寶鋼ERW610焊管機(jī)組的技術(shù)先進(jìn)性分析

1、寶鋼ERW610焊管機(jī)組的技術(shù)先進(jìn)性分析摘要:介紹了寶鋼ERW610焊管機(jī)組的建設(shè)情況及其產(chǎn)品定位;分析了世界先進(jìn)ERW焊管機(jī)組的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及世界一流ERW焊管機(jī)組的技術(shù)特征,并對比分析了寶鋼ERW610焊管機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn),闡述了寶鋼ERW610焊管機(jī)組的技術(shù)先進(jìn)之處。0前言 寶鋼ERW610焊管機(jī)組是按照世界上裝備最先進(jìn)的焊管生產(chǎn)線的目標(biāo)來建設(shè)的,是目前世界上第1條集成型焊接、精整、管加工、焊接套管全管熱處理于一體的ERW610焊管機(jī)組,可以生產(chǎn)X42X80鋼級的海上、陸地用管線管,P110鋼級以下的各類焊接套管以及各類結(jié)構(gòu)用圓管、方矩形管。 目前與此相似的焊管機(jī)組僅美國孤星鋼管廠(Lon

2、e Star)1家,但是該廠產(chǎn)品的最大規(guī)格為406.4 mm,且不生產(chǎn)方矩形管。寶鋼ERW610焊管機(jī)組的焊接成型線從SMS Meer公司引進(jìn),大部分設(shè)備采取國內(nèi)合作制造的方式,精整、管加工、熱處理線則采用單機(jī)國內(nèi)外采購,全線自行設(shè)計(jì)總成的方式。1寶鋼ERW610焊管機(jī)組建設(shè)基本情況1.1建設(shè)規(guī)模 該套機(jī)組年產(chǎn)219.1610 mm焊管30萬t,其中石油套管9萬t,管線用管18萬t,結(jié)構(gòu)用圓管1.5萬t,結(jié)構(gòu)用方矩形管1.5萬t。1.2產(chǎn)品大綱產(chǎn)品大綱見表1。2寶鋼ERW610機(jī)組的產(chǎn)品定位隨著石油工業(yè)的迅猛發(fā)展,油氣輸送用管及油氣田開采用管對各類鋼管的性能、質(zhì)量要求不斷提高。由于商業(yè)競爭日益

3、激烈,各大石油公司必須降低采購成本以取得市場優(yōu)勢。為了滿足市場的需要,直縫高頻焊接(ERW)鋼管的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝技術(shù)得到了快速發(fā)展,達(dá)到了一個(gè)新的高度。日本新日鐵、JFE,德國曼內(nèi)斯曼、希臘科林斯、韓國世亞等世界著名直縫焊管生產(chǎn)廠家已能生產(chǎn)陸上或海洋用X80鋼級管線管。在油田用套管生產(chǎn)方面,新日鐵已能按API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)不經(jīng)全管熱處理的N80-I鋼級套管。新日鐵名古屋制鐵所1986年建造的406 mm中口徑ERW機(jī)組,經(jīng)過數(shù)年的技術(shù)開發(fā)及設(shè)備改造,采用了世界上各類新開發(fā)的設(shè)備、技術(shù)以及自行開發(fā)的專有技術(shù),研發(fā)出T.U.F(Tough material,Uniform properties,Fr

4、eefrom defects)油井管。由于此類焊接油井管具有耐酸、高強(qiáng)度、高韌性及高壓潰性能,可以用于地質(zhì)條件很差的氣井、深井及海洋油田中,且價(jià)格比無縫鋼管低,因此具有廣闊的使用前景。新日鐵將此類直縫焊管命名為T.U.F油井管,并形成不同于API產(chǎn)品系列的NT系列,即新日鐵T.U.F油井管系列(Nippon Steel T.U.F for OCTG),其各項(xiàng)性能指標(biāo)均高于API標(biāo)準(zhǔn)。NT系列產(chǎn)品為當(dāng)今世界上油井管的高端產(chǎn)品,也是新日鐵的特有產(chǎn)品。 寶鋼ERW610焊管機(jī)組的焊接成型線引進(jìn)了SMS Meer公司開發(fā)的設(shè)備與技術(shù),并配置了世界上最先進(jìn)的無損探傷設(shè)備、高頻焊接設(shè)備、焊縫熱處理設(shè)備,建

5、成后將是世界上裝備最先進(jìn)的中口徑直縫焊管機(jī)組。投產(chǎn)后,通過生產(chǎn)工藝技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)的積累,并經(jīng)過科研開發(fā),將生產(chǎn)X80鋼級管線管(陸上、海洋用管線管)、API標(biāo)準(zhǔn)系列N80、P110套管及各類T.U.F套管。3世界先進(jìn)ERW焊管機(jī)組技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀焊接鋼管技術(shù)的發(fā)展是伴隨著與無縫鋼管產(chǎn)品的競爭而進(jìn)步的。焊接鋼管在某些領(lǐng)域中要取代無縫鋼管,關(guān)鍵在于產(chǎn)品要有高的質(zhì)量及較低的生產(chǎn)成本。焊接鋼管產(chǎn)品要保證高質(zhì)量,主要依靠3個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)步:一是鋼鐵冶煉技術(shù)的進(jìn)步;二是熱軋帶鋼技術(shù)的提高;三是制管技術(shù)的提高。因此,世界上高品質(zhì)的焊接鋼管大多數(shù)是由最先進(jìn)的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)的。因?yàn)榇笮弯撹F聯(lián)合企業(yè)從鋼鐵冶煉、帶卷

