石油天然氣輸送管用熱連軋寬鋼帶

1、GB/T 14164-200×石油天然氣輸送管用熱連軋寬鋼帶國家標(biāo)準(zhǔn)編制說明石油天然氣輸送管用熱連軋寬鋼帶國家標(biāo)準(zhǔn)項目組二零一零年4月1 工作概況1.1 任務(wù)來源根據(jù)鋼標(biāo)委200917號文關(guān)于下達(dá)全國鋼標(biāo)委2009年第三批國家標(biāo)準(zhǔn)修訂項目計劃的通知要求(計劃編號為20090673T605)，將GB/T 14164-2005修訂為GB 14164-20××石油天然氣輸送管用熱連軋寬鋼帶。1.2標(biāo)準(zhǔn)的制定原則采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的原則。滿足用戶需求的原則。力爭達(dá)到“科學(xué)、合理、先進(jìn)、實用”。結(jié)合近年來國內(nèi)管線鋼的發(fā)展、國內(nèi)各大鋼廠的大生產(chǎn)數(shù)據(jù)、西氣東輸?shù)葘嶋H管道

2、應(yīng)用要求而制定本標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品系列化的原則。與國家標(biāo)準(zhǔn)體系協(xié)調(diào)一致的原則。1.3 制定本標(biāo)準(zhǔn)的目的和意義二戰(zhàn)后，伴隨全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求急劇增加，作為最安全、經(jīng)濟(jì)和不間斷的石油、天然氣管道運輸方式也得到了快速的發(fā)展。伴隨輸送能力的提高，輸送壓力越來越高，因此對管線用鋼的強(qiáng)度級別、止裂韌性、抗腐蝕性和焊接性能提出了更高的要求。圖1給出了國外和國內(nèi)管線鋼的發(fā)展歷程，國外應(yīng)用的最高鋼級已經(jīng)達(dá)到X80，技術(shù)儲備已經(jīng)達(dá)到X120級別。相對于國外管線鋼的長期、快速發(fā)展，由于冶金技術(shù)的限制，20世紀(jì)90年代之前國內(nèi)管線鋼的技術(shù)研究仍然缺乏系統(tǒng)性和突破性，X52以上級別管線鋼大部分依賴進(jìn)口；八五期間，通過

3、冶金部門和石油部門的協(xié)力合作，X52-X65級別管線鋼被相繼成功開發(fā)；2000年西氣東輸一線天然氣輸送管道的建設(shè)，極大的促進(jìn)了國內(nèi)高強(qiáng)度、高韌性管線鋼的技術(shù)發(fā)展，特別是針狀鐵素體組織類型X70卷板的成功研制和大批量應(yīng)用使我國管線鋼技術(shù)水平快速融入了高壓、大口徑和長距離管道輸送的發(fā)展潮流。圖 1 國內(nèi)外管線鋼的發(fā)展歷程國內(nèi)每年都要投產(chǎn)建設(shè)大量的石油、天然氣輸送管道，但是由于沒有一個統(tǒng)一規(guī)范的管材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為知道、各石油、天然氣管道設(shè)計部門在制定管材技術(shù)規(guī)發(fā)是對標(biāo)準(zhǔn)的選擇和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的制定一直比較疑惑，有事甚至隨意照搬不同規(guī)格不同需求的管線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。多數(shù)情況下，購方或設(shè)計部門為了保證管道的安全可

4、靠性，對關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)做了打幅度的提高，不僅導(dǎo)致施工難度的增加，也造成管道建設(shè)資金巨大的浪費。為此，我們特根據(jù)近年來國內(nèi)管線鋼的發(fā)展和實踐生產(chǎn)和應(yīng)用情況，以引導(dǎo)設(shè)計人員制定具體的技術(shù)協(xié)議書為導(dǎo)向，在大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上制定本標(biāo)準(zhǔn)。1.4 主要工作過程及工作計劃（1）首鋼于2008年進(jìn)行了起草標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)收集、情況調(diào)研、問題分析等準(zhǔn)備工作，于2008年，完成國家標(biāo)準(zhǔn)（草案）。（2）2009年6月至2010年6月：整理大量數(shù)據(jù)，尤其是對性能指標(biāo)及高強(qiáng)度級別（X90以上）的生產(chǎn)、科研數(shù)據(jù)進(jìn)行全面處理和分析。（3）2010年三季度，發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿-征求上級標(biāo)準(zhǔn)主管部門、生產(chǎn)和用戶行業(yè)代表企業(yè)及研究院所意見，

