一、管線(xiàn)鋼概述
1、簡(jiǎn)介
管線(xiàn)要求含碳量較低，而靠提高錳含量，添加鈮、鈦、釩、鉬等微量元素來(lái)保證其強(qiáng)度。對(duì)于管線(xiàn)鋼，除了要求強(qiáng)度、塑性指標(biāo)外，對(duì)于韌性指標(biāo)的要求是它的一個(gè)突出特點(diǎn)，包括了鋼板的沖擊功、沖擊轉(zhuǎn)變溫度和焊接熱影響區(qū)與焊接金屬的韌性指標(biāo)。此外，還有應(yīng)變時(shí)效、可焊性、應(yīng)力腐蝕等指標(biāo)要求。
2、管線(xiàn)鋼類(lèi)型
管線(xiàn)鋼可分為高寒、高硫地區(qū)和海底鋪設(shè)三類(lèi)。從油氣輸送管的發(fā)展趨勢(shì)、管線(xiàn)鋪設(shè)條件、主要失效形式和失效原因綜合評(píng)價(jià)看，不僅要求管線(xiàn)鋼有良好的力學(xué)性能(厚壁、高強(qiáng)度、高韌性、耐磨性)還應(yīng)具有大口徑、可焊接性、耐嚴(yán)寒低溫性、耐腐蝕性(CO2)、抗海水和HIC(腐蝕環(huán)境下由氫誘導(dǎo)所致的裂紋)、SSCC(低溫環(huán)境下由硫?qū)е碌牧鸭y)性能等。這些工作環(huán)境惡劣的管線(xiàn)，線(xiàn)路長(zhǎng)，又不易維護(hù)，對(duì)質(zhì)量要求都很?chē)?yán)格。
3、管線(xiàn)管的生產(chǎn)工藝
目前在國(guó)內(nèi)管線(xiàn)鋼的生產(chǎn)工藝主要有：常規(guī)半連續(xù)熱連軋、CSP連鑄連軋、中厚板機(jī)組、爐卷機(jī)組。
(1)半連續(xù)軋機(jī)：包括1機(jī)架爐卷軋機(jī)及5機(jī)架精軋機(jī)。在半連續(xù)軋機(jī)上，鋼帶在精軋道次所經(jīng)歷的熱軋從鋼帶的一端到另一端實(shí)質(zhì)上是恒定的。在精軋機(jī)上道次間的
時(shí)間通常少于3s。
(2)CSP連鑄連軋：在CSP生產(chǎn)線(xiàn)上對(duì)含有鈮、釩、鈦復(fù)合微合金化的低碳錳鋼，采用合適的控軋控冷和卷取工藝，可以保證鋼的力學(xué)性能和顯微組織符合現(xiàn)代X60管線(xiàn)鋼的技術(shù)要求，符合現(xiàn)代管線(xiàn)鋼發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)CSP連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)目前已開(kāi)發(fā)到了X60管線(xiàn)鋼，而美國(guó)及國(guó)外其它CSP生產(chǎn)廠(chǎng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了高牌號(hào)管線(xiàn)鋼X60、X65乃至X70。
其工藝特點(diǎn)是連鑄薄板坯存在中心偏析，消除連鑄薄板坯中心偏析是進(jìn)一步進(jìn)步管
線(xiàn)鋼質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)題目。
(3)中厚板機(jī)組：主要生產(chǎn)寬厚板，用于直縫埋弧焊管的生產(chǎn)，直縫埋弧焊管質(zhì)量可靠，廣泛應(yīng)用于油氣高壓輸送主干線(xiàn)上。
(4)爐卷軋機(jī)：爐卷軋機(jī)包括一架往復(fù)式粗軋機(jī)及一架4輥往復(fù)精軋機(jī)。在精軋機(jī)兩邊的輸送線(xiàn)上安裝了兩臺(tái)熱卷軋機(jī)。輸出輥道通常包括一套層流冷卻系統(tǒng)和一個(gè)卷取站。在爐卷軋機(jī)上，鋼帶整個(gè)長(zhǎng)度上的熱機(jī)械歷史明顯變化，尤其是在微合金化鋼生產(chǎn)中，將強(qiáng)烈影響精軋機(jī)上產(chǎn)生的再結(jié)晶程度、晶粒長(zhǎng)大及析出，并且導(dǎo)致整個(gè)帶鋼長(zhǎng)度上終極顯微組織和性能的劇烈變化。其工藝特點(diǎn)是投資本錢(qián)相對(duì)低。
目前國(guó)外在爐卷生產(chǎn)線(xiàn)上已生產(chǎn)出X70、X80級(jí)管線(xiàn)鋼，主要生產(chǎn)廠(chǎng)家為IPSCO,該廠(chǎng)具有超過(guò)35年操縱爐卷軋機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，近年來(lái)已對(duì)550MPa級(jí)Ⅱ類(lèi)的1219mm直徑及12.0mm壁厚管線(xiàn)鋼進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)。
4.焊接鋼管按工藝區(qū)分
主要有電阻焊(ERW)、螺旋埋弧焊(SSAW)和直縫埋弧焊(LSAW)三種工藝。這三種工藝生產(chǎn)的焊管，因其原料、成型工藝、口徑大小以及質(zhì)量的不盡相同，在應(yīng)用領(lǐng)域里各有定位。
(a)直縫電阻焊管(ERW)
電阻焊管是我國(guó)最早生產(chǎn)、應(yīng)用范圍最廣、生產(chǎn)機(jī)組最多(2000余家)、產(chǎn)量最高(占焊管總產(chǎn)能的80%左右)的鋼管品種，產(chǎn)品規(guī)格為φ20~610mm,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。ERW219-610mm機(jī)組自20世紀(jì)80年代以來(lái)，約有30余套是從國(guó)外引進(jìn)的較先進(jìn)技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)實(shí)踐，裝備技術(shù)水平又有較大進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量也在不斷改善。因其投資少，見(jiàn)效快，應(yīng)用范圍廣而發(fā)展迅猛。隨著板材CSP生產(chǎn)工藝的發(fā)展，為其提供了低本錢(qián)、質(zhì)量可靠的原料，并為其今后進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。這部分產(chǎn)品已由流體輸送、結(jié)構(gòu)領(lǐng)域向無(wú)縫管應(yīng)用領(lǐng)域的油井管、管線(xiàn)管發(fā)展。其典型生產(chǎn)工藝流程應(yīng)為：板帶原料→原料預(yù)處理→冷彎成型→焊接→焊縫熱處理→焊縫(管體)探傷→精整→成品焊管。
(b)螺旋埋弧焊管(SSAW)
