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摘要：油气输送管线工作压力的不断提高，扩大了对高强度管线钢热煨弯管的需求。而高强度管线钢热煨弯管的质量在很大程度上决定着油气长输管道的安全运行，因此研究如何提高热煨弯管的综合性能和质量具有重要的意义。利用金属材料晶格理论和相变规律，提出了弯管用钢管的化学成分和机械性能要求。优选出了高强度管线钢热煨弯管的工艺方案，分析了该工艺下影响弯管质量的关键因素和问题。通过不同工艺参数下材料的机械性能及金相组织的对比分析，并结合实际生产的经验，确定并细化完成了淬火+回火生产工艺下，影响高强度管线钢热煨弯管质量和性能的感应加热温度、冷却速度、推进速度、回火温度等重要工艺参数。
关键词：管线钢；弯管；工艺；质量
1.引言
为了经济地将石油和天然气从遥远的油气田输送到使用地区，油气长输管线的工作压力不断提高。陆上天然气管线的工作压力已提高到15MPa以上，西气东输管道建设以来，我国天然气干线工作压力从6.4MPa提高到10Mpa，将要建设的西气东输二线等天然气长输管线可能采用12MPa或更高的工作压力。西气东输工程之前，我国油气管线最高钢级为X60，采用铁素体－少珠光体组织，自西气东输工程以来，针状铁素体组织在我国X70／X80高钢级管线获得了广泛的应用。采用高钢级管线管建造长距离管线有着显著的经济优势，这些优势来自于管线输送效率的提高和材料成本的下降[1]。弯管是长距离油气输送管道的重要组成部分，弯管质量的好坏将直接影响到管道的安全运行，国内外管道的失效事故中有许多是因弯管质量问题所造成的，因此弯管的生产工艺及质量性能控制一直是人们所关心的关键问题。为保证管道用弯管与干线钢管对接焊缝的焊接质量，油气长输管线弯管均采用同钢级管线钢钢管弯制。管线钢再一次受热，其控轧控冷效应将会受到不同程度的影响，若热弯工艺制度参数不当，其强度（特别是屈服强度）将会损失1/3～1/2，严重时还会开裂。因此，对管线钢热煨弯管的生产，特别是高强度管线钢热煨弯管的生产，必须综合考虑影响质量性能的多种因素，对一些关键问题进行分析研究。
2.热煨弯管用钢管要求
感应加热弯管的煨制过程实际是一个淬火过程，通过中频加热方法将钢迅速加热到Ac3以上，并通过短时保温后迅速冷却得到淬火组织，它的金相组织不可避免有所粗化，细晶强化效果减弱。因此，要保证感应加热弯管强韧性，需提高钢的固溶强化和沉淀强化作用。弯管母管的化学成分、性能、结构组织等直接决定着热煨弯管的质量性能。但由于热弯工艺、弯管生产设备及控制技术的不同，对热煨弯管用母管的质量性能要求存在一定的差异。
国外在感应加热弯管用原材料钢管的化学成分设计方面非常重视合金成分的选择与设计，其中最重要的合金元素之一是Nb，利用Nb在钢板轧制过程中Nb（C，N）的细晶化（晶粒细化）和沉淀硬化作用，以获得高强度、高韧性。感应加热弯曲时，感应加热过程中所产生的Nb（C，N）是主要的沉淀析出物，这种细的沉淀物在感应加热和弯曲过程中能够抑制奥氏体晶粒的长大。细小的奥氏体晶粒淬火后产生细小的显微组织，因此韧性好。然而，在一定程度上Nb（C，N）的溶解对获得高强度有不利影响，这需要添加别的合金元素，如V、Mo、Cr、Ni等。它们在弯管煨制和回火提高钢的强韧性作用有以下几方面：一是提高钢的淬透性；二是固溶强化作用；三是合金化合物的沉淀强化作用；四是细化晶粒作用。所以，考虑到强度和韧性的均衡，就必须恰当确定合金元素含量及加热温度。