5、根據(jù)反饋意見的匯總處理結(jié)果，確定征求意見（二稿）或（討論稿）。（4）2010年四季度：針對國家標(biāo)準(zhǔn)征求意見（二稿）的反饋意見，進(jìn)行必要的修改工作，形成國內(nèi)外同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)水平對比分析和意見匯總處理表，必要的數(shù)據(jù)分析等。編寫標(biāo)準(zhǔn)預(yù)審稿并發(fā)出征求主要生產(chǎn)企業(yè)、行業(yè)主要顧客及相關(guān)科研設(shè)計院所意見，召開標(biāo)準(zhǔn)預(yù)審會議。（5）2011年：協(xié)調(diào)召開標(biāo)準(zhǔn)審定會議。根據(jù)審定會議意見，完成GB/T 14164-2011國家標(biāo)準(zhǔn)報批稿。1.5采用國內(nèi)、外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)程度本標(biāo)準(zhǔn)主要參考了API Spec 5L（44版）管線鋼管規(guī)范、ISO 3183 石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)鋼管標(biāo)準(zhǔn)。API SPEC 5L是國際上著名的鋼

6、管標(biāo)準(zhǔn)，但其不能直接適用于作為制造鋼管的鋼板訂貨和生產(chǎn)。同時參考了石油部門的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和今年來國內(nèi)主要工程的技術(shù)條件。Q/SY GJX0101-2007西氣東輸二線管道工程用熱軋板卷技術(shù)條件及補(bǔ)充規(guī)定Q/SY GJX0128-2007 西氣東輸二線管道工程用X70熱軋卷板技術(shù)條件Q/SY GJX*-2009 天然氣輸送管道螺旋縫埋弧焊管用熱軋板卷通用技術(shù)條件Q/SY GJX*-2009 原油成品油輸送管道螺旋縫埋弧焊管用熱軋板卷通用技術(shù)條件中亞天然氣管道工程用熱軋板卷技術(shù)條件1.6 主要起草人及其所承擔(dān)工作的簡要說明起草人所承擔(dān)的標(biāo)準(zhǔn)研究工作：收集、對比相關(guān)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，確認(rèn)為滿足要求、確定為現(xiàn)行

7、有效版本：對熱軋鋼板實物質(zhì)量進(jìn)行測量、統(tǒng)計、對比和分析；收集顧客對熱軋鋼板表面質(zhì)量指標(biāo)要求；編寫本標(biāo)準(zhǔn)各稿和標(biāo)準(zhǔn)編制說明、標(biāo)準(zhǔn)水平對比分析、意見匯總及處理、實物質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析；對標(biāo)準(zhǔn)中主要技術(shù)指標(biāo)確定所需的論證材料和理論研究材料；完成標(biāo)準(zhǔn)的報批稿；策劃標(biāo)準(zhǔn)宣貫工作，落實標(biāo)準(zhǔn)宣貫方式及人員，組織編寫標(biāo)準(zhǔn)宣貫材料。2 本標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)特點2.1 結(jié)合目前國內(nèi)、管線鋼生產(chǎn)、應(yīng)用實際在大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上制定本標(biāo)準(zhǔn)。2.2 針對性能指標(biāo)提出具體的建議性數(shù)值。國內(nèi)每年都要投產(chǎn)建設(shè)大量的石油、天然氣輸送管道，但是由于沒有一個統(tǒng)一規(guī)范的管材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為知道、各石油、天然氣管道設(shè)計部門在制定管材技術(shù)規(guī)發(fā)是對標(biāo)

