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當前世界ERW中徑焊管生產與寶鋼ERW610焊管機組,當前世界ERW中徑焊管生產與寶鋼ERW610焊管機組

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:091时间:2019-11-21

摘要:當今世界上,以新日鐵、JFE 、曼勒斯曼、考裏茨(希臘)為代表的中徑直縫焊管生產設備和生產技術取得了迅猛發展。新型排輥成型、URD精成型機及定徑機、高頻焊接設備及焊接技術 、焊縫熱處理設備及技術、無損探傷等新技術的開發 ,中徑直縫焊管已在海洋油氣輸送用管,陸上油氣輸送用管方麵得到了廣泛使用。特別是近年來,X80鋼級管線管及T.U.F油井管的問世,為中徑直縫焊管的利用開辟了廣泛的領域。寶鋼的ERW610機組,采用了世界上各類新技術,是世界上設備先進的中徑直縫焊接鋼管生產線之一。投產後,通過半年的工藝生產技術及經驗的積累並經過科研開發,已批量供貨近5萬噸。同時致力於X80鋼級管線管、N80、P110鋼級套管及各類T.U.F套管的研發,並在N80、P110鋼級套管已有突破。關鍵詞:ERW中徑管、X80、T.U.F、寶鋼ERW610 1. 前言 直縫高頻焊接鋼管以其低本錢,高效率的上風慢慢得到市場認可,其生產設備及生產工藝技術得到了快速發展。新日鐵、JFE、曼勒斯曼、考裏茨(希臘)、世亞(韓國)等世界著名直縫焊管生產廠已能生產陸用或海洋用X80鋼級管線管。在油田用套管生產方麵 ,新日鐵已能按API標準,生產不經全管熱處理的N80-I鋼級套管。新日鐵名古屋製鐵所1986年建造的16”中徑直縫ERW機組,經過數年的技術開發及設備改造,采用了世界上各類新開發的設備技術及自行開發的專有技術,開發了Tough material,Uniform properties,Free from defects(T.U.F)油井管。由於此類焊接油井管具有耐酸性、高強度、高韌性及高壓潰性能,可以使用在地質條件很差的氣井、深井及海洋油田中,且價格比無縫鋼管低,是以具有廣闊的使用遠景。新日鐵將此類直縫焊管命名為T.U.F油井管,並形成不同於API產品係列的NT係列即:新日鐵T.U.F油井管係列(Nippon Steel T.U.F for OCTG)。各項性能指標均高於API標準。NT係列產品為當今世界上油井管的高端產品,也是新日鐵的特有產品。 寶鋼ERW610機組的焊接成型線引進了SMS-Meer公司開發的設備技術,並配置了世界上最早進的無損探傷設備、高頻焊接設備、焊縫熱處理設備。投產後 ,通過工藝生產技術及經驗的積累,並經過科研開發,06年上半年已批量生產並供貨管線管、套管和結構管近5萬噸,並在API標準係列N80、P110套管上取得突破。目前正在研發生產X80鋼級管線管(陸上、海洋用管線管) 、及各類T.U.F套管,填補我國直縫焊管產品的空缺,並將活著界鋼管市場上成為無縫鋼管的強勁競爭對手。 2. 世界中徑直縫焊管技術發揭示狀 2.1 技術發揭示狀 焊接鋼管技術的發展是伴隨著與無縫鋼管產品的競爭而進步的。焊接鋼管在某些領域中要取代無縫鋼管,關鍵在於產品的質量及較低的生產本錢。焊接鋼管產品質量的進步,首要依托三個方麵的技術進步。一是鋼鐵冶煉技術 ,二是熱軋帶鋼技術的進步,三是製管技術的進步。是以,世界上高品質的焊接鋼管大多是由最早進的大型鋼鐵聯合企業生產的,可以較輕易的實現從鋼鐵冶煉、帶卷到焊接鋼管成品生產的質量一貫控製。避免了吃“百家飯”,無法自行控製原料質量的題目。表1.為世界著名的直縫中徑焊接鋼管企業的工藝及產品鋼級比較。 表1. 若幹著名焊管廠工藝、產品、鋼級比較

企業
新日鐵
JFE

考裏茨

(希臘)
曼勒斯曼
世亞(韓國)
質量一貫製
實行
實行
無法實行
無法實行
無法實行
煉鋼
鐵水處理
實行
實行
買帶卷
買帶卷
買帶卷
二次精煉
熱軋
TMCP
實行
實行
買帶卷
買帶卷
買帶卷
製管
焊接控製
PWP#
H1*
溫度控製
H1*
溫度控製
焊縫熱處理
N、QT
N、QT
N、QT
N
N

