海洋環(huán)境用鋼管質量淺析

1、海洋環(huán)境用鋼管質量淺析1第1頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五2海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析中海石油金洲管道有限公司是中海油能源發(fā)展股份有限公司與金洲集團共同投資建立的合資企業(yè)。公司ERW610機組的生產(chǎn)線圖紙由美國BRONX公司設計，關鍵設備從國外進口，可生產(chǎn)直徑219610mm、壁厚5.6mm20mm，長度6m18.5m。 公司簡介2第2頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五3隨著煉鋼工藝、鋼卷熱軋工藝、鋼管的制造工藝和質量控制體系的提高，高頻直縫焊接鋼管（HFW）已經(jīng)應用于海洋和酸性油氣介質的輸送。但由于高頻直縫焊接鋼管焊縫的耐腐蝕性和穩(wěn)定性的問題

2、，在國內應用時間并不是很長。本文主要介紹在海洋環(huán)境中HFW鋼管的耐腐性、焊縫抗斷裂性能CTOD、焊縫質量穩(wěn)定性和質量保障體系。海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析3第3頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五4高頻直縫電阻焊鋼管在輸油輸氣管線中已經(jīng)廣泛應用，尤其在海洋和含CO2、H2S等酸性環(huán)境已經(jīng)開始應用，但是由于高頻電阻焊鋼管的焊縫耐腐蝕性能和質量穩(wěn)定性在海洋環(huán)境中使用受到限制。中海石油金洲管道有限公司根據(jù)幾年生產(chǎn)海底管線鋼管的經(jīng)驗，基本解決這一問題，并且保障十五萬噸海底管線鋼管正常服役。本文主要描述如何減小鋼管焊縫的腐蝕和提高焊縫質量穩(wěn)定性，解決焊縫低溫沖擊韌性和斷裂韌性。0 引

3、 言 海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析4第4頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五5海底管線鋼管要求所使用的管線鋼管的化學成分、焊縫熱處理狀況和生產(chǎn)工藝路線對焊縫溝槽腐蝕是不敏感的。在很多文獻中提出海水環(huán)境中會產(chǎn)生溝槽腐蝕現(xiàn)象，HFW鋼管的溝槽腐蝕主要產(chǎn)生在焊縫的位置（見圖1）。1 高頻直縫HFW鋼管焊縫溝槽腐蝕海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析圖1 HFW焊縫溝槽腐蝕后圖片理學5第5頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五6海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析1 高頻直縫HFW鋼管焊縫溝槽腐蝕一般認為，HFW鋼管焊縫溝槽腐蝕產(chǎn)生的有以下幾個方面的原因：HFW鋼管焊縫組織不同于

4、母材鐵素體+珠光體組織，同時由于快速加熱和冷卻而導致焊縫處存在較大的殘余應力；另外由于熱軋鋼卷存在沿著軋制方向的金屬流線，在焊接時擠壓力作用下與內外表面形成上升的角度。圖2 焊縫具有上升金屬流線的圖片6第6頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五71 高頻直縫HFW鋼管焊縫溝槽腐蝕海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析在金屬流線中存在著非金屬夾雜物如MnS等，當鋼管處于腐蝕環(huán)境時，溝槽腐蝕就會沿著非金屬夾雜物MnS富集區(qū)的金屬流線開始腐蝕。溝槽腐蝕的產(chǎn)生和擴大可以描述為三個步驟，一是在焊接時MnS熔解后的快速沉淀形成富S區(qū)域；二是MnS富集區(qū)產(chǎn)生坑腐蝕；三是在焊縫和母材之間形成巨大的腐蝕

5、坑即形成溝槽。7第7頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五8采取焊縫熱處理和改變化學成分的方法可以有效減小焊縫的溝槽腐蝕。焊縫熱處理可以有效降低S富集區(qū)，減少焊縫和母材之間的組織差異，降低焊縫的殘余應力。但由于高頻直縫焊管的焊縫在線熱處理時間較短，因此不能完全消除溝槽腐蝕。降低鋼中硫含量可以有效的減少MnS附近S的富集，因此可以幫助減小溝槽腐蝕的產(chǎn)生。1 高頻直縫HFW鋼管焊縫溝槽腐蝕海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析8第8頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五9海底管線鋼管多數(shù)使用雙層管，外面作為套管，里面的鋼管是輸送使用，內管和外管之間采用保溫層。作為輸送油氣

6、使用的內管在酸性環(huán)境下要求具有良好的HIC腐蝕性能。在較小直徑的HFW鋼管生產(chǎn)中，需要采購兩倍工作寬度的鋼卷進行縱剪，由于鋼帶存在中心偏析，縱剪后的鋼板有一邊存在偏析，在焊接時通過加熱和擠壓，非金屬夾雜物殘留在焊縫熔合線周圍及鋼管表面。因此這些非金屬夾雜物影響了焊縫的抗HIC性能。2 高頻直縫HFW鋼管焊縫抗HIC腐蝕性能海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析9第9頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五10為了提高焊縫抗HIC腐蝕性能，需要從原料、焊接工藝參數(shù)和焊縫熱處理工藝方面入手。首先要做到的是提高原料的純凈度，減小或消除帶鋼中心偏析，為焊接奠定良好的基礎。新的焊縫在線熱處理工藝即