8、準(zhǔn)的選擇和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的制定一直比較疑惑，有事甚至隨意照搬不同規(guī)格不同需求的管線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。多數(shù)情況下，購方或設(shè)計部門為了保證管道的安全可靠性，對關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)做了打幅度的提高，不僅導(dǎo)致施工難度的增加，也造成管道建設(shè)資金巨大的浪費。為此，我們特根據(jù)近年來國內(nèi)管線鋼的發(fā)展和實踐生產(chǎn)和應(yīng)用情況，以引導(dǎo)設(shè)計人員制定具體的技術(shù)協(xié)議書為導(dǎo)向。3 標(biāo)準(zhǔn)中主要技術(shù)內(nèi)容確定的依據(jù)3.1 分類和牌號 ISO 3183:2007和 API Spec 5L（44版）都采用了兩套牌號，根據(jù)目前國內(nèi)管線鋼的訂貨情況看，X系列多為廣大鋼廠和用戶所接受并廣泛應(yīng)用，同時GB/T21237石油天然氣輸送管用寬厚鋼板采用的也是ISO

9、 3183 中L系列的牌號，故本次標(biāo)準(zhǔn)修訂，也采用了國際和國內(nèi)市場認(rèn)可的L系列和X系列。為了便于選擇牌號，本標(biāo)準(zhǔn)附錄中給出了國內(nèi)外各標(biāo)準(zhǔn)中牌號的對比。按照需方要求，京供需雙方協(xié)商，訂貨牌號可轉(zhuǎn)化為附錄中的相應(yīng)牌號。3.2 尺寸、外形、重量及允許偏差直接采用GB/T 709-2006，取消原標(biāo)準(zhǔn)中此部分的具體規(guī)定。 3.3 化學(xué)成分此部分采用API Spec 5L（44版）的化學(xué)成分，同時要求熔煉分析和產(chǎn)品分析均符合此表。這樣針對國內(nèi)各生產(chǎn)長工藝條件不同。對工藝設(shè)計的認(rèn)識和應(yīng)用能力不同，因此本標(biāo)準(zhǔn)沒有對成分作出硬性規(guī)定。本標(biāo)準(zhǔn)提倡在保證鋼板性能和焊接性能前提下，生產(chǎn)廠可在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)自主選擇

10、合金元素，使得各同行專家以低成本、低碳的思路充分發(fā)揮各自的工藝能力。 目前，X52以下級別管線鋼為低C-Mn鋼；X52X65為低C-Mn-NbTi-(V)鋼；X70多為低C-Mn-V-Nb-Ti或低C-Mn-Mo-Nb-Ti鋼；X80為低C-Mn-Mo-V-Nb鋼。近年來，為適應(yīng)高寒代大口徑石油及天然氣輸送管線工程的高強(qiáng)度、高低溫韌性、可焊性和良好成型性要求，在Mn-Nb系鋼基礎(chǔ)上降低碳的含量(0.06%)提高錳的含量(1.6)、加入鉬(0.15-0.35%)把X70鋼級改進(jìn)為低C-Mn-Mo-Nb型針狀鐵素體成為高強(qiáng)度、高韌性管線用鋼成分設(shè)計趨勢。高Nb的強(qiáng)韌化研：Nb是現(xiàn)代微合金化管線鋼最

11、主要的元素之一，也是研究內(nèi)容最豐富的微合金元素之一。傳統(tǒng)上主要利用Nb微合金的細(xì)晶強(qiáng)化效果，通過熱軋過程中固溶Nb的拖曳作用和形變誘導(dǎo)析出Nb(C,N)阻礙奧氏體再結(jié)晶的作用，Nb顯著提高奧氏體再結(jié)晶溫度（如圖2），可以在較高溫度終軋獲得低溫大變形的控軋效果，獲得細(xì)小再結(jié)晶奧氏體晶?；蜃冃蔚膴W氏體晶粒（壓扁的奧氏體晶粒），相變后獲得細(xì)小的鐵素體晶粒，以使鋼具有高的強(qiáng)度和良好的低溫沖擊韌性。 圖2 Nb微合金延遲再結(jié)晶的影響但伴隨煉鋼、軋鋼控制水平的提高和技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)現(xiàn)由于C、N含量的降低為添加高的Nb含量創(chuàng)造了條件（C、N含量影響Nb的溶解，軋制前未溶解的Nb不發(fā)揮強(qiáng)化效果），另外發(fā)現(xiàn)鐵素體