碳当量也是一个重要的影响因素。碳当量高，淬硬性好，热煨后弯管的强度高，但是弯管的可焊性和韧性相对较差。根据弯管的性能要求，管线钢热煨弯管原材料钢管的碳当量一般控制在0.35～0.43%范围内。
热煨弯管用母管的机械性能对热煨弯管的性能有直接影响。母管化学成分设计只是决定母管性能的必要条件，还不是充分条件。钢板（卷）的轧制工艺，如轧制温度、轧制道次及压下量等，以及制管工艺都对母管的最终机械性能有直接影响，同一种成分设计的钢管，因控轧工艺与制管工艺的不同或差异，可得到强度级别不同的控轧钢管。用同一强度级别的控轧钢管做母管，由于原轧板轧制工艺不同，即使采用相同的弯管弯制工艺，所生产的弯管力学性能也将会不同。因此，对热煨弯管用母管的要求，除了重视化学成分设计要求外，还必须十分重视热煨弯管用母管的机械性能要求，以此来间接控制轧制工艺与制管工艺，使母管的性能较均衡，最终保证热煨弯管的性能差异不大。
3.热煨弯管工艺方案
热煨弯管目前普遍采用的是中频感应加热，液压或链条推制送进，摇臂旋转限位弯制成型。对于感应加热煨制弯管，其弯制工艺方案一般可归纳为淬火(高温加热与快速水冷) 免回火与淬火+回火两大类型。每一种热弯工艺都有一定的适用范围和局限性，没有国内外都统一的、普遍适用的热弯工艺模式。在具体的热煨弯管弯制中，需要根据热弯管的性能要求、材质、管径与壁厚大小、热弯设备及控制技术等具体情况选取不同的热弯工艺，并制订合适的热弯工艺参数，才能保证弯制出合格的弯管。
淬火免回火工艺由于不需要对弯管进行整体热处理，工艺相对比较简单，是一种有效降低热煨弯管生产成本的工艺方法。采用免回火工艺时，弯制弯管的母管与干线管的成分和主要力学性能基本相同，一般需要适当提高母管的屈服强度。该工艺在热弯管的弯曲部分和直管段之间存在着一个加热温度过渡区，会影响此区域管材的力学性能。
淬火+回火工艺加工后的弯管整体质量比较稳定，由于该工艺对弯管进行了整体回火处理，有利于细化组织，调整材料的晶格结构，提高弯管的韧性指标，消除弯管加工中造成的残余应力。而且SY/T 5257-2012《油气输送用钢制弯管》标准中明确要求，对于L415（X60）及其以上钢级和处于酸性环境的弯管热煨加工后必须进行回火热处理。所以在高强度管线钢热煨弯管加工中，应优选淬火+回火工艺。
4.工艺参数选择及控制
4.1 感应加热温度
感应加热温度是影响热煨弯管性能的最主要参数之一。由于油气管道用控轧钢都是低碳微合金钢， Mo、Ni、Nb、V、Ti等合金元素对热煨弯管的性能影响很大，影响也很复杂。研究表明，Mo、Cr、Ni、Cu是提高淬透性最为有效的元素。而V、Ti的影响较复杂，如果它们溶解在铁素体基体里则有利于淬透性，但如形成碳化物或其它稳定化合物则对淬透性不利。Nb能够抑制奥氏体晶粒的长大，使钢的强度高、韧性好。然而，在一定程度上Nb（C，N）的溶解对获得高强度有不利影响。试验研究表明，随着温度的增加，含Nb钢的奥氏体晶粒尺寸明显增大。因此，从热煨弯管的强度和韧性均衡考虑，必须针对不同成分，特别是微合金元素含量的母管，研究确定适宜的感应加热温度。选取X70弯管为研究对象，其在不同加热温度下获得的力学性能见表1。
表1不同加热温度下材料的力学性能
加热温度 / ℃ σb / MPa σs / MPa δ/﹪ ψ/﹪ CVN/J SA/﹪
850 572（579；565） 470（478；462） 24（22；25） 80（80；79） 300（305；295） 99（100；98）
950 580（577；583） 490（497；483） 24（22；25） 81（81；81） 300（285；315） 100（100；100）
