國(guó)內(nèi)管線管生產(chǎn)現(xiàn)狀文檔

1、我國(guó)管道建設(shè)正處于大力發(fā)展階段，因此管線鋼的發(fā)展也非常迅速。20世紀(jì)5070年代管 線鋼主要采用A3鋼和16Mn鋼；70年代后期和80年代采用從日本進(jìn)口的TS52K鋼（相 當(dāng)于X52級(jí)鋼）；90年代，管線鋼主要采用的X52、X60、X65級(jí)熱軋板卷主要由寶鋼和 武鋼生產(chǎn)供應(yīng)?！鞍宋濉逼陂g成功研制和開發(fā)了 X52-X70級(jí)高韌性管線鋼，并逐步得到廣泛 應(yīng)用。西氣東輸工程采用了 X70級(jí)管線鋼。目前針對(duì)X80高鋼級(jí)管材的研究和應(yīng)用，石油 部門與冶金部門聯(lián)合開展了 10余頂國(guó)家基礎(chǔ)研究與攻關(guān)、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目； 其中包括國(guó)家“973”項(xiàng)目“高強(qiáng)度管線鋼的重大工藝基礎(chǔ)研究”，中油集團(tuán)技術(shù)開發(fā)

2、項(xiàng)目“X80 管線鋼管的開發(fā)與應(yīng)用”、“X80管線鋼的焊接及高韌性焊材選擇”等等。下面就國(guó)內(nèi)管線鋼生 產(chǎn)技術(shù)要求及其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)的分析1、管線鋼的組織分類及其特性隨著合金設(shè)計(jì)、冶煉水平和軋制工藝的發(fā)展，具有不同特性、適用于多種條件的管線鋼 已經(jīng)生產(chǎn)，它應(yīng)用了微合金鋼發(fā)展的一切成果。鐵素體-珠光體組織為第一代微合金管線鋼， 強(qiáng)度級(jí)別X42-X70；針狀鐵素體管線鋼為第二代微合金管線鋼，強(qiáng)度級(jí)別范圍可覆蓋X60- X90。其中管線鋼的組織結(jié)構(gòu)是決定其使用性能和安全服股的內(nèi)部根據(jù)。目前，按照組織形 態(tài)歸類，管線鋼具有以下3種典型的類型：（1）鐵素體-珠光體鋼和少珠光體鋼60年代后期在國(guó)外發(fā)

3、展起來的第一代管線系列鋼（X52-X70強(qiáng)度級(jí)），稱為鐵素體+珠 光體管線鋼。它以高純凈（SK0.010%，N60ppm，N+O+P+S150ppm）和細(xì)晶粒（10 15pm）的鐵素體+（5%15%）珠光體為基體，綜合使用微量碳（C 0.05%0.10%），微 量的鈮，釩，鈦（Nb+V+Ti0.12%）。國(guó)產(chǎn)的X52-X65級(jí)管線鋼為控軋C-Mn-Nb-Ti或C- Mn-Nb-Ti-V系列鐵素體-珠光體型微合金鋼。少珠光體管線鋼的典型化學(xué)成分有Mn-Nb，M n-V，Mn-Vb-V等。一般含碳量小于0.1%，鈮、釩、鈦的總含量小于0.10%，代表鋼鐘是 60年代末的X56、X60和X65。這類

4、鋼突破了傳統(tǒng)鐵素體-珠光體鋼熱軋正火的生產(chǎn)工藝， 進(jìn)入了微合金化鋼控軋的生產(chǎn)階段。具有鐵素體-珠光體和少珠光體的管線鋼，通過采用微 合金化和控制軋制等強(qiáng)化手段，在保證高韌性和良好焊接性的條件下，可將20mm的寬厚 板提高到500550MPa的極限水平。（2）針狀鐵素體和超低碳貝氏體鋼典型成分為C-Mn-Nb-Mo, 一般碳含量小于0.06%。為了把碳當(dāng)量保持在較低水平上， 強(qiáng)度在X70級(jí)以上的制管帶鋼必須采用貝氏體鐵素體組織，鉬合金化是獲得這種組織最成 功的技術(shù)。依靠成分調(diào)整，降碳、提錳和添加鉬以及軋后采取較高的冷卻強(qiáng)度，易形成這種 貝氏體類型的鐵素體組織，是X65-X80級(jí)高強(qiáng)度韌性管線鋼的