OCTG

API
~N80-I
不生產
~N80-I
~N80-I
~N80-I
高性能OCTG

生產

(T.U.F)
不生產
不生產
不生產
不生產

高強度

高壓潰

高韌性
管線管API
~X80
~X80
~X80
~X80
~X80
管線管
高強度
生產
生產
生產
生產
有條件生產
耐酸
生產
生產
有條件生產
生產
不生產
海洋用管
生產
生產
有條件生產
生產
不生產
PWP 完美的焊接工藝(Perfect Welding Process)HI 熱輸出(Heat Input) 從表上可以看出,代表世界中口徑直縫焊管生產技術最高水平的廠家中 ,數新日鐵、JFE 、曼勒斯曼最為突出。特別是新日鐵,其產品幾乎全麵覆蓋了API許可用直縫焊管生產的各類鋼管。而且,還生產比API標準更嚴格的T.U.F油井管。是以,新日鐵代表了世界ERW焊管生產的最高水平。 2.2 世界一流中徑直縫焊管機組的技術特點 a. 企業實行一貫質量控製。熱軋帶卷 的質量的好壞直接決定了鋼管管體的各項性能指標。特別是在尖端產品的生產中,質量一貫治理是決定性的感化之一 。新日鐵之所以能生產各類焊接鋼管的一個首要啟事是企業實行製管所需的“專用合金設計”,經煉鋼廠生產出合格的鋼坯。再經過熱軋廠軋製出高尺寸精度、耐酸 、高韌性、高壓潰性能的板卷。然後,再使用這些板卷生產高質量的管線管及T.U.F油井管。 JFE川崎製鐵所也是實行質量一貫治理的,所以川崎製鐵所的管線管從產品的合金成分設計到質量控製都能為製管生產提供有力的撐持。再加上其製管技術的開發,其生產的管線管的質量、品種均能滿足用戶要求。 曼勒斯曼焊管廠的原料板卷來源渠道單一,由蒂森熱軋廠供料。由於長期形成的合作關係 ,使其較易從泉源熱軋板卷上控製產品質量。是以,其生產狀況與JFE雷同。 考裏茨與世亞則和上述三家焊管廠不同,他們的板卷原料從世界各國購買,原料的差異較大,造成產品質量差異較大 ,這也是不生產高端產品的啟事之一。 b. 采用銑邊機對板邊進行銑切加工 。 板卷的熱軋自然邊經過銑邊機加工後,板卷寬度一致,且具有較高的尺寸精度,經過銑邊後的板卷,邊部光滑、潔淨,這就大大進步了焊縫的質量。 c. 采用80年代開發的經過90年代改進的全排輥成型技術。 排輥成型是由輥式成型演變而來的一種新的成型技術。采用全排輥成型技術可以防止帶鋼邊沿產生折皺。由於它可以通過沿帶鋼軸線方向邊沿外側的軋輥群控製邊沿延伸,同時軋輥群由外側束縛帶鋼邊沿,將邊沿外側作為壓縮變形形式被吸收。所以這是一種既能保持連續塑性彎曲,又能防止邊沿延伸和吸收延伸的成型技術。 d. 采用高頻感應加熱方式對管坯兩邊沿進行感應加熱。如圖1-a所示,20世紀建造的ERW610機組都是采用高頻接觸焊 ,即利用兩塊接觸片分別與管坯兩邊沿接觸。電流從一個接觸片沿V形回路流向另一個接觸片。因高頻電流產生集膚效應和領近效應使V形回路,即管坯V形缺口邊沿瞬間被加熱到焊接溫度,同時加熱使金屬分子迅速擴散,金屬產生再結晶從而焊成鋼管。由於高頻接觸焊的電極是同管坯表麵接觸的,是以在管坯前進中的跳動及管坯表麵的不平整,極易使電極與管坯表麵產生電火花,造成管坯表麵的燒損或疤痕。此外,由於電極與管坯接觸,電極磨損後的粉末極易帶進焊縫,造成焊縫質量分歧格。接觸焊的優點是熱效率高,電耗要少。 20世紀末,高頻感應技術取得了突破性的進展。開發出了大功率的高頻感應加熱裝配。是以,在21世紀初建造的24”ERW機組中,大多選擇了高頻感應加熱方式對管坯邊沿加熱。如圖1-b所示,高頻感應焊是將感應圈與管坯看成是變壓器的一次圈與二次圈。鋼管從感應圈中間通過,當感應線圈中高頻電流產生高頻磁場,因此在鋼管中產生渦流電流。密集的渦流電流徑管坯邊沿V形回路,由於“極膚效應”是兩邊沿產生大量的熱量被加熱到焊接溫度,同時加壓焊合成鋼管。