1050 594（593；596） 499（503；495） 20（20；20） 80（80；80） 258（220；295） 89（92；88）
1200 598（605；592） 509（507；511） 18（18；18） 78（80；77） 32（23；40） 0（0；0）
由表1可以看出，随着加热温度的升高，材料的强度增加、韧性降低。当加热温度较低，处于Ac1～Ac3两相区温度（如850℃）时，弯管的抗拉强度较低（接近材料的强度下限值）；当加热温度达到1200℃时，弯管的韧性水平急剧降低，呈现全脆性断裂，说明弯管此时出现过烧现象。在950～1050℃的加热温度范围，可使X70钢级弯管获得较好的强韧水平[2]。因此对于广泛应用的低C含Nb微合金控轧高强度管线钢的最佳加热温度范围应控制在950～1050℃。在这个温度范围内，随着钢级高低的不同，加热温度的选取应有一定的变化，一般钢级越高采用的加热温度也应越高。
4.2 冷却速度
冷却速度也是热弯工艺的最重要控制参数之一。冷却速度取决于原材料钢管的壁厚、弯曲半径和推进速度等，尤其是主要地取决于弯曲部分的壁厚。在实际生产中，一般是通过控制冷却水流量和压力来控制冷却速度，通常冷却水流量大一些、压力高一些，冷却效果会好一些。同时，冷却效果也与加热圈冷却喷水孔直径、喷水孔间距以及喷射角度有直接关系，在相同的水流量和压力下，喷水孔直径和间距较小，可使水流经炽热的加热带附近的管壁表面时，不易在管壁表面形成水蒸汽膜，有利于提高冷却效果。喷射角度应确保冷却水尽可能均匀地喷射到靠近红热的管体上，并使溅射到管壁表面上的冷却水不会沿管壁面发生回流，避免影响或降低正在加热而未弯曲或正在弯曲的红热部位管体的温度。对于高强度、特厚钢管的感应加热弯曲，为了提高淬透性和冷却效果，减少碳当量或降低冷裂纹系数，可采用双频或多频淬火，并从弯管内表面和外表面同时冷却的方法。对于X70钢级中频热煨弯管，在不同冷却速度下获得的机械性能见表2。
表2不同冷却速度下材料的机械性能
加热温度 / ℃ σb / MPa σs / MPa δ/﹪ ψ/﹪ CVN/J SA/﹪
5 554（545；562） 471（475；467） 20（20；20） 79（79；79） 260（300；220） 89（104；85）
10 580（580；580） 485（495；475） 26（26；26） 79（80；78） 258（296；220） 89（82；96）
20 594（593；596） 499（503；495） 20（20；20） 80（80；80） 278（295；260） 90（92；88）
30 601（601；600） 508（509；506） 20（19；20） 80（80；80） 310（310；310） 100（100；100）
40 606（6051；606） 514（511；516） 21（21；21） 82（82；81） 318（310；325） 96（100；88）
由表2中各项统计数据得知，随冷却速度的升高，材料的强度、韧性增加。当冷却速度较低（5℃/s）时，材料的拉伸性能低于标准中X70性能要求。冷却速度较高（10～40℃/s）时，可使材料获得较好的强韧水平。
图1为材料的金相显微组织，结果表明，当冷却速度较低时，材料的主要组织为珠光体和多边形铁素体（见图1a），随着冷却速度的增加，γ-α相变温度降低，从而促进了针状铁素体的形成（见图1b）。由于针状铁素体形成过程中的过饱和固溶、细小的亚结构和多位向析出形态，赋予了材料良好的强韧特性[3]。