螺旋埋弧焊管設(shè)備投資較少，因采用價(jià)格較低的窄帶(板)卷連續(xù)焊接生產(chǎn)大口徑(φ1016~2400mm)焊管，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行用度低，具有低本錢(qián)運(yùn)行上風(fēng)。目前，我國(guó)油氣輸送螺旋焊管已形成了以石油系統(tǒng)所屬鋼管廠(chǎng)為主的基本格式。采用低殘余應(yīng)力成型和管端機(jī)械擴(kuò)徑等先進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量控制的螺旋焊管在質(zhì)量上可與直縫焊管相媲美，我國(guó)西氣東輸?shù)扔蜌忾L(zhǎng)輸管道工程中獲得了廣泛應(yīng)用，是我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道工程采用的主要管型。其目前的產(chǎn)能已經(jīng)能夠滿(mǎn)足我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道工程建設(shè)的需要，并已大量出口。
(c)直縫埋弧焊管(LSAW)
直縫埋弧焊在我國(guó)事較晚發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)制管技術(shù)，過(guò)往主要采用UOE技術(shù)制造。
近年來(lái)漸進(jìn)式JCOE在我國(guó)和全世界逐漸成為另一種新的主流技術(shù)。直縫埋弧焊管質(zhì)量可靠，廣泛應(yīng)用于油氣高壓輸送主干線(xiàn)上。該焊管機(jī)組由于投資相對(duì)較大，使用的原材
料為本錢(qián)較高的單張寬厚板，工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品本錢(qián)較高。
由于我國(guó)高壓油氣輸送管線(xiàn)每年需要大中口徑焊管100萬(wàn)t左右，主要采用螺旋焊管，直縫埋弧焊管將作為螺旋焊管的補(bǔ)充，主要應(yīng)用于螺旋焊管機(jī)組不能生產(chǎn)的大壁厚鋼管(17.5mm以上)和彎管用母管，其用量受到一定限制
目前，我國(guó)油氣輸送所使用的管線(xiàn)管主要由石油自然氣團(tuán)體公司的6個(gè)焊管廠(chǎng)生產(chǎn)，它們是寶雞石油鋼管廠(chǎng)、貴陽(yáng)石油鋼管廠(chǎng)、華北石油鋼管廠(chǎng)，遼陽(yáng)石油鋼管廠(chǎng)，沙市石油鋼管廠(chǎng)，勝利石油鋼管廠(chǎng)等，總設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力約為120萬(wàn)t左右。生產(chǎn)的油氣管以螺旋焊管和高頻直縫焊管為主，而管徑大、管壁厚的直縫埋弧焊管的生產(chǎn)在我國(guó)時(shí)間較短。2000年，我國(guó)第一條大口徑直縫埋弧焊管生產(chǎn)線(xiàn)在番禺珠江鋼管公司建成，此生產(chǎn)線(xiàn)從澳大利亞引進(jìn)，可生產(chǎn)厚壁大口徑長(zhǎng)輸管線(xiàn)鋼管，鋼管外徑457~1800mm,特殊規(guī)格可達(dá)3000mm,壁厚4.5~37mm,特殊規(guī)格還可增厚，單管最長(zhǎng)可達(dá)12m。但生產(chǎn)這種焊
管所需管線(xiàn)用寬厚鋼板目前基本還需依靠進(jìn)口。近日，日本住友金屬和住友商事又與中國(guó)石油自然氣團(tuán)體公司(CNPC)下屬的寶雞鋼管廠(chǎng)合作生產(chǎn)石油自然氣用中徑焊接鋼管，主要生產(chǎn)油氣輸送管線(xiàn)的支線(xiàn)用焊管，產(chǎn)量可由目前的5萬(wàn)t進(jìn)步到2~3年后的12萬(wàn)t。
5、管線(xiàn)鋼的發(fā)展趨勢(shì)
油氣管道特別是天然氣管道發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)是采用大口徑、高地、壓富氣輸送、高寒和腐蝕服役環(huán)境、海底管道厚壁化及選用高級(jí)別管材。考慮到管道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性，還需增加管壁厚度和進(jìn)步管材的強(qiáng)度，因此用作這類(lèi)輸送管的管線(xiàn)鋼都向著厚規(guī)格和高強(qiáng)度方向發(fā)展。采用高壓輸送和高強(qiáng)度管材，可大幅度節(jié)約管道建設(shè)成本。目前，輸氣管道的設(shè)計(jì)和運(yùn)行壓力已達(dá)20MPa,有些管道甚至考慮采用更高的壓力。隨著管道輸送壓力的不斷提高。管線(xiàn)鋼管也迅速向高鋼級(jí)發(fā)展。因此對(duì)鋼材質(zhì)量要求也日益苛刻，在成分和組織上要求鋼材向著“超高純、超均質(zhì)、超細(xì)化”方向發(fā)展。
由于自然氣的可壓縮性，因而輸氣管的輸送壓力要較輸油管為高。近年來(lái)國(guó)外多數(shù)輸氣管道的壓力已從早期的4.5~6.4MPa進(jìn)步到8.0~12MPa,有的管道則達(dá)到了14~15.7MPa,從而使輸氣管的鋼級(jí)也相應(yīng)地進(jìn)步。目前，國(guó)外的大口徑輸氣管已普遍采用X70鋼級(jí)，X80開(kāi)始進(jìn)進(jìn)小規(guī)模的使用階段，X100也研制成功，并著手研制X120。
21世紀(jì)是我國(guó)輸氣管建設(shè)的高峰時(shí)期。“西氣東輸”管線(xiàn)采用大口徑、高壓輸送管的方法。這條管線(xiàn)全長(zhǎng)4167km,輸送壓力為10MPa,管徑為1016mm,采用的鋼級(jí)為X70、厚度為14.6mm,20℃的橫向沖擊功為≥120J。這一鋼級(jí)、規(guī)格、韌性級(jí)別目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)，并且質(zhì)量達(dá)到國(guó)際水平。因此，生產(chǎn)這種規(guī)格的高強(qiáng)度、高韌性管線(xiàn)鋼對(duì)我國(guó)今后采用國(guó)產(chǎn)管線(xiàn)鋼生產(chǎn)大口徑、高壓輸氣管具有十分重大的戰(zhàn)略意義。
大口徑高壓輸送及采用高鋼級(jí)管材是國(guó)際管道工程發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)：
(1)國(guó)內(nèi)對(duì)管線(xiàn)用鋼的需求以X70級(jí)為主，新線(xiàn)目標(biāo)定位在X80級(jí)熱軋寬鋼帶和X100級(jí)寬厚板的生產(chǎn)，以適應(yīng)目前10MPa和近期14MPa以上輸送壓力的設(shè)計(jì)。
(2)今后輸送的自然氣不再是經(jīng)脫水、脫H2S處理的“甜氣”,而將是未經(jīng)處理的“富氣”(PH2S≤300Pa),為此必須進(jìn)步管線(xiàn)用鋼的抗氫致開(kāi)裂和抗H2S應(yīng)力腐蝕的性
能。
(3)國(guó)內(nèi)已具有70萬(wàn)t以上螺旋焊管的制管能力，但大口徑直縫埋弧焊管的產(chǎn)能和質(zhì)量還不能滿(mǎn)足工程的需求，繼續(xù)部分進(jìn)口成品管將不可避免。從研發(fā)基礎(chǔ)和生產(chǎn)技術(shù)的難度而言，具有優(yōu)質(zhì)的抗H2S應(yīng)力腐蝕性能的高強(qiáng)度等級(jí)管線(xiàn)用鋼的開(kāi)發(fā)應(yīng)當(dāng)列為科技攻關(guān)的重中之重。