由於在感應焊中,感應線圈同鋼管無任何接觸,因此避免了接觸焊帶來的各種弊端,進步了焊縫的質量及鋼管的表麵質量。 圖1-a接觸焊道理圖 圖1-b感應焊道理圖 e. 采用完美的焊接控製技術。 新日鐵自行研究開發的PWP(Perfect Welding Process)焊接控製技術是當今世界上最早進的焊接控製技術。目前,除新日鐵以外,其餘著名的焊管企業,均采用高頻焊機生產廠商提供的溫度檢測係統,檢測焊縫區域的表麵溫度,然而反饋到焊機的控製係統調節高頻電流的大小來控製焊縫區域的溫度。由於在焊管生產中,各類材質、壁厚及焊接速度所需的焊接熱量是不同的,而鋼管焊接時,最好化焊接所需的熱量值的波動範圍又是很窄的。開發商提供的焊接溫度控製元件僅是從實在驗室中對各常規鋼種,在設定的焊接速度下進行實驗得出的數據 ,加以回納分析處理後,做成控製元件提供給客戶。生產廠在實際操縱中,操縱人要根據現場實際生產情況及本身的經驗,觀察焊接區的金屬融溶焊接狀況,對焊機輸出的熱量進行調整,生產合格的焊接鋼管。 新日鐵的PWP焊接控製技術是全麵回納總結了其幾十年焊管生產經驗,根據各種規格、焊接速度、壁厚、鋼種所需的焊接熱量 ,自行開發的控製元件。使用這一焊接控製係統,全部焊接狀況總是被控製在焊接最好值範圍內,以達到最好焊接質量 。 f. 采用帶有快速換輥裝配的URD(Uniform Rigidity Design)設計的精成型機、擠壓焊接機及定徑機。 URD(均勻剛性設計)精成型機、擠壓焊接機及定徑機為閉式框架結構。用寬厚板製成的機架,具有水平與垂直方向均勻一致的剛性。由於是閉式機架,是以在同樣截麵積的情況下 ,其剛性要高於開式立柱形機架。見圖2所示。 a. URD機架 b. 常規設計機架 圖2. URD機架示意圖 常規設計中,其水平方向的剛性一般要小於垂直方向的剛性。而在四輥軋機中,為了保證水平剛性達到要求,則需增加水平方向機架的橫截麵麵積,造成機架重量增大,增加了的設計及製造的難度。 采用帶有快速換輥裝配的URD機架,由於機架是板式框架結構其快速換輥係統的設計及配置都比常規設計機架輕易。 g. 采用既能對焊縫進行正火又能對焊縫進行淬火+回火(Q+T)、淬火+正火(Q+N)的雙重中頻焊縫熱處理裝配 。 在生產高鋼級的油氣輸送管及石油套管時,焊縫熱處理技術相當首要 。為了使焊縫的金相結構及性能與管體一致,並使焊縫具有高韌性,焊縫須經Q+T或Q+N方法進行熱處理。焊縫雙重熱處理工藝係90年代開發的新技術。目前,世界上僅新日鐵 、JFE、考裏茨及曼勒斯曼等少數企業生產的海洋管線管及新日鐵生產的T.U.F油井管,其焊縫熱處理工藝均采用這一技術。 圖2所示為焊縫熱處理的示意圖。 圖2 焊縫熱處理(Q+T) 3.寶鋼ERW610機組 寶鋼ERW610機組是集成型焊接、精整、管加工、焊接套管全管熱處理於一體的ERW610機組。其產品範圍涵蓋頗廣。可以生產從X42~X80鋼級的海上 、陸地用管線管;可以生產鋼級直至P110的各類焊接套管;也可以生產各類結構圓管、方矩形管 。焊接成型線從SMS-Meer引進,而精整、管加工、熱處理線則采用單機國內外采購,全線自行設計總成的方式。 建設規模 年生產直徑Ф219.1~610mm焊管30萬噸,年加工無縫石油套管3萬噸 3.1 產品大綱
序號
產品品種
代表鋼號或鋼級
技術標準
產品規格
年產量
管徑(mm)
壁厚(mm)
長度(m)
(104t)
%
1
焊接石油套管(3)
H40、J55 、K55、M65 、L80、N80 、C95、(P110)
API SPEC 5CT-2001
Ф219.1~ 508
7.72~16.66
7.62~14.63
9
27.3
無縫石油套管
J55 、K55、 L80、N80、 P110
API SPEC 5CT-2001
Ф177.8
6.20~12.65
7.62~14.63
3(2)
9.1
2
管線用焊管
A、B、X42-X80