因此，在高强度管线钢弯管加工过程中，提高冷却速度，可以提高弯管的强度和韧性。冷却速度越高，材料的强韧性越好。在实际生产中冷却速度必须保证在10℃/s以上，且在保证加热温度和加热红带宽度的前提下，冷却速度越高越好。
图1不同冷却速度下材料的金相显微组织
4.3 推进速度
推进速度对感应加热弯管性能存在一定的影响，但不十分敏感。在感应加热弯制过程中，确定钢管的推进速度不但要考虑到生产效率，而且要注意到原材料钢管内侧和外侧加热温度的不同、冷却速度及加热速度的差异等。推进速度慢，生产效率低，还可能出现“过烧”现象；推进速度快，生产效率高，但可能出现“冷弯”现象。一般随壁厚的增加，推制速度相应降低。推制速度的选取还要考虑弯管的弯曲半径，在煨制小曲率半径的弯管时，为了控制弯管的圆度和壁厚减薄率，要相应降低推进的速度。
事实上在煨制同一件弯管时，推进速度也不是一成不变的。因为在弯管的起弧段，由于是从曲率半径无限大的直管突然变成具有相对较小定值曲率半径的弯管，如果速度过快，容易出现延时起弧现象，严重的还会出现内弧起皱或外弧管壁撕裂。因此在弯管的起弧段煨制过程的应该是一个缓慢提速的引弧过程，其最高速度不能超过正常推制速度的1/2。通常从起弧段之后的500mm长度或15°左右范围内（具体视管径和弯曲半径而定）存在一个过渡段，在过渡段内，由于弯管尚未完全定型，此时如果速度过快，会造成椭圆度超标或内弧出现波浪状皱褶。为了保证成型质量，过渡段的推进速度应控制在正常推制速度的2/3以内。等正常起弧并圆滑过渡之后，弯管方进入正常煨制阶段，这时的工进速度即是我们通常所指的推进速度。热煨弯管整个煨制过程推进速度的变化如图2所示。
图2推进速度变化示意图
图3回火温度与合金钢韧性关系图
4.4 回火温度
高强度管线钢热煨弯管在产生淬火效应的煨制加工之后，硬度和强度升高，韧性降低。为了获得较高的强度和韧性等综合力学性能，需要进行回火热处理。合金钢的冲击韧性变化规律如图3所示。
从图3中可以看出，加热到500～650℃高温回火区，在快冷的情况下，合金钢具有较好的冲击韧性。这是因为采用高温回火，得到的是回火索氏体，其渗碳体为粒状，粒状渗碳体有利于阻止断裂过程的发展[4]，从而有效提高了弯管的韧性和抗裂能力。但是在这个温度区内，存在高温回火脆性（第二类回火脆性），如果回火保温后缓慢冷却，会出现冲击韧性显著降低，脆性升高的现象。所以高强度管线钢热煨弯管应实行加热到高温回火温度区，保温一定时间，然后出炉快速冷却的回火工艺。
经鲁皖成品油管道工程X60材质和石家庄-太原成品油管道工程X65材质热煨弯管的生产试制及实际生产得知，高强度管线钢热煨弯管在经过不同温度的高温回火后,其拉伸性能和冲击韧性变化幅度较小。当回火温度处于530～550℃时，弯管有较好的强韧配合。保温时间的长短视弯管的壁厚大小而定，一般每25mm壁厚保温1h，且不低于15min。
5.结论
根据以上分析认为，应在钢管原材料的化学成分和机械性能满足要求的前提下，利用淬火+回火的热煨工艺方案，采取必要的措施，保证950～1050℃的感应加热温度，10℃/s以上的冷却速度，分段调整的推进速度，530～550℃的回火温度，才能得到高质量的高强度管线钢热煨弯管，使其获得良好的综合机械性能。
参考文献：
[1] 中国建材网.石油焊管制造对钢材要求及发展趋势.[EB/OL].http://www.jc0757.com/scripts/news/trade/view_288798.html.
[2] 李为卫,熊庆人,刘迎来,等.加热温度对X70管线钢感应加热弯管组织性能的影响[J].热加工工艺,2003,(3):38.