5、主要成分規(guī)范。針狀鐵素體 鋼通過微合金化和控制軋制，綜合利用晶粒細(xì)化、微合金化元素的析出相與位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的強(qiáng) 化效應(yīng)，可使鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到650MPa以上，-60C的沖擊韌性達(dá)80J。針狀鐵素體管線鋼是西氣東輸工程選用的管線鋼種。這種鋼從合金設(shè)計(jì)、冶煉工藝、軋 制工藝到管材顯微組織狀態(tài)都與第一代的管線鋼不同。該鋼特征是進(jìn)一步提高純凈度（C 0.05%，S0.005%，P0.010%，N30ppm，P+S+N100ppm），使用鈣處理硫化物， 在連鑄過程中采用電磁攪拌和動(dòng)態(tài)軟壓下措施。在鋼的基體中加入微量鉬（0.2%0.4%） 以促使針狀鐵素體的形成，并用適量銅、鎳、鉻強(qiáng)化基體；在高溫動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨

6、界溫度上下 溫度區(qū)間進(jìn)行控制軋制，通過在線強(qiáng)制加速冷卻，進(jìn)一步細(xì)化晶粒度（平均38pm），使 其鐵素體基體的均勻化程度提高，位錯(cuò)密度增加。這種鋼具有比鐵素體-珠光體型管線鋼更 好的焊接性能（Pcm0.20），其對(duì)脆性斷裂，硫化氫或二氧化碳引起的陽極腐蝕（點(diǎn)蝕）， 應(yīng)力腐蝕（SCC），硫化氫應(yīng)力腐蝕斷裂（SSC），氫誘發(fā)裂紋（HIC），延性斷裂（DD F）六個(gè)方面的“抗力”要比其它鋼種高得多。超低碳貝氏體鋼在成分設(shè)計(jì)上，選擇上碳、錳、鈮、鉬、硼、鈦的最佳配合，從而在較 大冷卻速度范圍內(nèi)部都形成完全的貝氏體組織。超低碳控軋貝氏體鋼的屈服強(qiáng)度可望提高至 700800MPa，因而超低碳貝氏體鋼被譽(yù)為2

7、1世紀(jì)的控軋鋼。與鐵素體-珠光體和少珠光體管線鋼相比，針狀鐵素體和超低碳貝氏體鋼具有不同的強(qiáng)韌 化方式。控制針狀鐵素體或低碳貝氏體強(qiáng)韌性的有效晶?！笔秦愂象w鐵素體板條束。鐵素體 板條束的大小，不但可以借降低再加熱溫度、形變量和終軋溫度等控軋參數(shù)來獲得，而且還 可以通過改變冷卻速度等控冷參數(shù)來進(jìn)行控制，因而針對(duì)鐵素體或超低碳貝氏體鋼的有效 晶?！背叽鐚⒋蟠蠹?xì)化。（3）低碳素氏體鋼從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，未來的管線鋼將向著更高的強(qiáng)韌化方向發(fā)展。如果控制軋制技術(shù)滿足 不了這種要求，可以采用淬火+回火的熱處理工藝，通過形成低碳素氏體組織來獲得。2、國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀分析2.1冶煉X65/X70級(jí)管線鋼生產(chǎn)

8、中，首先要進(jìn)行鐵水預(yù)處理。鐵水預(yù)處理是獲得低硫和低磷管線 鋼的經(jīng)濟(jì)的冶金方法，它包括脫硫、脫磷和脫硅的“三脫”操作。若原始高爐鐵水PK0.08%、 S0.04%，以噴鎂劑脫硫的效果最佳。預(yù)處理后，要求入轉(zhuǎn)爐鐵水P： 0.06%0.08%，S 0.005%。轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)，要求頂?shù)讖?fù)吹少渣冶煉，脫碳升溫，在無底吹條件下采用爐后鋼包 底吹氬，使鋼中夾雜充分上浮，也可同時(shí)進(jìn)行噴粉脫磷，以Si-Fe、Mn-Fe、Ca-Si添加的 順序調(diào)整成分和最終脫氧。目前在LD轉(zhuǎn)爐中將頂吹和底部攪拌結(jié)合起來可以獲得低碳和低 磷管線鋼。采用這種方法可使碳含量達(dá)到0.02%0.03%，磷含量降至0.005%或更低。2.2精