二、技術(shù)要求
1、性能要求
現(xiàn)代管線(xiàn)鋼屬于低碳或超低碳的微合金化鋼，是高技術(shù)含量和高附加值的產(chǎn)品，管線(xiàn)鋼生產(chǎn)幾乎應(yīng)用了冶金領(lǐng)域近20多年來(lái)的一切工藝技術(shù)新成就。目前管線(xiàn)工程的發(fā)展趨勢(shì)是大管徑、高壓輸送、高冷和腐蝕的服役環(huán)境、海底管線(xiàn)的厚壁化，因此目前對(duì)管線(xiàn)鋼的性能要求主要有以下幾方面：
(1)高強(qiáng)度。管線(xiàn)鋼的強(qiáng)度指標(biāo)主要有抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度;在要求高強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)管線(xiàn)鋼的屈強(qiáng)比(屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度)也提出了要求，一般要求在0.85-0.93的范圍內(nèi)。
(2)高沖擊韌性。管線(xiàn)鋼要求材料應(yīng)具有足夠高的沖擊韌性(起裂、止裂韌性)。對(duì)于母材，當(dāng)材料的韌性值滿(mǎn)足止裂要求時(shí)，其韌性一般也能滿(mǎn)足防止起裂的要求。
(3)低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。嚴(yán)酷地域、氣候條件要求管線(xiàn)鋼應(yīng)具有足夠低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。DWTT(落錘撕裂試驗(yàn))的剪切面積已經(jīng)成為防止管道脆性破壞的主要控制指標(biāo)。一般規(guī)范要求在最低運(yùn)行溫度下試樣斷口剪切面積≥極85%。
(4)優(yōu)良的抗氫致開(kāi)裂(HIC)和抗硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SSCC)性能。
(5)良好的焊接性能。鋼材良好的焊接性對(duì)保證管道的整體性和焊接質(zhì)量至關(guān)重要。
管線(xiàn)鋼的發(fā)展最顯著的特征之一就是不斷降低鋼中的C含量,隨著C含量的降低，鋼的焊接性得到明顯的改善。添加微量鈦Ti,可抑制焊接影響區(qū)韌性的下降，達(dá)到改善焊接性能的目的。
這其中難點(diǎn)和重點(diǎn)是高韌性。隨著石油、天然氣輸送的不斷發(fā)展，對(duì)石油管線(xiàn)鋼性能的要求不斷提高，尤其是對(duì)韌性要求的提高。這些性能的提高就要求把鋼材中雜質(zhì)元素C、S、P、0、N、H含量降到很低的水平。高強(qiáng)度、高韌性是通過(guò)控冷技術(shù)得到金相組織來(lái)保證的，同時(shí)應(yīng)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。輸送酸性介質(zhì)時(shí)管線(xiàn)鋼要抗氫脆，要求H含量低于0.0002%;對(duì)于鋼中的夾雜物，最大D小于100μm,并要求控制氧化物形狀，消除條形硫化物夾雜的影響。
2、各種元素在管線(xiàn)鋼中的作用與控制
高級(jí)管線(xiàn)鋼各成分的作用及其控制為滿(mǎn)足管線(xiàn)鋼高強(qiáng)度、高韌性、良好的焊接性能及抗HIC、SCC性能的要求，除了采用合理的冶金技術(shù)以外，還要嚴(yán)格控制管線(xiàn)鋼的成分。
(1)管線(xiàn)鋼中碳的作用與控制
碳是增加鋼的強(qiáng)度的有效元素，但是它對(duì)鋼的韌性、塑性和焊接性有負(fù)面影響。
降低碳含量可以改善脆性轉(zhuǎn)變溫度和焊接性極地管線(xiàn)和海洋管線(xiàn)對(duì)低溫韌性、斷裂抗力以及延性和成形性的需要，要求更低的含碳量。對(duì)于微合金化鋼，低的碳含量可以提高抗HIC的能力和熱塑性，按照API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，管線(xiàn)鋼中的碳通常為0.025%一0.12%,并趨向于向低碳方向或超低碳方向發(fā)展。在綜合考慮管線(xiàn)鋼抗HIC性能、野外可焊性和晶界脆化時(shí)，最佳C應(yīng)控制在0.01%一0.05%之間。
(2)管線(xiàn)鋼中錳的作用與控制
為保證管線(xiàn)鋼中低的含碳量，通常是以錳代碳，Mn的加入引起固溶強(qiáng)化,用錳來(lái)提高其強(qiáng)度。錳在提高強(qiáng)度的同時(shí)，還可以提高鋼的韌性。但如果錳含量過(guò)高對(duì)管線(xiàn)鋼的焊接性能造成不利影響，有可能導(dǎo)致在管線(xiàn)鋼鑄坯內(nèi)發(fā)生錳的偏析，且隨著碳含量的增加，這種缺陷會(huì)更顯著。因此根據(jù)板厚和強(qiáng)度，管線(xiàn)鋼中錳的加入量一般是1.1%-2.0%。
(3)管線(xiàn)鋼中硫的作用與控制
硫是管線(xiàn)鋼中影響抗HIC能力和抗SSC能力的主要元素。隨著硫含量的增加，HIC敏感性顯著增加;只有當(dāng)S小于0.0012%時(shí)，HIC明顯降低。值得注意的是硫易與錳結(jié)合生成MnS夾雜物，當(dāng)MnS夾雜變成粒狀?yuàn)A雜物時(shí)，隨著鋼強(qiáng)度的增加，單純降低硫含量不能防止HIC。如X65級(jí)管線(xiàn)鋼，當(dāng)硫含量降到20ppm時(shí)，其裂紋長(zhǎng)度比仍高達(dá)30%以上。
管線(xiàn)鋼中硫(S)元素對(duì)鋼材的影響：硫還影響管線(xiàn)鋼的沖擊韌性，硫含量升高沖擊韌性值急劇下降。
管線(xiàn)鋼中硫的控制通常是在爐外精煉時(shí)采用噴粉、真空、加熱造渣、喂絲、吹氣攪拌進(jìn)行，實(shí)踐中常常是幾種手段綜合使用。此外，條狀硫化物是產(chǎn)生氫致裂紋的必要條件，對(duì)鋼水進(jìn)行鈣處理將其改變?yōu)榍蛐危山档推湮：Α?/span>
(4)管線(xiàn)鋼中磷的作用與控制
由于磷在管線(xiàn)鋼中是一種易偏析元素，在偏析區(qū)其淬硬性約為碳的二倍。由二倍磷含量與碳當(dāng)量(2P+Ceq)對(duì)管線(xiàn)鋼硬度的影響可知：隨著2P+Ceq的增加，含碳0.12~0.22%的管線(xiàn)鋼的硬度呈線(xiàn)性增加;而含碳0.02~0.03%的管線(xiàn)鋼，當(dāng)2P+Ceq大于0.6%時(shí)，管線(xiàn)鋼硬度的增加趨勢(shì)明顯減緩。
在煉鋼整個(gè)過(guò)程中均可脫磷，如鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐以及爐外精煉，但最終脫磷都是采用爐外精煉來(lái)完成。
(5)管線(xiàn)鋼中氫的作用與控制
管線(xiàn)鋼中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，HIC產(chǎn)生的幾率越大，腐蝕率越高，平均裂紋長(zhǎng)度增加越顯著，自真空處理技術(shù)出現(xiàn)以后，鋼中氫已可穩(wěn)定控制在0.0002%以下。