API SPEC 5L-2000GB/T9711.1-1997
(DNV-OS-F101-2000)(4)
Ф219.1~609.6
4.0~19.1
6~18.3
18
54.6
3
結構用圓管
A、B
ASTM A53
Ф219.1~609.6
6.0~19
6~12
1.5
4.5
4
結構用方(矩)管
STKR 41、STKR 50
JIS G3466
(EN 10219)
□175~450
□220×140~□500×400
6.0~18
6~12
1.5
4.5
合計
33(1)
100
注: (1)33萬t/a鋼管包括30萬t/a焊接鋼管和3萬t/a無縫石油套管;直縫焊管生產線、焊管精整生產線年產量為30萬t/a (2) 3萬t/a無縫石油套管僅考慮管體加工(包括管端車絲、水壓試驗等) 。管體由無縫提供。 (3) M65、L80、N80-Q 、C95、(P110)焊接石油套管管體需進行熱處理 (4) 括號內技術標準為本工程產品參考履行技術標準 3.2 寶鋼ERW610機組的技術特點及其先進性 3.2.1 實行質量一貫治理體製 從鋼種的設計到原料的冶煉,板卷的軋製及焊管的生產全過程實行跟蹤治理 。使產品質量從泉源抓起,這在寶鋼也是其先進性及優越性的具體體現。實行質量一貫治理體製,為寶鋼今後開發各類新產品奠定了良好的物質及技術治理基礎 。 3.3.2 采用帶鋼邊探加全板探技術 超聲波帶鋼邊探加全板探,可以實時記錄帶鋼的分層缺陷並進行料流跟蹤。對邊探或全板探發現的缺陷,在出廠前的管端探傷及全管體探傷設備上進行複檢並作出終究的判定。滿足了海洋用管線管等高品質用戶的采購技術要求。新日鐵及JFE均采用帶鋼邊部超聲探傷加全管體探傷方式。 3.3.3 采用銑邊機對帶鋼邊沿進行銑削加工 90年代之前製造的焊管機組,都是采用刨邊機對帶鋼邊沿進行加工。進進90年代以後 ,對高鋼級焊管要求也愈來愈高,刨邊機加工的板邊邊沿已不能滿足焊接發展的要求。是以新建的企業都采用銑邊機,而采用刨邊機的生產廠如新日鐵、JFE、 ,曼勒斯曼都進行了技術改造,采用銑邊機代替刨邊機 。 3.3.4 采用了新型排輥技術及帶有快速換輥裝配的精成型機、擠壓機、定徑機。 排輥成型法出現在80年代。經過了近20年的利用後,90年代末米爾總結了世界各國排輥成型設備所存在的題目,對設備的強度、剛度及成型方式進行了較大改進,推出了米爾的排輥成型設備。希臘考裏茨廠使用後實績很好。他們又根據考裏茨廠實際使用狀況,對排輥成型區設備再作改進,提供給寶鋼。新型排輥成型加強了設備強度 、剛度及改進了成型方式,以保證在生產薄壁鋼管及高鋼級厚壁鋼管時獲得良好的產品質量。 均衡剛性設計的精成型機、擠壓焊接機、定徑機為米爾的專利產品,是世界上最早進的精成型段設備。其強度、剛度、快速換輥及調整性能均優越於其它同類產品。在2004年米爾根據此類設備的使用狀況又作了較大改進,在精成型機各機架之間再加進一段小型排輥,以保證在生產薄壁鋼管時的產品質量。 3.3.5 采用大功率高頻感應焊 大功率高頻感應焊係90年代未開發的技術。在此之前24”ERW機組均采用高頻接觸焊。進進90年代後,海洋石油公司對海洋專用油氣管的要求愈來愈高,對接觸焊所引發的電火花燒痕,接觸塊的擦傷都有嚴格的規定。是以,在90年代中期今後建設的焊管廠都在尋求大功率高頻感應焊接技術。20世紀末考裏茨廠在24”ERW機組中首先采用了1800KW高頻感應焊技術,並活著界上取得了良好的聲譽。在此之前,1986年建設的新日鐵名古屋16”ERW機組,首先在同類機組中使用了高頻感應焊(功率為1000KW),並用此焊接設備生產TUF油井管。因而可知,在生產各類高端產品中高頻接觸焊將逐步被高頻感應焊所取代。 寶鋼ERW610機組吸取了世界同類機組的發展經驗 ,結合當前世界先進的高頻感應技術的發展采用了高頻感應焊接技術。