[3] 高惠临.管线钢组织、性能、焊接行为[M].西安：陕西科学技术出版社,1995.
[4] 郑明新.工程材料[M].北京：清华大学出版社,1996.
作者简介：
庄树泉，男，汉族，1977年出生，工程师，山东日照人，现为胜利油田胜利管件有限责任公司经理，主要从事管件的生产管理及研究。
关键词：管线钢；弯管；工艺；质量
1.引言
为了经济地将石油和天然气从遥远的油气田输送到使用地区，油气长输管线的工作压力不断提高。陆上天然气管线的工作压力已提高到15MPa以上，西气东输管道建设以来，我国天然气干线工作压力从6.4MPa提高到10Mpa，将要建设的西气东输二线等天然气长输管线可能采用12MPa或更高的工作压力。西气东输工程之前，我国油气管线最高钢级为X60，采用铁素体－少珠光体组织，自西气东输工程以来，针状铁素体组织在我国X70／X80高钢级管线获得了广泛的应用。采用高钢级管线管建造长距离管线有着显著的经济优势，这些优势来自于管线输送效率的提高和材料成本的下降[1]。弯管是长距离油气输送管道的重要组成部分，弯管质量的好坏将直接影响到管道的安全运行，国内外管道的失效事故中有许多是因弯管质量问题所造成的，因此弯管的生产工艺及质量性能控制一直是人们所关心的关键问题。为保证管道用弯管与干线钢管对接焊缝的焊接质量，油气长输管线弯管均采用同钢级管线钢钢管弯制。管线钢再一次受热，其控轧控冷效应将会受到不同程度的影响，若热弯工艺制度参数不当，其强度（特别是屈服强度）将会损失1/3～1/2，严重时还会开裂。因此，对管线钢热煨弯管的生产，特别是高强度管线钢热煨弯管的生产，必须综合考虑影响质量性能的多种因素，对一些关键问题进行分析研究。
2.热煨弯管用钢管要求
感应加热弯管的煨制过程实际是一个淬火过程，通过中频加热方法将钢迅速加热到Ac3以上，并通过短时保温后迅速冷却得到淬火组织，它的金相组织不可避免有所粗化，细晶强化效果减弱。因此，要保证感应加热弯管强韧性，需提高钢的固溶强化和沉淀强化作用。弯管母管的化学成分、性能、结构组织等直接决定着热煨弯管的质量性能。但由于热弯工艺、弯管生产设备及控制技术的不同，对热煨弯管用母管的质量性能要求存在一定的差异。
国外在感应加热弯管用原材料钢管的化学成分设计方面非常重视合金成分的选择与设计，其中最重要的合金元素之一是Nb，利用Nb在钢板轧制过程中Nb（C，N）的细晶化（晶粒细化）和沉淀硬化作用，以获得高强度、高韧性。感应加热弯曲时，感应加热过程中所产生的Nb（C，N）是主要的沉淀析出物，这种细的沉淀物在感应加热和弯曲过程中能够抑制奥氏体晶粒的长大。细小的奥氏体晶粒淬火后产生细小的显微组织，因此韧性好。然而，在一定程度上Nb（C，N）的溶解对获得高强度有不利影响，这需要添加别的合金元素，如V、Mo、Cr、Ni等。它们在弯管煨制和回火提高钢的强韧性作用有以下几方面：一是提高钢的淬透性；二是固溶强化作用；三是合金化合物的沉淀强化作用；四是细化晶粒作用。所以，考虑到强度和韧性的均衡，就必须恰当确定合金元素含量及加热温度。
碳当量也是一个重要的影响因素。碳当量高，淬硬性好，热煨后弯管的强度高，但是弯管的可焊性和韧性相对较差。根据弯管的性能要求，管线钢热煨弯管原材料钢管的碳当量一般控制在0.35～0.43%范围内。