鋼中氫是導(dǎo)致白點(diǎn)和發(fā)裂的主要原因。管線(xiàn)鋼中的氫含量越高，HIC產(chǎn)生的幾率越大，腐蝕率越高，平均裂紋長(zhǎng)度增加越顯著。
利用轉(zhuǎn)爐CO氣泡沸騰脫氫和爐外精煉脫氣過(guò)程可很好地控制鋼中的氫含量。采用RH、DH或吹氬攪拌等均可控制[H]≤1.5ppm。
另外，要防止煉鋼的其它階段增氫。采用鋼包和中間包預(yù)熱烘烤可以有效降低鋼水的吸氫量。連鑄過(guò)程中，在鋼包和中間包系統(tǒng)中對(duì)保護(hù)套管加熱和同一保護(hù)套管的反復(fù)使用可明顯降低鋼液的吸氫量。
(6)管線(xiàn)鋼中氧的作用與控制
鋼中氧含量過(guò)高，氧化物夾雜以及宏觀(guān)夾雜增加，嚴(yán)重影響管線(xiàn)鋼的潔凈度。鋼中氧化物夾雜是管線(xiàn)鋼產(chǎn)生HIC和SSCC的根源之一，對(duì)鋼的各種性能都起著有害的作用，尤其
是當(dāng)夾雜物直徑大于50μm后，嚴(yán)重惡化鋼的各種性能。為了防止鋼中出現(xiàn)直徑大于50μm(10 m)的氧化物夾雜，減少氧化物夾雜數(shù)量，一般控制鋼中氧含量小于0.0015%。
采用爐外精煉可獲得較低的氧含量，國(guó)外許多廠(chǎng)家經(jīng)爐外精煉處理后成品鋼中T[0]最低可達(dá)5ppm(10°%)的水平。
另外，由于耐火材料供氧，鋼水在運(yùn)輸和澆注過(guò)程中應(yīng)盡量減少二次氧化。通過(guò)改進(jìn)以及選擇良好的中間包覆蓋渣和連鑄保護(hù)渣，取得較好的效果。目前工業(yè)上已能生產(chǎn)雜質(zhì)含量小于0.01%的高純鋼，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)中葉有可能生產(chǎn)出雜質(zhì)含量只有百萬(wàn)分之幾的高純鋼。
(7)管線(xiàn)鋼中銅的作用與控制
加入適量的銅，可以顯著改善管線(xiàn)鋼抗HIC的能力。隨著銅含量的增加，可以更有效地防止氫原子滲入鋼中，平均裂紋長(zhǎng)度明顯減少。當(dāng)銅含量超過(guò)0.2%時(shí)，能在鋼的表面形成致密保護(hù)層，HIC會(huì)顯著降低，鋼板的平均腐蝕率明顯下降，平均裂紋長(zhǎng)度幾乎接近于零。
但是，對(duì)于耐CO2腐蝕的管線(xiàn)鋼，添加Cu會(huì)增加腐蝕速度。當(dāng)鋼中不添加Cr時(shí)，添加0.5%Cu會(huì)使腐蝕速度提高2倍。而添加0.5%Cr以后，Cu小于0.2%時(shí)，腐蝕速度基本不受影響，當(dāng)Cu達(dá)到0.5%時(shí)，腐蝕速度明顯加快。
(8)管線(xiàn)鋼中其它元素的作用與控制
化學(xué)成分中的碳和鈮是控制鋼板的強(qiáng)度、韌性、可焊性和焊接熱影響區(qū)裂紋敏感性及對(duì)氫誘裂紋和應(yīng)力腐蝕裂紋敏感性的主要因素。
微合金元素Nb、V、Ti、Mo在管線(xiàn)鋼中的作用與這些元素的碳化物、氮化物和碳氮化物的溶解和析出行為有關(guān)。管線(xiàn)鋼除了以上三種普遍使用的合金元素外，還應(yīng)根據(jù)鋼的性能要求加入其它少量合金元素，例如B、Mo、Ni、Cr、Cu等。
鈮是管線(xiàn)鋼中不可缺少的微合金元素，能改善低溫韌性。API標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的管線(xiàn)鋼鈮含量下限為0.005%,然而實(shí)際在鋼中的控制水平都在0.03~0.05%之間，為標(biāo)準(zhǔn)中的下限值的6~10倍。
釩有較高的沉淀強(qiáng)化和較弱的細(xì)化晶粒作用，一般在管線(xiàn)鋼設(shè)計(jì)中不單獨(dú)使用釩。管線(xiàn)鋼中加入微量的釩，可以通過(guò)增加沉淀硬化效果來(lái)提高鋼板的強(qiáng)度。國(guó)外實(shí)物鋼板中的含釩量多數(shù)控制在0.05~0.10%之間，為API標(biāo)準(zhǔn)中的下限值的2.5~5.0倍。
鈦與鋼中的C、N等形成化合物，為了降低鋼中固溶氮含量，通常采用微鈦處理，使鋼中的氮被鈦固定。鋼中加入微量的鈦，可以通過(guò)提高提高鋼板強(qiáng)度和韌性的目的，尤其是對(duì)提高焊接熱影響區(qū)的韌性具有獨(dú)特的貢獻(xiàn)。
鉬也是管線(xiàn)鋼中主要的合金元素之一，隨著鉬含量的升高，抗拉強(qiáng)度升高。鋼中鉬有利于針狀組織的發(fā)展，隨著鋼中鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，針狀鐵素體的含量增加，因而能在極低的碳含量下得到很高的強(qiáng)度。
鋼中加入鈣、鋯、稀土金屬，可以改變硫化物和氧化物的成分，使其塑性降低。采用這種方法，可以使鋼板的各向異性大大減輕，使橫向夏比沖擊功增加一倍，達(dá)到或接近縱向夏比沖擊功數(shù)值。為了使鋼板各向異性達(dá)到最小，稀土與硫的比例控制在2.0左右最為合適。
(9)管線(xiàn)鋼中夾雜物的作用與控制
在大多數(shù)情況下，HIC(氫誘裂紋)都起源于夾雜物，鋼中的塑性?shī)A雜物和脆性?shī)A雜物是產(chǎn)生HIC的主要根源。分析表明，HIC端口表面有延伸的MnS和Al203點(diǎn)鏈狀?yuàn)A雜，而SSCC
(硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂)的形成與HIC的形成密切相關(guān)。因此，為了提高抗HIC和抗SSCC能力，必須盡量減少鋼中的夾雜物、精確控制夾雜物形態(tài)。
鈣處理可以很好地控制鋼中夾雜物的形態(tài)，從而改善管線(xiàn)鋼的抗HIC和SSCC能力。當(dāng)鋼中含硫0.002~0.005%時(shí)，隨著Ca/S的增加，鋼的HIC敏感性下降。但是，當(dāng)Ca/S達(dá)到一定值時(shí)，形成CaS夾雜物，HIC會(huì)顯著增加。因此，對(duì)于低硫鋼來(lái)說(shuō)，Ca/S應(yīng)控制在一個(gè)極其狹窄的范圍內(nèi)，否則，鋼的抗HIC能力明顯減弱。
優(yōu)質(zhì)管線(xiàn)鋼中有害元素含量的要求
| 煉鋼 | 應(yīng)用 | |||
| 高強(qiáng)度厚壁管 | 低溫管 | 傳輸腐蝕氣體管 | ||
|
純凈度 |
S<0.005% | O | O | |
| S<0.001% | √ | |||
| P<0.010% | √ | |||
| P<0.005% | ||||
| H<1.5×10-% | √ | O | ||
| N<40×10-4% | O | O | O | |
| 鈣處理 | Ca=0.001%~0.0035% | √ | ||
| 低碳鋼 | C<0.10% | √ | √ | √ |
| C<0.005% | ||||
| 夾雜控制 | O | O | √ | |
| 中心偏析控制 | O | 0 | √ | |
| 化學(xué)成分精度調(diào)整 | √ | √ | √ | |