6、到焊接鋼管成品整個(gè)生產(chǎn)過程,可以較容易地實(shí)現(xiàn)質(zhì)量一貫控制,避免了某些焊管廠坯料吃“百家飯”,無法自行控制原料質(zhì)量的問題。世界著名的中口徑直縫焊接鋼管企業(yè)的工藝及產(chǎn)品鋼級比較見表2。 從表2可以看出,代表世界中口徑直縫焊管生產(chǎn)技術(shù)最高水平的廠家中,數(shù)新日鐵、JFE、曼內(nèi)斯曼最為突出。尤其是新日鐵,其產(chǎn)品不僅幾乎全面覆蓋了API允許用直縫焊管生產(chǎn)的各類鋼管,而且還能生產(chǎn)比API標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格的T.U.F油井管。因此,新日鐵直縫焊管生產(chǎn)是寶鋼ERW610焊管機(jī)組在今后的焊管生產(chǎn)中要趕超的目標(biāo)。4世界一流ERW焊管機(jī)組的技術(shù)特征4.1企業(yè)實(shí)行一貫質(zhì)量控制 焊管廠所使用的原料是本企業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)熱軋帶卷。熱軋

7、帶卷質(zhì)量的好壞直接決定了鋼管管體的各項(xiàng)性能指標(biāo)。特別是在尖端產(chǎn)品的生產(chǎn)中,質(zhì)量一貫管理是具有決定性作用的因素之一。 新日鐵之所以能生產(chǎn)各類焊接鋼管,其中一個(gè)重要原因是企業(yè)實(shí)行了制管所需的“專用合金設(shè)計(jì)”,由煉鋼廠生產(chǎn)出合格的鋼坯,熱軋廠軋制出高尺寸精度、耐酸、高韌性、高壓潰性能的板卷,然后再使用這些板卷生產(chǎn)高質(zhì)量的管線管及T.U.F油井管。 JFE的川崎制鐵所在建設(shè)中口徑直縫焊管廠時(shí),其產(chǎn)品的定位是生產(chǎn)各類陸上、海洋用管線管,工廠未設(shè)管加工車間;投產(chǎn)后,曾生產(chǎn)過N80-I鋼級的套管,后因管線管及結(jié)構(gòu)管生產(chǎn)繁忙而不再承接套管合同。該廠也實(shí)行質(zhì)量一貫管理所以其管線管從產(chǎn)品的合金成分設(shè)計(jì)到質(zhì)量控制都

8、能為制管生產(chǎn)提供有力的支持,再加上其制管技術(shù)的開發(fā),所生產(chǎn)的管線管在質(zhì)量、品種上均能滿足用戶要求。 曼內(nèi)斯曼焊管廠的原料板卷來源渠道單一,由蒂森熱軋廠供料。由于長期形成的合作關(guān)系,使其較易從源頭熱軋板卷上控制產(chǎn)品質(zhì)量。因此,其生產(chǎn)狀況與JFE相似。 科林斯與世亞則和上述3家焊管廠有所不同,他們的板卷原料從世界各國購買,原料的差異較大,造成了產(chǎn)品質(zhì)量的差異也較大,這也是他們不生產(chǎn)高端產(chǎn)品的原因之一。4.2采用銑邊機(jī)對板邊進(jìn)行銑切加工 板卷的熱軋自然邊經(jīng)過銑邊機(jī)加工后,板卷寬度一致,且具有較高的尺寸精度。經(jīng)過銑邊后的板卷,其邊部光滑、潔凈,這就大大提高了焊縫的質(zhì)量。4.3采用改進(jìn)的全排輥成型技術(shù)排

9、輥成型是由輥式成型演變而來的一種新的成型技術(shù)。排輥成型法出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代,90年代末SMS Meer公司總結(jié)了世界各國排輥成型設(shè)備所存在的問題,對設(shè)備的強(qiáng)度、剛度及成型方式進(jìn)行了較大改進(jìn),推出了SMS Meer排輥成型設(shè)備。 科林斯廠使用后實(shí)績很好。隨后SMS Meer公司對排輥成型區(qū)設(shè)備再作改進(jìn),形成全排輥成型技術(shù)。采用改進(jìn)后的全排輥成型技術(shù)可以防止帶鋼邊緣產(chǎn)生折皺,也就是可以通過沿帶鋼軸線方向邊緣外側(cè)的軋輥群控制邊緣延伸,同時(shí)軋輥群由外側(cè)束縛帶鋼邊緣,將邊緣外側(cè)作為壓縮變形形式吸收。所以這是一種既能保持連續(xù)塑性彎曲,又能防止邊緣延伸和吸收延伸的成型技術(shù)。4.4對管坯兩邊緣加熱采用高頻