热煨弯管用母管的机械性能对热煨弯管的性能有直接影响。母管化学成分设计只是决定母管性能的必要条件，还不是充分条件。钢板（卷）的轧制工艺，如轧制温度、轧制道次及压下量等，以及制管工艺都对母管的最终机械性能有直接影响，同一种成分设计的钢管，因控轧工艺与制管工艺的不同或差异，可得到强度级别不同的控轧钢管。用同一强度级别的控轧钢管做母管，由于原轧板轧制工艺不同，即使采用相同的弯管弯制工艺，所生产的弯管力学性能也将会不同。因此，对热煨弯管用母管的要求，除了重视化学成分设计要求外，还必须十分重视热煨弯管用母管的机械性能要求，以此来间接控制轧制工艺与制管工艺，使母管的性能较均衡，最终保证热煨弯管的性能差异不大。
3.热煨弯管工艺方案
热煨弯管目前普遍采用的是中频感应加热，液压或链条推制送进，摇臂旋转限位弯制成型。对于感应加热煨制弯管，其弯制工艺方案一般可归纳为淬火(高温加热与快速水冷) 免回火与淬火+回火两大类型。每一种热弯工艺都有一定的适用范围和局限性，没有国内外都统一的、普遍适用的热弯工艺模式。在具体的热煨弯管弯制中，需要根据热弯管的性能要求、材质、管径与壁厚大小、热弯设备及控制技术等具体情况选取不同的热弯工艺，并制订合适的热弯工艺参数，才能保证弯制出合格的弯管。
淬火免回火工艺由于不需要对弯管进行整体热处理，工艺相对比较简单，是一种有效降低热煨弯管生产成本的工艺方法。采用免回火工艺时，弯制弯管的母管与干线管的成分和主要力学性能基本相同，一般需要适当提高母管的屈服强度。该工艺在热弯管的弯曲部分和直管段之间存在着一个加热温度过渡区，会影响此区域管材的力学性能。
淬火+回火工艺加工后的弯管整体质量比较稳定，由于该工艺对弯管进行了整体回火处理，有利于细化组织，调整材料的晶格结构，提高弯管的韧性指标，消除弯管加工中造成的残余应力。而且SY/T 5257-2012《油气输送用钢制弯管》标准中明确要求，对于L415（X60）及其以上钢级和处于酸性环境的弯管热煨加工后必须进行回火热处理。所以在高强度管线钢热煨弯管加工中，应优选淬火+回火工艺。
4.工艺参数选择及控制
4.1 感应加热温度
感应加热温度是影响热煨弯管性能的最主要参数之一。由于油气管道用控轧钢都是低碳微合金钢， Mo、Ni、Nb、V、Ti等合金元素对热煨弯管的性能影响很大，影响也很复杂。研究表明，Mo、Cr、Ni、Cu是提高淬透性最为有效的元素。而V、Ti的影响较复杂，如果它们溶解在铁素体基体里则有利于淬透性，但如形成碳化物或其它稳定化合物则对淬透性不利。Nb能够抑制奥氏体晶粒的长大，使钢的强度高、韧性好。然而，在一定程度上Nb（C，N）的溶解对获得高强度有不利影响。试验研究表明，随着温度的增加，含Nb钢的奥氏体晶粒尺寸明显增大。因此，从热煨弯管的强度和韧性均衡考虑，必须针对不同成分，特别是微合金元素含量的母管，研究确定适宜的感应加热温度。选取X70弯管为研究对象，其在不同加热温度下获得的力学性能见表1。
表1不同加热温度下材料的力学性能
加热温度 / ℃ σb / MPa σs / MPa δ/﹪ ψ/﹪ CVN/J SA/﹪
850 572（579；565） 470（478；462） 24（22；25） 80（80；79） 300（305；295） 99（100；98）
950 580（577；583） 490（497；483） 24（22；25） 81（81；81） 300（285；315） 100（100；100）
1050 594（593；596） 499（503；495） 20（20；20） 80（80；80） 258（220；295） 89（92；88）
1200 598（605；592） 509（507；511） 18（18；18） 78（80；77） 32（23；40） 0（0；0）