注：√—必不可少的;○—必要的;●—理想的
管線(xiàn)鋼化學(xué)成分
| 牌號(hào) | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Ni |
| X52 | 0.08 | 0.14 | 0.87 | 0.0080 | 0. 0030 | 0.035 | 0.004 | 0.013 |
| X60 | 0.04 | 0.27 | 1.19 | 0.0050 | 0. 0020 | 0.030 | 0.020 | 0.110 |
| X70 | 0.05-0.08 | 0.25 | 1.62 | 0.0070 | 0. 0010 | 0.030 | 0.150 | 0.150 |
| X80 | 0.04 | 0.30 | 1.80 | 0.0060 | 0.0020 | 0.050 | 0.20 | 0.020 |
| X100 | 0.08 | 0.30 | 1.90 | 0.0060 | 0.0010 | 0.25 | 0.030 |
| 牌號(hào) | Nb | V | Ti | Cu | Al | N | Ca | Ceq |
| X52 | 0.022 | 0.005 | 0.008 | 0.015 | <0.03 | 0.0910 | 0.002 | 0.236 |
| X60 | 0.049 | 0.040 | 0.015 | 0.230 | 0.034 | 0.0071 | 0.0023 | 0.275 |
| X70 | 0.060 | 0.040 | 0.022 | 0.20 | 0.040 | 0.0040 | 0.0010 | |
| X80 | 0.045 | 0.005 | 0.015 | 0.200 | 0.0030 | 0.0060 | ||
| X100 | 0.050 | 0.015 | 0.17 | 0.03 | 0.0020 |
X70管線(xiàn)鋼典型化學(xué)成分(%)及典型力學(xué)性能對(duì)比
國(guó)家或公司 C S i M n Cr Mo Ni Nb V Ti Cu P S| 寶鋼 | 0.05 | 0.20 | 1.56 | 0.026 | 0.21 | 0.14 | 0.045 | 0.032 | 0.0160.180.0110.003 | |
| 武鋼 | 0.03 | 0.21 | 1.55 | 0.021 | 0.27 | 0.23 | 0.047 | 0.038 | 0.018 | 0.21 0.0100.002 |
| 鞍鋼 | 0.03 | 0.27 | 1.56 | 0.025 | 0.25 | 0.13 | 0.057 | 0.040 | 0.021 | 0.140.0050.004 |
| 日本住友 | 0.006 | 0.15 | 1.62 | 0.020 | 0.01 | 0.20 | 0.035 | 0.050 | 0.022 | 0.28 0.0110.001 |
| 德國(guó) | 0.007 | 0.27 | 1.57 | 0.060 | 0.01 | 0.03 | 0.040 | 0.0070 | 0.013 | 0.03 0.011 0.001 |
| 寶鋼 | 14.6 | 橫向 | 525 | 644 | 37.0 | 341 | 0.82 |
| 武鋼 | 14.6 | 橫向 | 539 | 659 | 42.0 | 402 | 0.82 |
2、直縫埋弧焊管(JCOE)
直縫埋弧焊(LSAW)直縫埋弧焊在我國(guó)是較晚發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)制管技術(shù)，過(guò)往主要采用UOE技術(shù)制造。近年來(lái)漸進(jìn)式JCOE在我國(guó)和全世界逐漸成為另一種新的主流技術(shù)。直縫埋弧焊管質(zhì)量可靠，廣泛應(yīng)用于油氣高壓輸送主干線(xiàn)上。該焊管機(jī)組由于投資相對(duì)較大，使用的原材料為本錢(qián)較高的單張寬厚板，工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品本錢(qián)較高。
◆JCOE:JCOE直縫雙面埋弧焊管該生產(chǎn)線(xiàn)為中國(guó)首條大口徑直縫雙面埋弧焊管生產(chǎn)線(xiàn)
生產(chǎn)線(xiàn)采用芯軸旋轉(zhuǎn)連續(xù)J-C-O成型的工藝，速度快，質(zhì)量高，成型應(yīng)力分布均勻，管體形狀規(guī)則。本生產(chǎn)線(xiàn)采用JCOE工廠(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)配置，其特點(diǎn)是產(chǎn)品規(guī)格范圍大，變換規(guī)格快而簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)范圍內(nèi)任何尺寸的產(chǎn)品。產(chǎn)品規(guī)格直徑：φ406-φ1829mm(16"-72")壁厚：6.0-25.4mm(1/4"-1")標(biāo)準(zhǔn)：API、BS、ASTM、JIS、DIN、GB、ISO、DNV長(zhǎng)度：3-12.2m(10'-40)材質(zhì)：GB/T9711L190-L555(API5LA-X80)
電阻焊(ERW)
電阻焊管是我國(guó)最早生產(chǎn)、應(yīng)用范圍最廣、生產(chǎn)機(jī)組最多(2000余家)、產(chǎn)量最高(占焊管總產(chǎn)能的80%左右)的鋼管品種，產(chǎn)品規(guī)格為φ20~610mm,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。ERW219-610mm機(jī)組自20世紀(jì)80年代以來(lái)，約有30余套是從國(guó)外引進(jìn)的較先進(jìn)技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)實(shí)踐，裝備技術(shù)水平又有較大進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量也在不斷改善。因其投資少，見(jiàn)效快，應(yīng)用范圍廣而發(fā)展迅猛。隨著板材CSP生產(chǎn)工藝的發(fā)展，為其提供了低本錢(qián)、質(zhì)量可靠的原料，并為其今后進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。這部分產(chǎn)品已由流體輸送、結(jié)構(gòu)領(lǐng)域向無(wú)縫管應(yīng)用領(lǐng)域的油井管、管線(xiàn)管發(fā)展。其典型生產(chǎn)工藝流程應(yīng)為：板帶原料→原料預(yù)處理→冷彎成型→焊接→焊縫熱處理→焊縫(管體)探傷→精整→成品焊管。