12、相變前固溶于奧氏體中的Nb顯著降低鐵素體相變溫度，促進(jìn)中、低溫相變組織的轉(zhuǎn)變，同時固溶于奧氏體中的Nb在相變后鐵素體中彌散析出，進(jìn)一步提高強(qiáng)度。圖3為X80卷板奧氏體化熱模擬試驗結(jié)果，從圖13可以發(fā)現(xiàn)伴隨加熱溫度提高，奧氏體晶粒尺寸逐漸增大，當(dāng)加熱溫度達(dá)到1200，盡管奧氏體晶粒仍然均勻，但個別奧氏體晶粒已經(jīng)出現(xiàn)局部粗化，當(dāng)加熱溫度達(dá)到1250，奧氏體晶粒迅速粗化，表明Nb全部溶解于奧氏體中，因此加熱溫度應(yīng)該不高于1200。圖4為采用Irvine溶度積計算公式結(jié)算X80卷板Nb溶解量隨加熱溫度的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)隨著加熱溫度的提高，Nb溶解量逐漸增加。隨后生產(chǎn)過程中取板坯淬火樣進(jìn)行化學(xué)萃取，加熱溫

13、度為1180，Nb含量溶解了0.09%，與計算結(jié)果基本一致。圖 3 X80卷板奧氏體化熱模擬試驗結(jié)果圖 14 加熱溫度對Nb溶解量的計算結(jié)果3.4 冶煉方法鋼帶是由氧氣轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉工藝生產(chǎn)。PSL2鋼應(yīng)為經(jīng)過爐外精煉的細(xì)晶粒鎮(zhèn)靜鋼。L485/X70以上級別必須經(jīng)過真空脫氣處理。除非需方有特殊要求，冶煉方法由供方選擇。3.5 力學(xué)和工藝性能管線所處地理位置負(fù)責(zé)多變，所用鋼帶的技術(shù)指標(biāo)要求難以同一，本標(biāo)準(zhǔn)中的性能要求重在國內(nèi)目前工業(yè)生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，同時主要參考石油部門的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以用戶多年來的實際應(yīng)用而制定，其中對X90及以上級別的鋼帶只是提出建議性數(shù)值，因X90的實際應(yīng)用數(shù)據(jù)幾乎沒有

14、，故有些性能數(shù)據(jù)并沒有給出推薦值，同時，提出建設(shè)性意見。目的是在總結(jié)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)行業(yè)進(jìn)步。 拉伸性能 拉伸性能主要采用的是API Spec 5L（44版）的性能，但在屈強(qiáng)比上，將X90以上級別的屈強(qiáng)比略有降低，這在API Spec 5L（44版）中也是允許存在的，這主要是因為X80及以下級別的鋼帶在我國各鋼廠一般均有生產(chǎn)，對大生產(chǎn)的數(shù)據(jù)均有統(tǒng)計，而X90以上的鋼帶在各生產(chǎn)廠均屬于研制階段，并且在實際工程中也沒有大量的應(yīng)用，為推進(jìn)行業(yè)進(jìn)步，特在已經(jīng)研制的基礎(chǔ)上，將X90及以上級別的數(shù)據(jù)略有改動。 圖 5 大生產(chǎn)X80力學(xué)性能統(tǒng)計結(jié)果 應(yīng)變時效問題與西氣東輸一線X70卷板相比，X80卷

15、板最顯著的區(qū)別是應(yīng)變時效敏感性。所謂的應(yīng)變時效問題是指X80制管矯直、成型，以及隨后的打壓和涂層對屈服強(qiáng)度的影響，導(dǎo)致屈服強(qiáng)度顯著增加，并造成屈強(qiáng)比性能超標(biāo)的問題。圖6為X80卷板、水壓前鋼管和打壓后圓棒試樣的拉伸曲線，兩組試樣屈服強(qiáng)度分別為：5657所示。 圖 6 X80卷板、水壓前后鋼管拉伸性能圖7 卷板制管打壓后強(qiáng)度性能變化關(guān)于應(yīng)變時效的機(jī)理國內(nèi)外專家給出解釋，認(rèn)為引起應(yīng)變時效的主要原因是固溶碳在加工硬化過程中阻礙位錯滑移，以及位錯增值的關(guān)系。為了解決應(yīng)變時效造成的屈強(qiáng)比性能超標(biāo)問題，從成分設(shè)計和軋鋼工藝進(jìn)行了調(diào)整，主要措施為：1)在一定限度內(nèi)，提高固溶元素，從而提高抗拉強(qiáng)度性能。2)調(diào)