9、煉鋼包精煉過程主要涉及到氬或電磁攪伴、真空處理和噴吹處理。鋼包精煉除了通過RH 真空裝置和TN法進(jìn)行合金成分微調(diào)外，還進(jìn)行雜質(zhì)元素、氣體含量以及氧化物、硫化物形 態(tài)的精確控制。LF爐精煉使鋼水脫硫，控制鋼水中磷、硫的含量達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)；也可以 LF+RH精煉，控制鋼水中磷、硫的含量，同時(shí)降低氮、氧含量。脫氧和脫硫是互相關(guān)聯(lián)的， 因?yàn)橹挥械偷难鹾坎拍軐⒘蛎摰降偷乃?。精煉的?yīng)用可生產(chǎn)出碳含量在0.002%0.00 3%，雜質(zhì)含量達(dá)到0.001%S、0.003%P、0.003%N、23ppmO和1ppmH的潔凈鋼。管線鋼的精煉工序必不可少，低硫工藝路線是管線鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵，夾雜物變態(tài)處理（鈣 處理

10、或稀土處理）對(duì)提高橫向韌性和抗氫誘裂紋腐蝕起決定性的作用。故管線鋼生產(chǎn)，應(yīng)根 據(jù)不同的成分規(guī)范和鋼材品種，選用合適的精煉條件的組合，尤要防止鋼水二次氧化和連鑄 過程產(chǎn)生各種缺陷。（1）真空脫氣精煉設(shè)備和工藝技術(shù)真空處理設(shè)備與LF相匹配的鋼包脫氣（VD）裝置，主要完成對(duì)鋼水的脫氫、脫氮（由 C-O反應(yīng)去除）、脫硫、合金微調(diào)、促使夾雜物聚集上浮等功能。與傳統(tǒng)的RH法相比，V D法有充分的渣一金反應(yīng)，可以對(duì)鋼水進(jìn)行深脫硫，經(jīng)VD處理后鋼水的脫硫效率可以達(dá)到 40%左右。（2）鋼水的渣精煉及再加熱設(shè)備工藝技術(shù)鋼包爐（LF）處理裝置與相應(yīng)容量的轉(zhuǎn)爐相應(yīng)，主要完成鋼水的加熱升溫、脫氧、脫硫、 促使夾雜物上

11、浮去除、合金成分調(diào)整等任務(wù)，在冶煉和連鑄間起緩沖作用LF與其它精煉 的區(qū)別在于LF具有很強(qiáng)的渣精煉功能，渣精煉可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散脫氧、脫硫以及吸附鋼水中的 夾雜物。由于底吹氬的攪拌作用及電弧的加熱形成局部高溫，使LF的渣金反應(yīng)具有很好的 動(dòng)力學(xué)條件。LF通常采用埋弧加熱，可以保護(hù)鋼包內(nèi)襯、減少耐火材料消耗、減少電極消 耗和電耗。LF的造渣制度（精煉基礎(chǔ)渣和精煉埋弧渣）是完成LF冶金功能的關(guān)鍵技術(shù)， 合理的造渣制度既能很好地完成脫氧、脫硫等冶金功能，又能實(shí)現(xiàn)LF的全程埋弧操作。目前寶鋼經(jīng)過LF處理的鋼水，脫硫效率可以達(dá)到60%80%甚至更高，超低硫鋼中硫 含量可以達(dá)到10 x10-6以下，鋼水的全氧含

12、量可以達(dá)到1525x10-6o鋼包爐處理過程會(huì)造成鋼水增碳、增氮、增氫等，寶鋼的LF處理過程的增氮量在10 x1 0-6左右，15x10-6甚至更高。故冶煉質(zhì)量要求高的鋼種時(shí)，在LF處理結(jié)束時(shí)，要對(duì)鋼水 進(jìn)行真空處理，通常采取LF+VD處理的工藝路線。2. 3連鑄連鑄是目前管線鋼生產(chǎn)廣泛采用的一項(xiàng)新技術(shù)。連鑄可提高熱軋成材率10%，降低成本 8%，而且生產(chǎn)率高，易于進(jìn)行生產(chǎn)連續(xù)化和自動(dòng)化的控制。連鑄的成功經(jīng)驗(yàn)和自動(dòng)化的控 制。連鑄的成功經(jīng)驗(yàn)是低的過熱度、緩流澆注和適宜的二次冷卻，采用低頻率、高質(zhì)量的電 磁攪拌，可以得到均勻的等軸的凝固區(qū)。在管線鋼連鑄生產(chǎn)中，如何防止大顆粒夾雜物、成分偏析、表面

