钢级输气管道全尺寸气体爆破试验用启裂钢管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢管配方及其制备方法，特别涉及一种大口径高钢级输气管道全尺寸气体爆破试验用启裂钢管及其制备方法，具体涉及一种强度级别达到X80、X90、X100钢级，钢管外径760mm～1422mm，壁厚12mm～30mm，输送压力为10MPa及以上的大口径高钢级输气管道全尺寸气体爆破试验用启裂钢管及其制备方法。

背景技术

随着大口径高压输气管道工业的快速发展，管道安全问题备受关注。大口径高压输气管道延性裂纹的长程扩展是管道安全的最大威胁，如管道设计或使用不当，很可能发生裂纹的长程扩展，严重时裂纹可长达数千米，会造成巨大经济损失、人员伤亡和环境污染。

采用管道全尺寸气体爆破试验，验证管道在特定工况条件下的安全性，是国际上通用的也是最可靠的方法。进行全尺寸气体爆破试验时，要求钢管按照一定规律排布，如按照材料韧性由低到高的顺序排布、等韧性排布或随机排布，无论采用何种排布，中间均需要有数根(一般1～3根)韧性较低的管段，以便裂纹能够在这段管段上容易启裂并向两边扩展，当裂纹扩展停止时便可得到钢管的止裂韧性。故此，中间启裂管段需要达到特殊要求，不仅要其与试验管段的强度一致，为了防止脆性断裂，其韧性不能过低，而为了防止起不到引发裂纹的作用，其韧性也不能过高。可见，中间较低韧性管段的获取，是输气管道全尺寸气体爆破试验能否成功的关键因素之一。

目前，具有适当韧性的启裂管段的制备在国际上也属于探索的技术，还没有确定的成熟技术可供直接应用。本发明就是针对上述情况，需要提供一种大口径X80、X90、X100全尺寸气体爆破试验用启裂钢管及其制备方法，以满足开展全尺寸气体爆破试验的需要。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明实施例提供了一种钢管外径760mm～1422mm，壁厚12mm～30mm，强度级别达到X80、X90、X100且具有适当韧性的大口径高钢级输气管道全尺寸气体爆破试验用启裂钢管及其制备方法，以满足开展全尺寸气体爆破试验的需要。

由于全尺寸实物气体爆破试验用启裂钢管要求要与试验管段的强度一致，并具有适当的韧性，对于X80、X90、X100钢级的管段，韧性以控制在100～200J之间，同时要求启裂后断口为延性断口，断口上不能有明显的分离开现象。为了保证满足上述要求，必须对其化学成分和制造工艺进行合理设计。

本发明在成分设计方面，拟采用低碳，加Mn，Nb、V、Ti微合金化，同时可少量加入Mo、Ni、Cu、Cr、B等多种元素，控制钢中P、S、O、H、N等有害元素，采用Al、Si全脱氧的镇静钢。在控轧空冷工艺方面，可通过奥氏体区的控制轧制以及轧后冷却等工艺，来获得具有适当组织结构且比较均匀的复相组织来实现。

本发明实施例提供的一种大口径高钢级输气管道全尺寸气体爆破试验用启裂钢管，所述钢管的成分按质量百分比计包括：C：0.07％～0.12％，Mn：1.50％～1.75％，Si：0.15％～0.35％，P≤0.015％，S：0.010％～0.020％，Al：0.005％～0.03％，O≤0.002％，H≤0.00015％，N≤0.005％，余量为Fe。其中，碳当量≤0.55％，冷裂纹敏感系数≤0.28％，所述钢管的管径为760mm～1422mm，所述钢管的壁厚12mm～30mm，所述钢管的钢级为X80、X90、X100钢级，其屈服强度550Mpa～840Mpa，其抗拉强度625Mpa～990Mpa，其0℃的夏比冲击韧性控制在100J～200J之间，落锤试验(DWTT)断口剪切面积≥85％。

进一步地，所述钢管的成分按质量百分比计还包括：Nb：0.01％～0.06％，Ti：0.015％～0.035％，以及V：0.01％～0.05％中的一种或两种以上的合金元素，并且0.06％≤Nb+V+Ti≤0.10％。以发挥Nb、V、Ti的碳氮化合物细化晶粒、提高强度和韧性的作用，为防止其过度加入对材料韧性的不利影响，对上限进行了控制。

进一步地，所述钢管的成分按质量百分比计还包括：Mo：0.15％～0.30％，Ni：0.15％～0.30％，Cu：0.10％～0.25％，Cr：0.13％～0.30％，以及B：0.001％～0.005％中的一种或两种以上的合金元素，并且0.30％≤Mo+Cr+Ni+Cu≤1.0％，以使厚壁材料具有适当的淬透性，进而提高强度、韧性和耐蚀性，改进热轧工艺性能。为控制钢板偏析，需要控制Mo：P＞15。

本发明实施例所述成分具体可根据钢级和钢管厚度的不同，进行调整。