10、感應(yīng)加熱方式大功率高頻感應(yīng)焊系20世紀(jì)90年代末開發(fā)的技術(shù)。在此之前,ERW610焊管機(jī)組均采用高頻接觸焊。進(jìn)入90年代后,海洋石油公司對海洋專用油氣管的要求越來越高,對接觸焊所引起的電火花燒痕,接觸塊的擦傷都有嚴(yán)格的規(guī)定。因此,在90年代中期以后建設(shè)的焊管廠都在尋求大功率高頻感應(yīng)焊接技術(shù)。 20世紀(jì)末科林斯廠在ERW610焊管機(jī)組中首次采用了1 800 kW高頻感應(yīng)焊技術(shù),并在世界上取得了良好的聲譽(yù)。在此之前,新日鐵名古屋1986年建設(shè)的ERW 406焊管機(jī)組,率先在同類機(jī)組中使用了高頻感應(yīng)焊(功率為1 000kW),并用此焊接設(shè)備生產(chǎn)T.U.F油井管。由此可見,在生產(chǎn)各類高端產(chǎn)品中高頻接觸

11、焊將逐漸被高頻感應(yīng)焊所取代。 20世紀(jì)建造的ERW610焊管機(jī)組均采用高頻接觸焊,如圖1(a)所示,即利用兩塊接觸片分別與管坯兩邊緣接觸,電流從一個(gè)接觸片沿V形回路流向另一個(gè)接觸片。因高頻電流產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)使V形回路,即管坯V形缺口邊緣瞬間被加熱到焊接溫度,加熱使金屬分子迅速擴(kuò)散,金屬產(chǎn)生再結(jié)晶,同時(shí)被焊成鋼管。由于高頻接觸焊的電極是與管坯表面接觸的,因此,管坯在前進(jìn)中的跳動及表面的不平整極易使電極與管坯表面產(chǎn)生電火花,造成管坯表面的燒損或疤痕,這在油氣專用管中是不允許的。此外,由于電極與管坯接觸,電極磨損后的粉末極易帶入焊縫,造成焊縫質(zhì)量不合格。接觸焊的優(yōu)點(diǎn)是熱效率高,電耗小。20世

12、紀(jì)末,高頻感應(yīng)技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展,大功率的高頻感應(yīng)加熱裝置開發(fā)成功。因此,在21世紀(jì)初建造的ERW610焊管機(jī)組中,大多選擇了高頻感應(yīng)加熱方式對管坯邊緣加熱。如圖1(b)所示,高頻感應(yīng)焊是將感應(yīng)線圈與管坯看成是變壓器的一次線圈與二次線圈,當(dāng)鋼管從感應(yīng)線圈中間通過,感應(yīng)線圈接通高頻電流時(shí)將產(chǎn)生高頻磁場,并在鋼管中產(chǎn)生渦流電流,密集的渦流電流經(jīng)過管坯邊緣V形回路,由于集膚效應(yīng)使兩邊緣產(chǎn)生大量的熱量而被加熱到焊接溫度,同時(shí)加壓焊合成鋼管。在感應(yīng)焊中由于感應(yīng)線圈同鋼管無任何接觸,從而避免了接觸焊帶來的各種弊端,提高了焊縫的質(zhì)量及鋼管的表面質(zhì)量。但感應(yīng)焊的電耗比接觸焊要大得多。4.5采用PWP焊接控

13、制技術(shù) 目前,除新日鐵之外,世界上其他著名的焊管企業(yè)均采用高頻焊機(jī)生產(chǎn)廠商提供的溫度檢測系統(tǒng),檢測焊縫區(qū)域的表面溫度,將檢測出的信息反饋到焊機(jī)的控制系統(tǒng),用來調(diào)節(jié)高頻電流的大小,控制焊縫區(qū)域的溫度。在焊管生產(chǎn)中,由于各類材質(zhì)、壁厚及焊接速度所需的焊接熱量是不同的,最佳焊接所需的熱量值的波動范圍又很窄,而開發(fā)商提供的焊接溫度控制元件僅是通過對各常規(guī)鋼種、在設(shè)定的焊接速度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn),所得出的數(shù)據(jù)經(jīng)歸納分析處理后做成控制元件提供給客戶。因此,在實(shí)際操作中,生產(chǎn)廠的操作人員要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及經(jīng)驗(yàn),觀察焊接區(qū)的金屬熔融焊接狀態(tài),對焊機(jī)輸出的熱量進(jìn)行調(diào)整。 新日鐵自行研究開發(fā)的PWP(Perfec

14、t Weld-ing Process完美焊接工藝)焊接控制技術(shù)是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的焊接控制技術(shù),是全面歸納總結(jié)其幾十年焊管生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),根據(jù)各種規(guī)格、焊接速度、壁厚、鋼種所需的焊接熱量而開發(fā)出的控制系統(tǒng)。采用該焊接控制系統(tǒng),將使整個(gè)焊接狀態(tài)控制在最佳范圍內(nèi),從而達(dá)到最佳焊接質(zhì)量。4.6采用URD精成型機(jī)、擠壓焊接機(jī)及定徑機(jī) 帶有快速換輥裝置的URD(Uniform RigidityDesign均勻剛性設(shè)計(jì))精成型機(jī)、擠壓焊接機(jī)及定徑機(jī)均為閉式框架結(jié)構(gòu)。用寬厚板制成的機(jī)架,其剛性在水平與垂直方向上均勻一致。由于是閉式機(jī)架,故在同樣截面積下,其剛性要高于開式立柱形機(jī)架。 在常規(guī)設(shè)計(jì)中,機(jī)架水平方向的剛