螺旋埋弧焊(SSAW)螺旋埋弧焊管設(shè)備投資較少，因采用價(jià)格較低的窄帶(板)卷連續(xù)焊接生產(chǎn)大口徑(φ1016~2400mm)焊管，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行用度低，具有低本錢(qián)運(yùn)行上風(fēng)。目前，我國(guó)油氣輸送螺旋焊管已形成了以石油系統(tǒng)所屬鋼管廠(chǎng)為主的基本格式。采用低殘余應(yīng)力成型和管端機(jī)械擴(kuò)徑等先進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量控制的螺旋焊管在質(zhì)量上可與直縫焊管相媲美，我國(guó)西氣東輸?shù)扔蜌忾L(zhǎng)輸管道工程中獲得了廣泛應(yīng)用，是我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道工程采用的主要管型。其目前的產(chǎn)能已經(jīng)能夠滿(mǎn)足我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道工程建設(shè)的需要，并已大量出口。
焊接鋼管也稱(chēng)焊管,是用鋼板!或鋼帶經(jīng)過(guò)卷曲成型后焊接制成的鋼管。焊接鋼管生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，品種規(guī)格多，設(shè)備投資少，但一般強(qiáng)度低于無(wú)縫鋼管。20世紀(jì)30年代以來(lái)，隨著優(yōu)質(zhì)帶鋼連軋生產(chǎn)的迅速發(fā)展以及焊接和檢驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步，焊縫質(zhì)量不斷提高，焊接鋼管的品種規(guī)格日益增多，并在越來(lái)越多的領(lǐng)域代替了無(wú)縫鋼管。焊接鋼管按焊縫的形式分為直縫焊管和螺旋焊管。直縫焊管生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，成本低，發(fā)展較快。螺旋焊管的強(qiáng)度一般比直縫焊管高，能用較窄的坯料生產(chǎn)管徑較大的焊管，還可以用同樣寬度的坯料生產(chǎn)管徑不同的焊管。但是與相同長(zhǎng)度的直縫管相比，焊縫長(zhǎng)度增加30~100%,而且生產(chǎn)速度較低。因此，較小口徑的焊管大都采用直縫焊，大口徑焊管則大多采用螺旋焊。
低壓流體輸送用焊接鋼管(GB/T3091-2008)也稱(chēng)一般焊管，俗稱(chēng)黑管。是用于輸送水、煤氣、空氣、油和取暖蒸汽等一般較低壓力流體和其他用途的焊接鋼管。鋼管接壁厚分為普通鋼管和加厚鋼管;接管端形式分為不帶螺紋鋼管(光管)和帶螺紋鋼管。鋼管的規(guī)格用公稱(chēng)口徑(mm)表示，公稱(chēng)口徑是內(nèi)徑的近似值。習(xí)慣上常用英寸表示，如11/2等。低壓流體輸送用焊接鋼管除直接用于輸送流體外，還大量用作低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管的原管。
1.低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管((GB/T3091-2008)也稱(chēng)釵度鋅電焊鋼管，俗稱(chēng)白管。是用于輸送水、煤氣、空氣油及取暖蒸汽、暖水等一般較低壓力流體或其他用途的熱浸鍍鋅焊接(爐焊或電焊)鋼管。鋼管接壁厚分為普通鍍鋅鋼管和加厚鍍鋅鋼管;接管端形式分為不帶螺紋鍍鋅鋼管和帶螺紋鍍鋅鋼管。鋼管的規(guī)格用公稱(chēng)口徑(mm)表示，公稱(chēng)口徑是內(nèi)徑的近似值。習(xí)慣上常用英寸表示，如1/2、3/4、1、2等。
2普通碳素鋼電線(xiàn)套管1(YB/T5305-2006)是工業(yè)與民用建筑、安裝機(jī)器設(shè)備等電氣安裝工程中用于保護(hù)電線(xiàn)的鋼管。
3.直縫電焊鋼管(GB/T13793-2008)是焊絳與鋼管縱向平行的鋼管。用于一般結(jié)構(gòu)用，通常分為公制電焊鋼管、電焊薄壁管等等。
4.承壓流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管(SY/T5037-2000)是以熱軋鋼帶卷作管坯，經(jīng)常溫螺旋成型，用雙面埋弧焊法焊接，用于承壓流體輸送的螺旋縫鋼管。鋼管承壓能力強(qiáng)，焊接性能好，經(jīng)過(guò)各種嚴(yán)格的科學(xué)檢驗(yàn)和測(cè)試，使用安全可靠。鋼管口徑大，輸送效率高，并可節(jié)約鋪設(shè)管線(xiàn)的投資。主要用于輸送石油、天然氣的管線(xiàn)。
5.承壓流體輸送用螺旋縫高頻焊鋼管(SY/T5038-2000)是以熱軋鋼帶卷作管坯，經(jīng)常溫螺旋成型，采用高頻搭接焊法焊接的，用于承壓流體輸送的螺旋縫高頻焊鋼管。
6.鋼管承壓能力強(qiáng)，塑性好，便于焊接和加工成型;經(jīng)過(guò)各種嚴(yán)格和科學(xué)檢驗(yàn)和測(cè)試，使用安全可靠，鋼管口徑大，輸送效率高，并可節(jié)省鋪設(shè)管線(xiàn)的投資。主要用于鋪設(shè)輸送石油、天然氣等的管線(xiàn)。
7.一般低壓流體輸送用螺旋縫高頻焊鋼管(SY/T5039-2000)是以熱軋鋼帶卷作管坯，經(jīng)常溫螺旋成型，采用高頻搭接焊法焊接用于一般低壓流體輸送用螺旋縫高頻焊鋼管。
8.樁用螺旋焊縫鋼管(SY/T5768-2000)是以熱軋鋼帶卷作管坯，經(jīng)常溫螺旋成型，采用雙面埋弧焊接或高頻焊接制成的，用于土木建筑結(jié)構(gòu)、碼頭、橋梁等基礎(chǔ)樁用鋼管。
螺旋鋼管工藝流程
(1)原材料即帶鋼卷，焊絲，焊劑。在投入前都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的理化檢驗(yàn)。
(2)帶鋼頭尾對(duì)接，采用單絲或雙絲埋弧焊接，在卷成鋼管后采用自動(dòng)埋弧焊補(bǔ)焊。
(3)成型前，帶鋼經(jīng)過(guò)矯平、剪邊、刨邊，表面清理輸送和予彎邊處理。
(4)采用電接點(diǎn)壓力表控制輸送機(jī)兩邊壓下油缸的壓力，確保了帶鋼的平穩(wěn)輸送。
(5)采用外控或內(nèi)控輥式成型。
(6)采用焊縫間隙控制裝置來(lái)保證焊縫間隙滿(mǎn)足焊接要求，管徑，錯(cuò)邊量和焊縫間隙都得到嚴(yán)格的控
制。
(7)內(nèi)焊和外焊均采用美國(guó)林肯電焊機(jī)進(jìn)行單絲或雙絲埋弧焊接，從而獲得穩(wěn)定的焊接規(guī)范。
(8)焊完的焊縫均經(jīng)過(guò)在線(xiàn)連續(xù)超聲波自動(dòng)傷儀檢查，保證了100%的螺旋焊縫的無(wú)損檢測(cè)覆蓋率。若有缺陷，自動(dòng)報(bào)警并噴涂標(biāo)記，生產(chǎn)工人依此隨時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，及時(shí)消除缺陷。
(9)采用空氣等離子切割機(jī)將鋼管切成單根。
(10)切成單根鋼管后，每批鋼管頭三根要進(jìn)行嚴(yán)格的首檢制度，檢查焊縫的力學(xué)性能，化學(xué)成份，溶合狀況，鋼管表面質(zhì)量以及經(jīng)過(guò)無(wú)損探傷檢驗(yàn)，確保制管工藝合格后，才能正式投入生產(chǎn)。