由表1可以看出，随着加热温度的升高，材料的强度增加、韧性降低。当加热温度较低，处于Ac1～Ac3两相区温度（如850℃）时，弯管的抗拉强度较低（接近材料的强度下限值）；当加热温度达到1200℃时，弯管的韧性水平急剧降低，呈现全脆性断裂，说明弯管此时出现过烧现象。在950～1050℃的加热温度范围，可使X70钢级弯管获得较好的强韧水平[2]。因此对于广泛应用的低C含Nb微合金控轧高强度管线钢的最佳加热温度范围应控制在950～1050℃。在这个温度范围内，随着钢级高低的不同，加热温度的选取应有一定的变化，一般钢级越高采用的加热温度也应越高。
4.2 冷却速度
冷却速度也是热弯工艺的最重要控制参数之一。冷却速度取决于原材料钢管的壁厚、弯曲半径和推进速度等，尤其是主要地取决于弯曲部分的壁厚。在实际生产中，一般是通过控制冷却水流量和压力来控制冷却速度，通常冷却水流量大一些、压力高一些，冷却效果会好一些。同时，冷却效果也与加热圈冷却喷水孔直径、喷水孔间距以及喷射角度有直接关系，在相同的水流量和压力下，喷水孔直径和间距较小，可使水流经炽热的加热带附近的管壁表面时，不易在管壁表面形成水蒸汽膜，有利于提高冷却效果。喷射角度应确保冷却水尽可能均匀地喷射到靠近红热的管体上，并使溅射到管壁表面上的冷却水不会沿管壁面发生回流，避免影响或降低正在加热而未弯曲或正在弯曲的红热部位管体的温度。对于高强度、特厚钢管的感应加热弯曲，为了提高淬透性和冷却效果，减少碳当量或降低冷裂纹系数，可采用双频或多频淬火，并从弯管内表面和外表面同时冷却的方法。对于X70钢级中频热煨弯管，在不同冷却速度下获得的机械性能见表2。
表2不同冷却速度下材料的机械性能
加热温度 / ℃ σb / MPa σs / MPa δ/﹪ ψ/﹪ CVN/J SA/﹪
5 554（545；562） 471（475；467） 20（20；20） 79（79；79） 260（300；220） 89（104；85）
10 580（580；580） 485（495；475） 26（26；26） 79（80；78） 258（296；220） 89（82；96）
20 594（593；596） 499（503；495） 20（20；20） 80（80；80） 278（295；260） 90（92；88）
30 601（601；600） 508（509；506） 20（19；20） 80（80；80） 310（310；310） 100（100；100）
40 606（6051；606） 514（511；516） 21（21；21） 82（82；81） 318（310；325） 96（100；88）
由表2中各项统计数据得知，随冷却速度的升高，材料的强度、韧性增加。当冷却速度较低（5℃/s）时，材料的拉伸性能低于标准中X70性能要求。冷却速度较高（10～40℃/s）时，可使材料获得较好的强韧水平。
图1为材料的金相显微组织，结果表明，当冷却速度较低时，材料的主要组织为珠光体和多边形铁素体（见图1a），随着冷却速度的增加，γ-α相变温度降低，从而促进了针状铁素体的形成（见图1b）。由于针状铁素体形成过程中的过饱和固溶、细小的亚结构和多位向析出形态，赋予了材料良好的强韧特性[3]。
因此，在高强度管线钢弯管加工过程中，提高冷却速度，可以提高弯管的强度和韧性。冷却速度越高，材料的强韧性越好。在实际生产中冷却速度必须保证在10℃/s以上，且在保证加热温度和加热红带宽度的前提下，冷却速度越高越好。
图1不同冷却速度下材料的金相显微组织
4.3 推进速度