15、性一般要小于垂直方向。而在四輥軋機(jī)中,為了保證水平剛性達(dá)到要求,需增加水平方向機(jī)架的橫截面面積,造成機(jī)架重量增大,增加了設(shè)計(jì)及制造的難度。 采用帶有快速換輥裝置的URD機(jī)架,由于機(jī)架是板式框架結(jié)構(gòu),其快速換輥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及配置都比常規(guī)設(shè)計(jì)機(jī)架容易。使用換輥小車及安裝在機(jī)架上的軋輥?zhàn)i緊-打開系統(tǒng),就能在40 min內(nèi)完成全部的軋輥更換工作。若采用常規(guī)設(shè)計(jì)的機(jī)架,在更換軋輥時(shí)則需打開機(jī)架蓋,吊出舊軋輥,換入新軋輥,然后再裝好機(jī)架蓋,換輥時(shí)間將在4 h以上。4.7采用雙重中頻焊縫熱處理裝置在生產(chǎn)高鋼級的油氣輸送管及石油套管時(shí),焊縫熱處理技術(shù)至關(guān)重要。為了使焊縫的金相結(jié)構(gòu)及性能與管體一致,并使焊縫具有

16、高韌性,焊縫須經(jīng)淬火+回火(Q+T)或淬火+正火(Q+N)方法進(jìn)行熱處理。采用既能對焊縫進(jìn)行正火又能對焊縫進(jìn)行Q+T、Q+N的雙重中頻焊縫熱處理工藝,系20世紀(jì)90年代開發(fā)的新技術(shù)。目前,世界上僅新日鐵、JFE、科林斯及曼內(nèi)斯曼等少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的海洋管線管及新日鐵生產(chǎn)的T.U.F油井管的焊縫熱處理工藝采用這一技術(shù)。圖2所示為ERW焊管焊縫熱處理工藝示意。5寶鋼ERW610焊管機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)5.1實(shí)行質(zhì)量一貫管理體制 從鋼種的設(shè)計(jì)到原料的冶煉,板卷的軋制及焊管的生產(chǎn)全過程實(shí)行跟蹤管理。由于板卷的質(zhì)量是管體質(zhì)量的重要組成部分,實(shí)行質(zhì)量一貫管理體制,可以使產(chǎn)品質(zhì)量從源頭抓起。實(shí)行質(zhì)量一貫管理體制也為開

17、發(fā)各類新產(chǎn)品奠定了良好的物質(zhì)及技術(shù)管理基礎(chǔ)。該機(jī)組投產(chǎn)后,經(jīng)過一段時(shí)間的技術(shù)積累即有條件自行開發(fā)X80鋼級及T.U.F油井管產(chǎn)品。5.2采用帶鋼邊部探傷+全板探傷技術(shù) 為了滿足海洋用管線管的采購技術(shù)要求,從原料準(zhǔn)備區(qū)就開始實(shí)行嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控。超聲波帶鋼邊部探傷+全板探傷工藝,可以實(shí)時(shí)記錄帶鋼的分層缺陷并進(jìn)行料流跟蹤。對邊探或全板探發(fā)現(xiàn)的缺陷,在出廠前的管端探傷及全管體探傷設(shè)備上進(jìn)行復(fù)檢并作出最終的判斷。在ERW610焊管機(jī)組中,全面采用帶鋼邊探傷+全板探傷工藝目前僅寶鋼1家?？屏炙箯S正計(jì)劃改造,增加帶鋼超聲波探傷設(shè)備。新日鐵及JFE均采用帶鋼邊部超聲波探傷+全管體探傷方式。5.3采用銑邊機(jī)對帶

18、鋼邊緣進(jìn)行銑削加工 20世紀(jì)90年代之前制造的焊管機(jī)組,均采用刨邊機(jī)對帶鋼邊緣進(jìn)行加工。進(jìn)入90年代以后,對高鋼級焊管要求越來越高,刨邊機(jī)加工的板邊邊緣已不能滿足焊接發(fā)展的要求。因此,新建的企業(yè)都采用銑邊機(jī),而采用刨邊機(jī)的生產(chǎn)廠如新日鐵、JFE、曼內(nèi)斯曼都進(jìn)行了技術(shù)改造,采用銑邊機(jī)代替刨邊機(jī)。5.4采用新型排輥技術(shù)及URD機(jī) 架寶鋼所購買的排輥成型設(shè)備是由SMS Meer改進(jìn)后的全排輥成型設(shè)備,它增強(qiáng)了設(shè)備的強(qiáng)度和剛度,改進(jìn)了成型方式,在生產(chǎn)薄壁鋼管及高鋼級厚壁鋼管時(shí)可獲得良好的產(chǎn)品質(zhì)量。采用URD機(jī)架的精成型機(jī)、擠壓焊接機(jī)和定徑機(jī),均為SMS Meer公司的專利產(chǎn)品,是目前世界上最先進(jìn)的精成