(11)焊縫上有連續(xù)聲波探傷標(biāo)記的部位，經(jīng)過(guò)手動(dòng)超聲波和X射線(xiàn)復(fù)查，如確有缺陷，經(jīng)過(guò)修補(bǔ)后，再次經(jīng)過(guò)無(wú)損檢驗(yàn)，直到確認(rèn)缺陷已經(jīng)消除。
(12)帶鋼對(duì)焊焊縫及與螺旋焊縫相交的丁型接頭的所在管，全部經(jīng)過(guò)X射線(xiàn)電視或拍片檢查。
(13)每根鋼管經(jīng)過(guò)靜水壓試驗(yàn)，壓力采用徑向密封。試驗(yàn)壓力和時(shí)間都由鋼管水壓微機(jī)檢測(cè)裝置嚴(yán)格控制。試驗(yàn)參數(shù)自動(dòng)打印記錄。
(14)管端機(jī)械加工，使端面垂直度，坡口角和鈍邊得到準(zhǔn)確控制。
探傷標(biāo)準(zhǔn)：可按照中國(guó)(JB4730，GB/T2970)、美國(guó)(A435、A577、A588)、日本(JISG0801、JISG0901)、德國(guó)(SEL072)、英國(guó)(BS5996)、法國(guó)(NFS04-305)等國(guó)內(nèi)外探傷標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)檢驗(yàn)。
3、管線(xiàn)管的生產(chǎn)工藝
目前在國(guó)內(nèi)管線(xiàn)鋼的生產(chǎn)工藝主要有：常規(guī)半連續(xù)熱連軋、CSP連鑄連軋、中厚板機(jī)組、爐卷機(jī)組。
(1)半連續(xù)軋機(jī)：包括1機(jī)架爐卷軋機(jī)及5機(jī)架精軋機(jī)。在半連續(xù)軋機(jī)上，鋼帶在精軋道次所經(jīng)歷的熱軋從鋼帶的一端到另一端實(shí)質(zhì)上是恒定的。在精軋機(jī)上道次間的
時(shí)間通常少于3s。
(2)CSP連鑄連軋：在CSP生產(chǎn)線(xiàn)上對(duì)含有鈮、釩、鈦復(fù)合微合金化的低碳錳鋼，采用合適的控軋控冷和卷取工藝，可以保證鋼的力學(xué)性能和顯微組織符合現(xiàn)代X60管線(xiàn)鋼的技術(shù)要求，符合現(xiàn)代管線(xiàn)鋼發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)CSP連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)目前已開(kāi)發(fā)到了X60管線(xiàn)鋼，而美國(guó)及國(guó)外其它CSP生產(chǎn)廠(chǎng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了高牌號(hào)管線(xiàn)鋼X60、X65乃至X70。
其工藝特點(diǎn)是連鑄薄板坯存在中心偏析，消除連鑄薄板坯中心偏析是進(jìn)一步進(jìn)步管
線(xiàn)鋼質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)題目。
(3)中厚板機(jī)組：主要生產(chǎn)寬厚板，用于直縫埋弧焊管的生產(chǎn)，直縫埋弧焊管質(zhì)量可靠，廣泛應(yīng)用于油氣高壓輸送主干線(xiàn)上。
(4)爐卷軋機(jī)：爐卷軋機(jī)包括一架往復(fù)式粗軋機(jī)及一架4輥往復(fù)精軋機(jī)。在精軋機(jī)兩邊的輸送線(xiàn)上安裝了兩臺(tái)熱卷軋機(jī)。輸出輥道通常包括一套層流冷卻系統(tǒng)和一個(gè)卷取站。在爐卷軋機(jī)上，鋼帶整個(gè)長(zhǎng)度上的熱機(jī)械歷史明顯變化，尤其是在微合金化鋼生產(chǎn)中，將強(qiáng)烈影響精軋機(jī)上產(chǎn)生的再結(jié)晶程度、晶粒長(zhǎng)大及析出，并且導(dǎo)致整個(gè)帶鋼長(zhǎng)度上終極顯微組織和性能的劇烈變化。其工藝特點(diǎn)是投資本錢(qián)相對(duì)低。
目前國(guó)外在爐卷生產(chǎn)線(xiàn)上已生產(chǎn)出X70、X80級(jí)管線(xiàn)鋼，主要生產(chǎn)廠(chǎng)家為IPSCO,該廠(chǎng)具有超過(guò)35年操縱爐卷軋機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，近年來(lái)已對(duì)550MPa級(jí)Ⅱ類(lèi)的1219mm直徑及12.0mm壁厚管線(xiàn)鋼進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)。
焊接鋼管按工藝區(qū)分主要有電阻焊(ERW)、螺旋埋弧焊(SSAW)和直縫埋弧焊(LSAW)三種工藝。這三種工藝生產(chǎn)的焊管，因其原料、成型工藝、口徑大小以及質(zhì)量的不盡相同，在應(yīng)用領(lǐng)域里各有定位。
(a)直縫電阻焊管(ERW)
電阻焊管是我國(guó)最早生產(chǎn)、應(yīng)用范圍最廣、生產(chǎn)機(jī)組最多(2000余家)、產(chǎn)量最高(占焊管總產(chǎn)能的80%左右)的鋼管品種，產(chǎn)品規(guī)格為φ20~610mm,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。ERW219-610mm機(jī)組自20世紀(jì)80年代以來(lái)，約有30余套是從國(guó)外引進(jìn)的較先進(jìn)技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)實(shí)踐，裝備技術(shù)水平又有較大進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量也在不斷改善。因其投資少，見(jiàn)效快，應(yīng)用范圍廣而發(fā)展迅猛。隨著板材CSP生產(chǎn)工藝的發(fā)展，為其提供了低本錢(qián)、質(zhì)量可靠的原料，并為其今后進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。這部分產(chǎn)品已由流體輸送、結(jié)構(gòu)領(lǐng)域向無(wú)縫管應(yīng)用領(lǐng)域的油井管、管線(xiàn)管發(fā)展。其典型生產(chǎn)工藝流程應(yīng)為：板帶原料→原料預(yù)處理→冷彎成型→焊接→焊縫熱處理→焊縫(管體)探傷→精整→成品焊管。
(b)螺旋埋弧焊管(SSAW)
