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管線鋼

管線鋼

管線鋼是指用于輸送石油、天然氣等管道所用的一類具有特殊要求的鋼種,根據厚度和后續形成等方面的不同,可由熱連軋機組、爐卷軋機或中厚板軋機生產,經螺旋焊接或UOE直縫焊接形成大口徑鋼管。

管線鋼

外文名

?pipe line steel

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輸送石油天然氣等大口徑焊接鋼管

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制造石油、自然氣集輸和長輸管等

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鐵素體珠光體型、針狀鐵素體型等

技術要求

高強度、高沖擊韌性等

目錄

00001.?1?簡介2?管線鋼的組織類型

00001.?3?管線鋼一般技術要求4?管線鋼發展的動態和趨勢

簡介

管道運輸與鐵路運輸、公路運輸、水路運輸和航空運輸并列為現代五大交通運輸方式。從~初的工業管道至今,油、氣管道建設經歷了近兩個世紀的發展。我國管線鋼的生產和應用起步較晚,1985年前還沒有真正的管線鋼生產。然而,近年來,我國管線鋼的研制、開發和應用得到了快速發展,通過西部管道、西氣東輸管道和西氣東輸二線管道等重大管道工程的推動,又先后完成了X60、X70X80管線鋼的生產和應用,并獲得了X100x120的研究成果。

管線鋼的組織類型

管線鋼的組織結構是決定其使用性能和~服役的根據,目前,根據顯微組織可將管線鋼分為以下4類:

1、鐵索體-珠光體管線鋼

鐵素體一珠光體管線鋼是20世紀60年代以前開發的管線鋼所具有的基本組織形態,X52以及低于這種強度級別的管線鋼均屬于鐵素體一珠光體,其基本成分是碳和錳,通常碳含量(質量分數,下同)為0.10%0.20%,錳含量為1.30%1.70%,一般采用熱軋或正火熱處理工藝生產。當要求較高強度時,可取碳含量上限,或在錳系的基礎上添加微量鈮和釩。通常認為,鐵素體一珠光體管線鋼具有晶粒尺寸約為7μm的多邊形鐵素體和體積分數約30%的珠光體。常見的鐵素體一珠光體管線鋼有5LB、X42、X52、X60、X60X70等等。

2、針狀鐵素體管線鋼

針狀鐵素體管線鋼的研究始于20世紀60年代末,并于70年代初投入工業生產。當時,在錳一鈮系基礎E發展起來的低碳.錳一鉬一鈮系微合金管線鋼,通過鉬的加入,降低相變溫度以抑制多邊形鐵素體的形成,促進針狀鐵素體轉變,并提高碳、氮化鈮的沉淀強化效果,因而在提高鋼強度的同時,降低了韌脆轉變溫度。這種鉬合金化技術已有近40年的生產實踐。近年來,另一種獲取針狀鐵素體的高溫工藝技術正在興起,它通過應用高鈮合金化技術,可在較高的軋制溫度條件下獲取針狀鐵素體。常見的針狀鐵素體管線鋼有X70、X80。

3、貝氏體一馬氏體管線鋼

隨著高壓、大流量天然氣管線鋼的發展和對降低管線建沒成本的追求,針狀鐵素體組織已不能滿足要求。20世紀后期,一種超高強度管線鋼應運而生。其典型鋼種為X100X120。1988年日本SMI公司首先報道了,X100的研究成果。經歷了,多年的研究和開發,X100鋼管于2002年投入工程試驗段的敷設。美國ExxonMobil公司于1993年著手X120管線鋼的研究,并于1996年與日本SMI公司和NSC公司合作,共同推進X120的研究進程,2004X120鋼投人丁程試驗段的敷設。

貝氏體一馬氏體管線鋼在成分設計上,選擇了碳一錳硼的配合。這種合金設計思想充分利用了硼在相變動力學上的重要特征。加入微量的硼(ωB=0.0005%0.003%),可抑制鐵素體在奧氏體晶界上形核,使鐵素體曲線右移。同時使貝氏體轉變曲線變得扁平,即使在超低碳(ωC=0.003%)情況下,通過在TMCP中降低終冷溫度(<300℃)和提高冷卻速度(>20℃/s),也能獲得下貝氏體一板條馬氏體組織。常見的貝氏體馬氏體(B—M)管線鋼有X100、X120。