13、和內(nèi)部裂紋，是目前提 高材質(zhì)的首要環(huán)節(jié)。防止鋼水從鋼包到中間包以及中間包到結(jié)晶器的二次氧化非常重要，一 般采用氬氣保護(hù)，中間包凈化技術(shù)。此外，連鑄坯在1300 r以上時(shí)，應(yīng)避免快速噴水冷卻， 以免產(chǎn)生表面裂紋。同時(shí)，連鑄過程中采用電磁攪拌、輕壓下技術(shù)以及防止液相穴內(nèi)富集溶 質(zhì)母液的流動(dòng)等技術(shù)對(duì)降低合金元素偏析有很大作用。改善連鑄坯的成分偏析，提高管線鋼的止裂性能和抗硫化氫腐蝕性能。近年來，我國(guó)在 高強(qiáng)度管線鋼生產(chǎn)中采取了低碳（0.06%）、超低硫（0.002%）、鈣處理以及低的板卷 卷取溫度等工藝進(jìn)的、強(qiáng)有力的控制冷卻手段來調(diào)整鐵素體晶粒尺寸、貝氏體類型及其比例、 碳氮化物析出相的數(shù)量和粒度分

14、布。管線鋼通常都要求采用含Nb的微合金鋼，在再結(jié)晶控軋的基礎(chǔ)上，應(yīng)變誘導(dǎo)相變和析 出的未再結(jié)晶控軋，以及（Y+a）兩相區(qū)形變，已成為目前管線鋼生產(chǎn)的主要發(fā)展方向?？?制軋制可顯著提高低碳微合金鋼的強(qiáng)韌性，盡管兩相區(qū)軋制可達(dá)到較高的強(qiáng)度水平，而最優(yōu) 的韌性還必須通過Y未再結(jié)晶區(qū)才能獲得。低C-Mn-Mo-Nb鋼具有較優(yōu)的強(qiáng)度和韌性的配合，對(duì)加工條件不甚敏感。采取II型控制 軋制，降碳和降鈮只稍微改變曲線的位置，而添鉬可以抑制鐵素體轉(zhuǎn)變、促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū) 高溫段形成，是一種無碳貝氏體，以擴(kuò)散和切變的混合形成生成。但對(duì)另一些鋼種，采用三 階段軋制工藝，既可進(jìn)一步挖掘金屬的內(nèi)在潛力，又能獲得強(qiáng)度和韌性

15、的良好匹配。如管線 用鋼APIX70-90可以用三階段控制軋制工藝來生產(chǎn)。經(jīng)兩相區(qū)軋制雖可以得到位錯(cuò)、亞結(jié) 構(gòu)和織構(gòu)的強(qiáng)化效應(yīng)，使鋼材的強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高。但由于終軋溫度的降低，管線鋼的精 軋過程是在未再結(jié)晶條件下進(jìn)行，變形抗力要較非控軋鋼高30%左右，因而精軋機(jī)組的實(shí) 際軋制力需達(dá)3000t以上，才有可能使鋼獲得熱機(jī)械處理的效果，這對(duì)老式軋機(jī)仍然是個(gè)問 題。為了彌補(bǔ)軋機(jī)的這一不足，可在軋機(jī)后增設(shè)能使卷取溫度冷至550r左右的自動(dòng)化程度 較高的強(qiáng)力層流冷卻裝置。當(dāng)然，在強(qiáng)力軋機(jī)后設(shè)置加速冷卻裝置，將會(huì)相得益彰。傳統(tǒng)的 TMCP在冷卻能力和最終冷卻方面得到了發(fā)展，這稱為“先進(jìn)的MACS”（“多目的加速冷卻 系統(tǒng)”）。