19、型段設(shè)備,其強(qiáng)度、剛度、快速換輥及調(diào)整性能均優(yōu)于其他同類設(shè)備。2004年SMS Meer公司根據(jù)此類設(shè)備的使用狀況又作了較大改進(jìn),在精成型機(jī)各機(jī)架之間再加入一段小型排輥,以保證在生產(chǎn)薄壁鋼管時(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量。5.5采用大功率高頻感應(yīng)焊 寶鋼ERW610焊管機(jī)組吸取了世界同類機(jī)組的發(fā)展經(jīng)驗(yàn),結(jié)合當(dāng)前世界先進(jìn)的高頻感應(yīng)技術(shù)的發(fā)展,采用了高頻感應(yīng)焊接技術(shù),是世界上第3套采用此技術(shù)的焊管機(jī)組。所用高頻感應(yīng)焊設(shè)備的功率為1 800 kW,可生產(chǎn)壁厚達(dá)20 mm的中口徑管。5.6采用焊縫雙重?zé)崽幚硌b置寶鋼采用了既可對焊縫實(shí)行正火(N)又可對其進(jìn)行淬火+正火(Q+N)及淬火+回火(Q+T)熱處理的雙重?zé)崽幚硌b置

20、,每套中頻感應(yīng)裝置的功率為2 400 kW。第1套加熱裝置將焊縫加熱至淬火溫度,在2套加熱裝置之間的快速水冷區(qū),噴注乳化液對焊縫進(jìn)行快速冷卻,然后在第2套加熱裝置中再加熱以達(dá)到回火或正火目的。5.7采用計(jì)算機(jī)跟蹤技術(shù)寶鋼采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行料流跟蹤,對產(chǎn)品質(zhì)量逐根跟蹤。目前世界上采用該技術(shù)的僅有新日鐵及JFE。5.8按API及DNV標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)海洋管線管寶鋼按API及DNV標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)海洋管線管,并配置各類無損探傷設(shè)備及力學(xué)性能檢測設(shè)備。6結(jié)論(1)寶鋼擁有先進(jìn)的鋼鐵冶煉技術(shù)和熱軋帶鋼技術(shù),能實(shí)現(xiàn)從冶煉到焊接鋼管成品整個(gè)生產(chǎn)過程的質(zhì)量一貫控制,具備躋身世界一流焊管企業(yè)的必要條件。(2)寶鋼ERW610

21、焊管機(jī)組采用了世界上最先進(jìn)的工藝設(shè)備,為焊管產(chǎn)品開發(fā)、工藝技術(shù)的研究與發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(3)通過工藝生產(chǎn)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)的積累并經(jīng)過科研開發(fā),完全有能力生產(chǎn)X80及以上鋼級的管線管,N80、C90、C95、P110鋼級套管及各類T.U.F油井管。寶鋼ERW610焊管機(jī)組的技術(shù)先進(jìn)性分析摘要:介紹了寶鋼ERW610焊管機(jī)組的建設(shè)情況及其產(chǎn)品定位;分析了世界先進(jìn)ERW焊管機(jī)組的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及世界一流ERW焊管機(jī)組的技術(shù)特征,并對比分析了寶鋼ERW610焊管機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn),闡述了寶鋼ERW610焊管機(jī)組的技術(shù)先進(jìn)之處。0前言 寶鋼ERW610焊管機(jī)組是按照世界上裝備最先進(jìn)的焊管生產(chǎn)線的目標(biāo)來建設(shè)的,

22、是目前世界上第1條集成型焊接、精整、管加工、焊接套管全管熱處理于一體的ERW610焊管機(jī)組,可以生產(chǎn)X42X80鋼級的海上、陸地用管線管,P110鋼級以下的各類焊接套管以及各類結(jié)構(gòu)用圓管、方矩形管。 目前與此相似的焊管機(jī)組僅美國孤星鋼管廠(Lone Star)1家,但是該廠產(chǎn)品的最大規(guī)格為406.4 mm,且不生產(chǎn)方矩形管。寶鋼ERW610焊管機(jī)組的焊接成型線從SMS Meer公司引進(jìn),大部分設(shè)備采取國內(nèi)合作制造的方式,精整、管加工、熱處理線則采用單機(jī)國內(nèi)外采購,全線自行設(shè)計(jì)總成的方式。1寶鋼ERW610焊管機(jī)組建設(shè)基本情況1.1建設(shè)規(guī)模 該套機(jī)組年產(chǎn)219.1610 mm焊管30萬t,其中石

23、油套管9萬t,管線用管18萬t,結(jié)構(gòu)用圓管1.5萬t,結(jié)構(gòu)用方矩形管1.5萬t。1.2產(chǎn)品大綱產(chǎn)品大綱見表1。2寶鋼ERW610機(jī)組的產(chǎn)品定位 隨著石油工業(yè)的迅猛發(fā)展,油氣輸送用管及油氣田開采用管對各類鋼管的性能、質(zhì)量要求不斷提高。由于商業(yè)競爭日益激烈,各大石油公司必須降低采購成本以取得市場優(yōu)勢。為了滿足市場的需要,直縫高頻焊接(ERW)鋼管的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝技術(shù)得到了快速發(fā)展,達(dá)到了一個(gè)新的高度。日本新日鐵、JFE,德國曼內(nèi)斯曼、希臘科林斯、韓國世亞等世界著名直縫焊管生產(chǎn)廠家已能生產(chǎn)陸上或海洋用X80鋼級管線管。在油田用套管生產(chǎn)方面,新日鐵已能按API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)不經(jīng)全管熱處理的N80-I鋼級