這是世界上第3套采用高頻感應焊技術的ERW610機組。寶鋼采用的高頻感應焊設備,功率為1800KW,可生產壁厚達20mm的中徑管。 3.3.6 采用焊縫雙重熱處理裝配,既可對焊縫實行正火(N)又可對焊縫實行淬火+正火(Q+N)及淬火+回火(Q+T)。寶鋼采用的雙熱處理裝配,其中頻感應裝配每台功率為2400 KW。第一套加熱裝配對焊縫進行加熱至淬火溫度。在2台加熱裝配之間的快速水冷區,噴注乳化液對焊縫進行快速冷卻,然後在第二套加熱裝配中再進行加熱以達到回火或正火目的 。 3.3.7 采用計算機技術實行料流跟蹤對產品質量進行逐根跟蹤。目前活著額上采用此類技術僅新日鐵及JFE。 3.8.8 按照API標準及DNV海洋管線管標準,配置各類無損探傷設備及力學性能檢化驗設備。 4. 寶鋼ERW610機組產品技術開發的幾個重點 寶鋼ERW610機組采用了諸多世界上最早進的工藝設備,為焊管產品開發、工藝技術的研究與進步創造了良好的硬件條件。寶鋼正集中科研氣力開發專有的生產技術及專利,生產出目前世界上僅有個別企業能生產的產品,來取得強勢的市場競爭地位。根據當前世界焊管產業的發展,目前正在研究的技術有: 4.1 完美的焊接工藝技術(Perfect Welding Process) 焊接工藝技術是直接影響焊管質量的核心技術之一,世界上少數幾家先進的焊管企業是不會讓渡這些核心技術的。要在焊管方麵取得突破性進展必須要開發本身的焊接工藝技術。這一技術開發成功,將為寶鋼生產高級套管及高鋼級管線管奠定首要的技術基礎。 4.2 焊縫熱處理技術 焊管廠生產高質量焊管關鍵點一是鋼管的外形及尺寸精度,二是焊縫的質量。焊縫的質量一靠焊接技術 ,二靠焊縫熱處理技術 。是以,焊縫熱處理技術是影響焊管質量的核心技術之二。當今世界上幾個最早進的焊管生產企業,在焊縫熱處理的設備及生產技術開發方麵的投進是很大的。新日鐵及JFE開發了生產管線管的專有焊縫熱處理技術——焊縫TMCP熱處理技術;新日鐵開發了T.U.F油井管的專有熱處理技術——焊縫Q+T熱處理及焊縫Q+N熱處理技術。這些先進的焊管企業,開發專有的焊縫熱處理技術的目的是為了使焊縫的金相結構及力學性能與母材的金相結構及力學性能一致。實現了俗稱的焊接鋼管“無縫化”。 寶鋼ERW610機組采用了當前世界上技術最早進,裝機容量最大的雙重熱處理設備。投產今後,就有條件進行科研及技術開發,研究開發出適合各種規格鋼種的專有焊縫熱處理技術,滿足各類高端產品的需要。 4.3 采用FEM技術(有限元模擬解析技術),開展直線成型區、精成型區的彈塑性變形及軋製力能參數研究,建立寶鋼專有的ERW610機構成型工藝。 4.4 開發T.U.F油田用套管。T.U.F套管的開發是從鋼種的設計到冶煉、熱軋板卷生產 、鋼管成型、焊接及焊縫熱處理一體化的研究項目。T.U.F套管的開發成功,將使寶鋼ERW機構成為世界超一流的焊管機組。該項技術無疑將成為寶鋼團體的關鍵核心技術之一。 4.5 與軋輥生產企業合作開展軋輥國產化科研工作。 ERW機組的軋輥數目極多,其品種規格也頗雜,全部輥子的配置量約為ERW成型焊接線設備總重量的三分之一擺布。這些軋輥中,有一大部分輥子目前國內尚不能生產,需大量引進。是以,從降低生產本錢方麵來考慮,與國內軋輥生產企業合作,開發出適合生產需要的軋輥也是一件首要的科研工作。 5. 結論 寶鋼ERW610機組設備是世界一流的 ,但是生產經驗及技術達到世界先進水平還需要一個過程。世界先進的焊管企業已有50年以上的技術、經驗積澱,是寶鋼學習的榜樣。寶鋼ERW焊管投產後,正利用本身的上風,通過一貫治理體製,組織本身的研發職員,順應世界焊管技術發展的方向 ,積極開展科學研究工作 ,將寶鋼ERW610機組打造成為世界超一流的焊管機組,滿足更高端用戶的要求。v
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