16、整軋鋼工藝，即提高卷取溫度促使碳化物的析出，減少固溶碳的影響。韌性在GB/T 14164-2004標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，提高了沖擊功，綜合參考我國西氣東輸?shù)戎饕こ痰母删€和支線建設(shè)情況，確定-10為夏比V型沖擊試驗；同時DWTT 試驗溫度規(guī)定為-15，這也是我們長期生產(chǎn)實踐的結(jié)果。西氣東輸一線，生產(chǎn)過程中存在的難點主要是DWTT性能不穩(wěn)定，并且存在嚴(yán)重的斷口分離現(xiàn)象。由于煉鋼控制水平的提高，P、S和N含量控制低鋼質(zhì)潔凈度進(jìn)一步提高， -15DWTT性能檢驗幾乎全部為100%。另外首鋼生產(chǎn)的X80卷板煉鋼過程采用輕壓下技術(shù)，DWTT試樣斷口幾乎不存在分離，如圖8所示。圖 18 X80系列溫度DWTT試驗

17、斷口形貌表面質(zhì)量表面質(zhì)量部分，一方面采用了鋼帶國標(biāo)中長期和普遍采用的方法，同時考慮到中石油的企標(biāo)和技術(shù)條件中多次出現(xiàn)的GB/T 14977 鋼板表面質(zhì)量的一般要求的寫法，也將鋼板的GB/T 14977作為協(xié)商條款，以適應(yīng)用戶的要求。也就是說用戶開平制管后，鋼管表面出現(xiàn)表面缺陷，缺陷面積的計算方法、缺陷深度的允許值、缺陷面積大小的允許值等均按照GB/T 14977的方法計算。其他要求此次標(biāo)準(zhǔn)的重大突破點在于此，本標(biāo)準(zhǔn)中將非金屬夾雜、帶狀組織、硬度等都給出了長期工業(yè)性生產(chǎn)，并被用戶接受的數(shù)值，同時考慮到國內(nèi)多年來管線鋼帶狀組織和非金屬夾雜的試驗方法部分，幾乎所有的數(shù)據(jù)都是在ASTM 標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法

18、所得到的，故本標(biāo)準(zhǔn)將ASTM E45 作為非金屬夾雜的試驗方法，同時將帶狀組織的試驗方法作為本標(biāo)準(zhǔn)附錄。（1）非金屬夾雜鋼中A、B、C、D類非金屬夾雜物級別限定如表1所示。其檢驗方法按照 ASTM E45 方法A進(jìn)行。表1 非金屬夾雜物級別ABCD薄厚薄厚薄厚薄厚2.02.02.02.02.02.02.02.0（2）晶粒度晶粒尺寸應(yīng)符合表2的規(guī)定。表2 晶粒度尺寸牌 號晶粒度尺寸牌 號晶粒度尺寸L245/B、L290/X42、L320/X46、L360/X52、L390/X56、L415/X60、L450/X657級或更細(xì)L485/X70、L555Q/X80、L625/X90、L690/X100、L830/X120 10級或更細(xì)（3）帶狀組織鋼的帶狀組織應(yīng)不大于3級。評定按附錄D規(guī)定的方法進(jìn)行。（4） PSL2鋼帶的硬度鋼級最大允許硬度值（HV10）鋼級最大允許硬度值（HV10）L245/B240L450/X65240L290/X42240L485/X70255L320/X46240L555Q/X80265L360/X52240L625/X90280L390/X56240L690/X100280L415/X60240L830/X120協(xié)商表3 PSL2鋼帶不同鋼級的最大允許硬度值 應(yīng)在板卷寬度四分之一處橫向上取樣，經(jīng)