螺旋埋弧焊管設(shè)備投資較少，因采用價(jià)格較低的窄帶(板)卷連續(xù)焊接生產(chǎn)大口徑(φ1016~2400mm)焊管，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行用度低，具有低本錢(qián)運(yùn)行上風(fēng)。目前，我國(guó)油氣輸送螺旋焊管已形成了以石油系統(tǒng)所屬鋼管廠(chǎng)為主的基本格式。采用低殘余應(yīng)力成型和管端機(jī)械擴(kuò)徑等先進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量控制的螺旋焊管在質(zhì)量上可與直縫焊管相媲美，我國(guó)西氣東輸?shù)扔蜌忾L(zhǎng)輸管道工程中獲得了廣泛應(yīng)用，是我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道工程采用的主要管型。其目前的產(chǎn)能已經(jīng)能夠滿(mǎn)足我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道工程建設(shè)的需要，并已大量出口。
(c)直縫埋弧焊管(LSAW)
直縫埋弧焊在我國(guó)事較晚發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)制管技術(shù)，過(guò)往主要采用UOE技術(shù)制造。
近年來(lái)漸進(jìn)式JCOE在我國(guó)和全世界逐漸成為另一種新的主流技術(shù)。直縫埋弧焊管質(zhì)量可靠，廣泛應(yīng)用于油氣高壓輸送主干線(xiàn)上。該焊管機(jī)組由于投資相對(duì)較大，使用的原材
料為本錢(qián)較高的單張寬厚板，工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品本錢(qián)較高。
由于我國(guó)高壓油氣輸送管線(xiàn)每年需要大中口徑焊管100萬(wàn)t左右，主要采用螺旋焊管，直縫埋弧焊管將作為螺旋焊管的補(bǔ)充，主要應(yīng)用于螺旋焊管機(jī)組不能生產(chǎn)的大壁厚鋼管(17.5mm以上)和彎管用母管，其用量受到一定限制
目前，我國(guó)油氣輸送所使用的管線(xiàn)管主要由石油自然氣團(tuán)體公司的6個(gè)焊管廠(chǎng)生產(chǎn)，它們是寶雞石油鋼管廠(chǎng)、貴陽(yáng)石油鋼管廠(chǎng)、華北石油鋼管廠(chǎng)，遼陽(yáng)石油鋼管廠(chǎng)，沙市石油鋼管廠(chǎng)，勝利石油鋼管廠(chǎng)等，總設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力約為120萬(wàn)t左右。生產(chǎn)的油氣管以螺旋焊管和高頻直縫焊管為主，而管徑大、管壁厚的直縫埋弧焊管的生產(chǎn)在我國(guó)時(shí)間較短。2000年，我國(guó)第一條大口徑直縫埋弧焊管生產(chǎn)線(xiàn)在番禺珠江鋼管公司建成，此生產(chǎn)線(xiàn)從澳大利亞引進(jìn)，可生產(chǎn)厚壁大口徑長(zhǎng)輸管線(xiàn)鋼管，鋼管外徑457~1800mm,特殊規(guī)格可達(dá)3000mm,壁厚4.5~37mm,特殊規(guī)格還可增厚，單管最長(zhǎng)可達(dá)12m。但生產(chǎn)這種焊
管所需管線(xiàn)用寬厚鋼板目前基本還需依靠進(jìn)口。近日，日本住友金屬和住友商事又與中國(guó)石油自然氣團(tuán)體公司(CNPC)下屬的寶雞鋼管廠(chǎng)合作生產(chǎn)石油自然氣用中徑焊接鋼管，主要生產(chǎn)油氣輸送管線(xiàn)的支線(xiàn)用焊管，產(chǎn)量可由目前的5萬(wàn)t進(jìn)步到2~3年后的12萬(wàn)t。
5、管線(xiàn)鋼的發(fā)展趨勢(shì)
油氣管道特別是天然氣管道發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)是采用大口徑、高地、壓富氣輸送、高寒和腐蝕服役環(huán)境、海底管道厚壁化及選用高級(jí)別管材?？紤]到管道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性，還需增加管壁厚度和進(jìn)步管材的強(qiáng)度，因此用作這類(lèi)輸送管的管線(xiàn)鋼都向著厚規(guī)格和高強(qiáng)度方向發(fā)展。采用高壓輸送和高強(qiáng)度管材，可大幅度節(jié)約管道建設(shè)成本。目前，輸氣管道的設(shè)計(jì)和運(yùn)行壓力已達(dá)20MPa,有些管道甚至考慮采用更高的壓力。隨著管道輸送壓力的不斷提高。管線(xiàn)鋼管也迅速向高鋼級(jí)發(fā)展。因此對(duì)鋼材質(zhì)量要求也日益苛刻，在成分和組織上要求鋼材向著“超高純、超均質(zhì)、超細(xì)化”方向發(fā)展。
由于自然氣的可壓縮性，因而輸氣管的輸送壓力要較輸油管為高。近年來(lái)國(guó)外多數(shù)輸氣管道的壓力已從早期的4.5~6.4MPa進(jìn)步到8.0~12MPa,有的管道則達(dá)到了14~15.7MPa,從而使輸氣管的鋼級(jí)也相應(yīng)地進(jìn)步。目前，國(guó)外的大口徑輸氣管已普遍采用X70鋼級(jí)，X80開(kāi)始進(jìn)進(jìn)小規(guī)模的使用階段，X100也研制成功，并著手研制X120。
21世紀(jì)是我國(guó)輸氣管建設(shè)的高峰時(shí)期。“西氣東輸”管線(xiàn)采用大口徑、高壓輸送管的方法。這條管線(xiàn)全長(zhǎng)4167km,輸送壓力為10MPa,管徑為1016mm,采用的鋼級(jí)為X70、厚度為14.6mm,20℃的橫向沖擊功為≥120J。這一鋼級(jí)、規(guī)格、韌性級(jí)別目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)，并且質(zhì)量達(dá)到國(guó)際水平。因此，生產(chǎn)這種規(guī)格的高強(qiáng)度、高韌性管線(xiàn)鋼對(duì)我國(guó)今后采用國(guó)產(chǎn)管線(xiàn)鋼生產(chǎn)大口徑、高壓輸氣管具有十分重大的戰(zhàn)略意義。
大口徑高壓輸送及采用高鋼級(jí)管材是國(guó)際管道工程發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)：
(1)國(guó)內(nèi)對(duì)管線(xiàn)用鋼的需求以X70級(jí)為主，新線(xiàn)目標(biāo)定位在X80級(jí)熱軋寬鋼帶和X100級(jí)寬厚板的生產(chǎn)，以適應(yīng)目前10MPa和近期14MPa以上輸送壓力的設(shè)計(jì)。
(2)今后輸送的自然氣不再是經(jīng)脫水、脫H2S處理的“甜氣”,而將是未經(jīng)處理的“富氣”(PH2S≤300Pa),為此必須進(jìn)步管線(xiàn)用鋼的抗氫致開(kāi)裂和抗H2S應(yīng)力腐蝕的性能。
(3)國(guó)內(nèi)已具有70萬(wàn)t以上螺旋焊管的制管能力，但大口徑直縫埋弧焊管的產(chǎn)能和質(zhì)量還不能滿(mǎn)足工程的需求，繼續(xù)部分進(jìn)口成品管將不可避免。從研發(fā)基礎(chǔ)和生產(chǎn)技術(shù)的難度而言，具有優(yōu)質(zhì)的抗H2S應(yīng)力腐蝕性能的高強(qiáng)度等級(jí)管線(xiàn)用鋼的開(kāi)發(fā)應(yīng)當(dāng)列為科技攻關(guān)的重中之重。