7、焊縫淬火+回火的熱處理工藝來代替正火熱處理工藝，可以有效提高焊縫的抗HIC腐蝕性能。再者焊接工藝參數(shù)直接影響夾雜物的形成，也是提高焊縫抗HIC性能的關鍵，最終研究表明較窄的熔合線寬度和較大的金屬流線角度可以明顯提高焊縫抗HIC腐蝕性能。海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析2 高頻直縫HFW鋼管焊縫抗HIC腐蝕性能10第10頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五CTOD是指張開型裂紋的尖端在外力作用下所張開的距離。在CTOD試驗中，把要測試的材料或焊接接頭做成帶有預制裂紋的試樣，加上外力后，可以測定裂紋尖端張開位移CTOD值。CTOD值的大小反映了受試材料或焊接接頭的抗開裂能力（即韌性

8、）的高低。CTOD值越大，表示裂紋尖端處材料的抗開裂性能越好，即韌性越好；反之，CTOD值越小，表示裂紋尖端處材料的抗開裂性能越差，即韌性越差。海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析3 高頻直縫HFW鋼管焊縫的CTOD（裂紋尖端張開位移）試驗11第11頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五123 高頻直縫HFW鋼管焊縫的CTOD（裂紋尖端張開位移）試驗海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析在海底管線規(guī)范DNV-OS-F101中要求首批檢驗時對焊縫、管體進行CTOD試驗，以檢驗管體和焊縫抗開裂的能力，規(guī)范要求在0度時CTOD值應不小于0.2mm，我公司在麗水項目海底管線對HFW鋼管焊縫進行試驗，C

9、TOD的值在所0.7mm（見圖3）以上，滿足標準要求。圖312第12頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五13應用于海底管線的鋼管質量要求高于陸地管線，要具有穩(wěn)定的產(chǎn)品質量首先要具備良好的設備做為保障，以影響產(chǎn)品質量和檢驗的關鍵設備說明如下： 海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析4 海底管線鋼管質量穩(wěn)定性和保障體系銑邊：在線銑邊機設備，銑邊形狀為直邊和5度V形邊，以保障鋼管成型后接近平行對接；同時可以去除帶鋼邊緣的缺陷，有效保障帶鋼工作寬度；焊接：具有自動熱量輸出控制系統(tǒng)，溫度監(jiān)控系統(tǒng)，保障焊接的穩(wěn)定性；13第13頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五14鋼管管端：

10、鋼管管端手動超聲波檢驗和磁粉檢驗；海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析4 海底管線鋼管質量穩(wěn)定性和保障體系熱處理：自動熱量輸出控制系統(tǒng)，溫度監(jiān)控系統(tǒng)和焊縫自動跟蹤系統(tǒng)；鋼板檢驗：在線板材超聲波探傷系統(tǒng)，保障使用帶鋼的質量；焊縫檢驗：在線超聲波焊縫探傷系統(tǒng)和離線焊縫超聲波探傷系統(tǒng)；14第14頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五保障海底管線鋼管的質量不僅需要良好的設備作基礎，還需要嚴格的檢驗流程保障產(chǎn)品質量。15海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析4 海底管線鋼管質量穩(wěn)定性和保障體系我公司HFW鋼管生產(chǎn)線按制管工藝路線設置專檢的檢驗站點共10項,其中包括原料檢驗1項、定徑檢驗1項、無損檢驗4項

11、、水壓檢驗1項、成品檢驗1項入庫檢驗1項和發(fā)貨檢驗1項。產(chǎn)品質量實施三檢制,分別為操作者自檢、上下工序互檢和質量檢中心專檢,產(chǎn)品質量三檢制控制流程保障產(chǎn)品檢驗質量。15第15頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五在理化性能控制方面，取樣試驗頻次最多50支為一批次，試驗頻次要遠高于陸地管線的要求。16海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析4 海底管線鋼管質量穩(wěn)定性和保障體系我公司建有質量數(shù)據(jù)庫，具有質量數(shù)據(jù)錄入和查詢系統(tǒng),此系統(tǒng)包括了原料和產(chǎn)品針對項目合同號的所有檢驗和試驗數(shù)據(jù),可以以鋼管管號和原料爐號、鋼卷號為跟蹤依據(jù)實施全程質量追溯,試驗現(xiàn)場控制結果與數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)控制,每個工作日質檢中

12、心數(shù)據(jù)庫管理員負責與試驗室、生產(chǎn)部統(tǒng)計和倉庫管理員數(shù)據(jù)核對一次,最后的成品交付,出證開單以質量數(shù)據(jù)庫為準。16第16頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五17海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析原料檢驗1項10 項 檢 驗 站 點定徑檢驗1項無損檢驗4項水壓檢驗1項成品檢驗1項入庫檢驗1項發(fā)貨檢驗1項4 海底管線鋼管質量穩(wěn)定性和保障體系17第17頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五18海洋環(huán)境用HFW鋼管質量淺析操作者自檢產(chǎn)品質量三檢制上下工序互檢質量檢中心專檢4 海底管線鋼管質量穩(wěn)定性和保障體系18第18頁，共20頁，2022年，5月20日，1點59分，星期五19高頻直縫HFW鋼管逐步應用于海洋環(huán)境和酸性環(huán)境，HFW鋼管的焊縫耐腐蝕性能和質量穩(wěn)定性還需要進一步的研究，以下幾個方面的措施有助于提高焊縫的耐腐蝕性能和質量穩(wěn)定性：（1）HFW鋼管使用的鋼卷要具有更低的硫含量，降低夾雜物附近S的聚集而減小溝槽腐蝕的產(chǎn)生。（2）焊縫正火熱處理工藝和淬火+回火熱處理工藝對焊縫耐HIC 性能明顯不同，焊縫經(jīng)淬火+回火熱處理工