推进速度对感应加热弯管性能存在一定的影响，但不十分敏感。在感应加热弯制过程中，确定钢管的推进速度不但要考虑到生产效率，而且要注意到原材料钢管内侧和外侧加热温度的不同、冷却速度及加热速度的差异等。推进速度慢，生产效率低，还可能出现“过烧”现象；推进速度快，生产效率高，但可能出现“冷弯”现象。一般随壁厚的增加，推制速度相应降低。推制速度的选取还要考虑弯管的弯曲半径，在煨制小曲率半径的弯管时，为了控制弯管的圆度和壁厚减薄率，要相应降低推进的速度。
事实上在煨制同一件弯管时，推进速度也不是一成不变的。因为在弯管的起弧段，由于是从曲率半径无限大的直管突然变成具有相对较小定值曲率半径的弯管，如果速度过快，容易出现延时起弧现象，严重的还会出现内弧起皱或外弧管壁撕裂。因此在弯管的起弧段煨制过程的应该是一个缓慢提速的引弧过程，其最高速度不能超过正常推制速度的1/2。通常从起弧段之后的500mm长度或15°左右范围内（具体视管径和弯曲半径而定）存在一个过渡段，在过渡段内，由于弯管尚未完全定型，此时如果速度过快，会造成椭圆度超标或内弧出现波浪状皱褶。为了保证成型质量，过渡段的推进速度应控制在正常推制速度的2/3以内。等正常起弧并圆滑过渡之后，弯管方进入正常煨制阶段，这时的工进速度即是我们通常所指的推进速度。热煨弯管整个煨制过程推进速度的变化如图2所示。
图2推进速度变化示意图
图3回火温度与合金钢韧性关系图
4.4 回火温度
高强度管线钢热煨弯管在产生淬火效应的煨制加工之后，硬度和强度升高，韧性降低。为了获得较高的强度和韧性等综合力学性能，需要进行回火热处理。合金钢的冲击韧性变化规律如图3所示。
从图3中可以看出，加热到500～650℃高温回火区，在快冷的情况下，合金钢具有较好的冲击韧性。这是因为采用高温回火，得到的是回火索氏体，其渗碳体为粒状，粒状渗碳体有利于阻止断裂过程的发展[4]，从而有效提高了弯管的韧性和抗裂能力。但是在这个温度区内，存在高温回火脆性（第二类回火脆性），如果回火保温后缓慢冷却，会出现冲击韧性显著降低，脆性升高的现象。所以高强度管线钢热煨弯管应实行加热到高温回火温度区，保温一定时间，然后出炉快速冷却的回火工艺。
经鲁皖成品油管道工程X60材质和石家庄-太原成品油管道工程X65材质热煨弯管的生产试制及实际生产得知，高强度管线钢热煨弯管在经过不同温度的高温回火后,其拉伸性能和冲击韧性变化幅度较小。当回火温度处于530～550℃时，弯管有较好的强韧配合。保温时间的长短视弯管的壁厚大小而定，一般每25mm壁厚保温1h，且不低于15min。
5.结论
根据以上分析认为，应在钢管原材料的化学成分和机械性能满足要求的前提下，利用淬火+回火的热煨工艺方案，采取必要的措施，保证950～1050℃的感应加热温度，10℃/s以上的冷却速度，分段调整的推进速度，530～550℃的回火温度，才能得到高质量的高强度管线钢热煨弯管，使其获得良好的综合机械性能。
参考文献：
[1] 中国建材网.石油焊管制造对钢材要求及发展趋势.[EB/OL].http://www.jc0757.com/scripts/news/trade/view_288798.html.
[2] 李为卫,熊庆人,刘迎来,等.加热温度对X70管线钢感应加热弯管组织性能的影响[J].热加工工艺,2003,(3):38.
[3] 高惠临.管线钢组织、性能、焊接行为[M].西安：陕西科学技术出版社,1995.
[4] 郑明新.工程材料[M].北京：清华大学出版社,1996.
作者简介：
庄树泉，男，汉族，1977年出生，工程师，山东日照人，现为胜利油田胜利管件有限责任公司经理，主要从事管件的生产管理及研究。