24、套管。新日鐵名古屋制鐵所1986年建造的406 mm中口徑ERW機(jī)組,經(jīng)過數(shù)年的技術(shù)開發(fā)及設(shè)備改造,采用了世界上各類新開發(fā)的設(shè)備、技術(shù)以及自行開發(fā)的專有技術(shù),研發(fā)出T.U.F(Tough material,Uniform properties,Freefrom defects)油井管。由于此類焊接油井管具有耐酸、高強(qiáng)度、高韌性及高壓潰性能,可以用于地質(zhì)條件很差的氣井、深井及海洋油田中,且價(jià)格比無縫鋼管低,因此具有廣闊的使用前景。新日鐵將此類直縫焊管命名為T.U.F油井管,并形成不同于API產(chǎn)品系列的NT系列,即新日鐵T.U.F油井管系列(Nippon Steel T.U.F for OCTG)

25、,其各項(xiàng)性能指標(biāo)均高于API標(biāo)準(zhǔn)。NT系列產(chǎn)品為當(dāng)今世界上油井管的高端產(chǎn)品,也是新日鐵的特有產(chǎn)品。 寶鋼ERW610焊管機(jī)組的焊接成型線引進(jìn)了SMS Meer公司開發(fā)的設(shè)備與技術(shù),并配置了世界上最先進(jìn)的無損探傷設(shè)備、高頻焊接設(shè)備、焊縫熱處理設(shè)備,建成后將是世界上裝備最先進(jìn)的中口徑直縫焊管機(jī)組。投產(chǎn)后,通過生產(chǎn)工藝技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)的積累,并經(jīng)過科研開發(fā),將生產(chǎn)X80鋼級管線管(陸上、海洋用管線管)、API標(biāo)準(zhǔn)系列N80、P110套管及各類T.U.F套管。3世界先進(jìn)ERW焊管機(jī)組技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 焊接鋼管技術(shù)的發(fā)展是伴隨著與無縫鋼管產(chǎn)品的競爭而進(jìn)步的。焊接鋼管在某些領(lǐng)域中要取代無縫鋼管,關(guān)鍵在于產(chǎn)品要有高的

26、質(zhì)量及較低的生產(chǎn)成本。焊接鋼管產(chǎn)品要保證高質(zhì)量,主要依靠3個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)步:一是鋼鐵冶煉技術(shù)的進(jìn)步;二是熱軋帶鋼技術(shù)的提高;三是制管技術(shù)的提高。因此,世界上高品質(zhì)的焊接鋼管大多數(shù)是由最先進(jìn)的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)的。因?yàn)榇笮弯撹F聯(lián)合企業(yè)從鋼鐵冶煉、帶卷到焊接鋼管成品整個(gè)生產(chǎn)過程,可以較容易地實(shí)現(xiàn)質(zhì)量一貫控制,避免了某些焊管廠坯料吃“百家飯”,無法自行控制原料質(zhì)量的問題。世界著名的中口徑直縫焊接鋼管企業(yè)的工藝及產(chǎn)品鋼級比較見表2。 從表2可以看出,代表世界中口徑直縫焊管生產(chǎn)技術(shù)最高水平的廠家中,數(shù)新日鐵、JFE、曼內(nèi)斯曼最為突出。尤其是新日鐵,其產(chǎn)品不僅幾乎全面覆蓋了API允許用直縫焊管生產(chǎn)的各類

27、鋼管,而且還能生產(chǎn)比API標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格的T.U.F油井管。因此,新日鐵直縫焊管生產(chǎn)是寶鋼ERW610焊管機(jī)組在今后的焊管生產(chǎn)中要趕超的目標(biāo)。4世界一流ERW焊管機(jī)組的技術(shù)特征4.1企業(yè)實(shí)行一貫質(zhì)量控制 焊管廠所使用的原料是本企業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)熱軋帶卷。熱軋帶卷質(zhì)量的好壞直接決定了鋼管管體的各項(xiàng)性能指標(biāo)。特別是在尖端產(chǎn)品的生產(chǎn)中,質(zhì)量一貫管理是具有決定性作用的因素之一。 新日鐵之所以能生產(chǎn)各類焊接鋼管,其中一個(gè)重要原因是企業(yè)實(shí)行了制管所需的“專用合金設(shè)計(jì)”,由煉鋼廠生產(chǎn)出合格的鋼坯,熱軋廠軋制出高尺寸精度、耐酸、高韌性、高壓潰性能的板卷,然后再使用這些板卷生產(chǎn)高質(zhì)量的管線管及T.U.F油井管。 JFE

28、的川崎制鐵所在建設(shè)中口徑直縫焊管廠時(shí),其產(chǎn)品的定位是生產(chǎn)各類陸上、海洋用管線管,工廠未設(shè)管加工車間;投產(chǎn)后,曾生產(chǎn)過N80-I鋼級的套管,后因管線管及結(jié)構(gòu)管生產(chǎn)繁忙而不再承接套管合同。該廠也實(shí)行質(zhì)量一貫管理所以其管線管從產(chǎn)品的合金成分設(shè)計(jì)到質(zhì)量控制都能為制管生產(chǎn)提供有力的支持,再加上其制管技術(shù)的開發(fā),所生產(chǎn)的管線管在質(zhì)量、品種上均能滿足用戶要求。 曼內(nèi)斯曼焊管廠的原料板卷來源渠道單一,由蒂森熱軋廠供料。由于長期形成的合作關(guān)系,使其較易從源頭熱軋板卷上控制產(chǎn)品質(zhì)量。因此,其生產(chǎn)狀況與JFE相似。 科林斯與世亞則和上述3家焊管廠有所不同,他們的板卷原料從世界各國購買,原料的差異較大,造成了產(chǎn)品質(zhì)量