4、回火索氏體管線鋼

隨著社會的發展,需要管線鋼具有更高的強韌性,如果控軋控冷技術滿足不了這種要求,可以采剛淬火+回火的熱處理工藝,通過形成回火索氏體組織來滿足厚壁、高強度、足夠韌性的綜合要求。在管線鋼中,這種同火索氏體也稱為同火馬氏體,是超高強度管線鋼X120的一種組織形態。?[1]?

管線鋼一般技術要求

現代管線鋼屬于低碳或超低碳的微合金化鋼,是高技術含量和高附加值的產品,管線鋼生產幾乎應用了冶金領域近20多年來的一切工藝技術新成就。目前管線工程的發展趨勢是大管徑、高壓富氣輸送、高冷和腐蝕的服役環境、海底管線的厚壁化,因此目前對管線鋼的性能要求主要有以下幾方面:

(1)高強度。管線鋼的強度指標主要有抗拉強度和屈服強度。在要求高強度的同時,對管線鋼的屈強比(屈服強度與抗拉強度之比)也提出了要求,一般要求在0.850.93的范圍內。

(2)高沖擊韌性。管線鋼要求材料應具有足夠高的沖擊韌性(起裂、止裂韌性)。對于母材,當材料的韌性值滿足止裂要求時,其韌性一般也能滿足防止起裂的要求。

(3)低的韌脆轉變溫度。嚴酷的地域、氣候條件要求管線鋼應具有足夠低的韌脆轉變溫度。D州的剪切面積已經成為防止管道脆性破壞的主要控制指標。一般規范要求在~低運行溫度F試樣斷口剪切面積不小于85%。

(4)優良的抗氫致開裂(HIC)和抗硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)性能。

(5)良好的焊接性能。鋼材良好的焊接性對保證管道的整體性和野外焊接質量至關重要。近代管線鋼的發展~顯著的特征之一就是不斷降低鋼中的碳含量,隨著碳含量的降低,鋼的焊接性得到的改善。添加微量鈦,可抑制焊接影響區韌性的下降,達到改善焊接性能的目的。這其中的難點和重要是高韌性。隨著石油、天然氣輸送的不斷發展,對石油管線鋼性能的要求不斷提高,尤其是對韌性要求的提高。這些性能的提高就要求把鋼材中雜質元素C、S、P、O、N、H含量降到很低的水平。高強度、高韌性是通過控冷技術得到貝氏體鐵素體組織來保證的,同時應降低鋼中碳的含量和盡可能去除鋼中的非金屬夾雜物,提高鋼的純凈度。其中要求碳含量不高于0.09%、硫含量低于0.005%、磷含量低于0.01%、氧含量不高于0.002%;輸送酸性介質時管線鋼要抗氫脆,要求氫含量低于0.0002%;對于鋼中的夾雜物,~大直徑要小于100μm,并要求控制氧化物形狀,~條形硫化物夾雜的影響。?[2]?

管線鋼發展的動態和趨勢

早期管道離中心城市較近,地理環境和社會依托條件都較優越。如今,新發現的油、氣田大都在邊遠地區和地理、氣候條件惡劣的地帶,如向西歐市場供氣的阿爾及利亞氣田,可向遠東市場供氣的西伯利亞氣田,可向美國市場供氣的北阿拉斯加氣田和我國東部、西北部油氣田等。隨著邊遠油氣田、極地油氣田、海上油氣田和酸性油氣田等惡劣環境油氣田的開發,油氣管道工程面臨著高壓輸送和低溫、大位移、深海、酸性介質等惡劣環境的挑戰。為保證管道建設和運行的積極性和~性,管線鋼的基本要求和發展趨勢是高強度、高韌性、大變形性、厚壁化、高腐蝕性和好的焊接性。?[1]?

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