29、的差異也較大,這也是他們不生產(chǎn)高端產(chǎn)品的原因之一。4.2采用銑邊機(jī)對板邊進(jìn)行銑切加工 板卷的熱軋自然邊經(jīng)過銑邊機(jī)加工后,板卷寬度一致,且具有較高的尺寸精度。經(jīng)過銑邊后的板卷,其邊部光滑、潔凈,這就大大提高了焊縫的質(zhì)量。4.3采用改進(jìn)的全排輥成型技術(shù)排輥成型是由輥式成型演變而來的一種新的成型技術(shù)。排輥成型法出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代,90年代末SMS Meer公司總結(jié)了世界各國排輥成型設(shè)備所存在的問題,對設(shè)備的強(qiáng)度、剛度及成型方式進(jìn)行了較大改進(jìn),推出了SMS Meer排輥成型設(shè)備。 科林斯廠使用后實(shí)績很好。隨后SMS Meer公司對排輥成型區(qū)設(shè)備再作改進(jìn),形成全排輥成型技術(shù)。采用改進(jìn)后的全排輥成型技

30、術(shù)可以防止帶鋼邊緣產(chǎn)生折皺,也就是可以通過沿帶鋼軸線方向邊緣外側(cè)的軋輥群控制邊緣延伸,同時(shí)軋輥群由外側(cè)束縛帶鋼邊緣,將邊緣外側(cè)作為壓縮變形形式吸收。所以這是一種既能保持連續(xù)塑性彎曲,又能防止邊緣延伸和吸收延伸的成型技術(shù)。4.4對管坯兩邊緣加熱采用高頻感應(yīng)加熱方式大功率高頻感應(yīng)焊系20世紀(jì)90年代末開發(fā)的技術(shù)。在此之前,ERW610焊管機(jī)組均采用高頻接觸焊。進(jìn)入90年代后,海洋石油公司對海洋專用油氣管的要求越來越高,對接觸焊所引起的電火花燒痕,接觸塊的擦傷都有嚴(yán)格的規(guī)定。因此,在90年代中期以后建設(shè)的焊管廠都在尋求大功率高頻感應(yīng)焊接技術(shù)。 20世紀(jì)末科林斯廠在ERW610焊管機(jī)組中首次采用了1

31、800 kW高頻感應(yīng)焊技術(shù),并在世界上取得了良好的聲譽(yù)。在此之前,新日鐵名古屋1986年建設(shè)的ERW 406焊管機(jī)組,率先在同類機(jī)組中使用了高頻感應(yīng)焊(功率為1 000kW),并用此焊接設(shè)備生產(chǎn)T.U.F油井管。由此可見,在生產(chǎn)各類高端產(chǎn)品中高頻接觸焊將逐漸被高頻感應(yīng)焊所取代。 20世紀(jì)建造的ERW610焊管機(jī)組均采用高頻接觸焊,如圖1(a)所示,即利用兩塊接觸片分別與管坯兩邊緣接觸,電流從一個(gè)接觸片沿V形回路流向另一個(gè)接觸片。因高頻電流產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)使V形回路,即管坯V形缺口邊緣瞬間被加熱到焊接溫度,加熱使金屬分子迅速擴(kuò)散,金屬產(chǎn)生再結(jié)晶,同時(shí)被焊成鋼管。由于高頻接觸焊的電極是與管坯

32、表面接觸的,因此,管坯在前進(jìn)中的跳動及表面的不平整極易使電極與管坯表面產(chǎn)生電火花,造成管坯表面的燒損或疤痕,這在油氣專用管中是不允許的。此外,由于電極與管坯接觸,電極磨損后的粉末極易帶入焊縫,造成焊縫質(zhì)量不合格。接觸焊的優(yōu)點(diǎn)是熱效率高,電耗小。 20世紀(jì)末,高頻感應(yīng)技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展,大功率的高頻感應(yīng)加熱裝置開發(fā)成功。因此,在21世紀(jì)初建造的ERW610焊管機(jī)組中,大多選擇了高頻感應(yīng)加熱方式對管坯邊緣加熱。如圖1(b)所示,高頻感應(yīng)焊是將感應(yīng)線圈與管坯看成是變壓器的一次線圈與二次線圈,當(dāng)鋼管從感應(yīng)線圈中間通過,感應(yīng)線圈接通高頻電流時(shí)將產(chǎn)生高頻磁場,并在鋼管中產(chǎn)生渦流電流,密集的渦流電流經(jīng)過

33、管坯邊緣V形回路,由于集膚效應(yīng)使兩邊緣產(chǎn)生大量的熱量而被加熱到焊接溫度,同時(shí)加壓焊合成鋼管。在感應(yīng)焊中由于感應(yīng)線圈同鋼管無任何接觸,從而避免了接觸焊帶來的各種弊端,提高了焊縫的質(zhì)量及鋼管的表面質(zhì)量。但感應(yīng)焊的電耗比接觸焊要大得多。4.5采用PWP焊接控制技術(shù) 目前,除新日鐵之外,世界上其他著名的焊管企業(yè)均采用高頻焊機(jī)生產(chǎn)廠商提供的溫度檢測系統(tǒng),檢測焊縫區(qū)域的表面溫度,將檢測出的信息反饋到焊機(jī)的控制系統(tǒng),用來調(diào)節(jié)高頻電流的大小,控制焊縫區(qū)域的溫度。在焊管生產(chǎn)中,由于各類材質(zhì)、壁厚及焊接速度所需的焊接熱量是不同的,最佳焊接所需的熱量值的波動范圍又很窄,而開發(fā)商提供的焊接溫度控制元件僅是通過對各常規(guī)

34、鋼種、在設(shè)定的焊接速度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn),所得出的數(shù)據(jù)經(jīng)歸納分析處理后做成控制元件提供給客戶。因此,在實(shí)際操作中,生產(chǎn)廠的操作人員要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及經(jīng)驗(yàn),觀察焊接區(qū)的金屬熔融焊接狀態(tài),對焊機(jī)輸出的熱量進(jìn)行調(diào)整。 新日鐵自行研究開發(fā)的PWP(Perfect Weld-ing Process完美焊接工藝)焊接控制技術(shù)是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的焊接控制技術(shù),是全面歸納總結(jié)其幾十年焊管生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),根據(jù)各種規(guī)格、焊接速度、壁厚、鋼種所需的焊接熱量而開發(fā)出的控制系統(tǒng)。采用該焊接控制系統(tǒng),將使整個(gè)焊接狀態(tài)控制在最佳范圍內(nèi),從而達(dá)到最佳焊接質(zhì)量。4.6采用URD精成型機(jī)、擠壓焊接機(jī)及定徑機(jī) 帶有快速換輥裝置的URD(

35、Uniform RigidityDesign均勻剛性設(shè)計(jì))精成型機(jī)、擠壓焊接機(jī)及定徑機(jī)均為閉式框架結(jié)構(gòu)。用寬厚板制成的機(jī)架,其剛性在水平與垂直方向上均勻一致。由于是閉式機(jī)架,故在同樣截面積下,其剛性要高于開式立柱形機(jī)架。 在常規(guī)設(shè)計(jì)中,機(jī)架水平方向的剛性一般要小于垂直方向。而在四輥軋機(jī)中,為了保證水平剛性達(dá)到要求,需增加水平方向機(jī)架的橫截面面積,造成機(jī)架重量增大,增加了設(shè)計(jì)及制造的難度。 采用帶有快速換輥裝置的URD機(jī)架,由于機(jī)架是板式框架結(jié)構(gòu),其快速換輥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及配置都比常規(guī)設(shè)計(jì)機(jī)架容易。使用換輥小車及安裝在機(jī)架上的軋輥?zhàn)i緊-打開系統(tǒng),就能在40 min內(nèi)完成全部的軋輥更換工作。若采用常

36、規(guī)設(shè)計(jì)的機(jī)架,在更換軋輥時(shí)則需打開機(jī)架蓋,吊出舊軋輥,換入新軋輥,然后再裝好機(jī)架蓋,換輥時(shí)間將在4 h以上。4.7采用雙重中頻焊縫熱處理裝置 在生產(chǎn)高鋼級的油氣輸送管及石油套管時(shí),焊縫熱處理技術(shù)至關(guān)重要。為了使焊縫的金相結(jié)構(gòu)及性能與管體一致,并使焊縫具有高韌性,焊縫須經(jīng)淬火+回火(Q+T)或淬火+正火(Q+N)方法進(jìn)行熱處理。采用既能對焊縫進(jìn)行正火又能對焊縫進(jìn)行Q+T、Q+N的雙重中頻焊縫熱處理工藝,系20世紀(jì)90年代開發(fā)的新技術(shù)。目前,世界上僅新日鐵、JFE、科林斯及曼內(nèi)斯曼等少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的海洋管線管及新日鐵生產(chǎn)的T.U.F油井管的焊縫熱處理工藝采用這一技術(shù)。圖2所示為ERW焊管焊縫熱處理工藝示意。5寶鋼ERW610焊管機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)5.1實(shí)行質(zhì)量一貫管理體制 從鋼種的設(shè)計(jì)到原料的冶煉,板卷的軋制及焊管的生產(chǎn)全過程實(shí)行跟蹤管理。由于板卷的質(zhì)量是管體質(zhì)量的重要組成部分,實(shí)行質(zhì)量一貫管理體制,可以使產(chǎn)品質(zhì)量從源頭抓起。實(shí)行質(zhì)量一貫管理體制也為開發(fā)各類新產(chǎn)品奠定了良好的物質(zhì)及技術(shù)管理基礎(chǔ)。該機(jī)組投產(chǎn)后,經(jīng)過一段時(shí)間的技術(shù)積累即有條件自行開發(fā)X80鋼級及T.U.F油井管產(chǎn)品。5.2采用帶鋼邊部探傷+全板探傷技術(shù) 為了滿足海洋用管線管的采購技