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管线钢的工艺要求、 性能指标和生产技术
内容
管线钢的发展 管线钢的性能要求 管线钢的标准和检验 管线钢的成分 管线钢的冶炼 管线钢的轧制 西气东输管线钢的要求 薄板坯生产管线钢
1.管线钢的发展
世界第一条原油输送管道是1865年建在美国宾西法尼 亚州从油田到火车站的口径2英寸长9754米的管道；到 目前为止，世界石油和天然气管道总长200万公里以上， 最大的口径1420mm，壁厚25mm。
445
530
X70
480
wenku.baidu.com
565
X80
550
620
X85
590
655
2.管线钢的性能要求
屈强比要求
屈强比越低，钢管从开始塑性变形到最后断裂的变形 容量越大，因而也越安全，国际上大部分石油公司对 屈强比的要求小于等于0.9;
对于高强度钢管（特别是高强度低合金控制管线钢生 产的钢管）屈强比较高，有时X70会超过0.93；
管道名称 位 置
Zeepipe
挪威－比利时
Slabe Island 加拿大
Souris Valley 美国－加拿大
FLAGS
苏格兰
Ruhrgas
德国
Iroqnois
加拿大－美国
Alliance
加拿大－美国
运行压力 输送介质
（MPa）
15.70
天然气
15.30
天然气
15.00 14.01
CO2 天然气
2.管线钢的性能要求
强度 韧性 塑性 焊接性能 抗腐蚀性能 止裂性能
2.管线钢的性能要求
强度：包括屈服强度、抗拉强度和屈强比
标 准 （ API－5LX） 屈服强度N/mm2
抗拉强度N/mm2
X42
290
415
X46
320
435
X52
360
455
X56
38
490
X60
415
520
X65
对扩径管YR≤0.90，一般要求YR≤0.85
YR≤0.90 对X65， YR≤0.90
2.管线钢的性能要求
韧性要求的作用： （1）避免通常的断裂发生 （2）防止脆性断裂 （3）限制延性断裂 指标要求：
落锤撕裂试验（DWTT）； 夏比冲击值（CVN－、50％FATT、80％FATT）； 积分试验等
屈强比高也有有利的一面，钢管爆破压力与屈强比成 正比。
2.管线钢的性能要求
屈强比要求
标准或规范名称 API Spec 5L ISO3183-2 ISO3183-3 GB9711.1 CAN3-Z245.1-86 TransCanada P-40 Snampragetti Spc/TB-F-700 SHELL GROUP L-3-2/3 PEMEX TSA-001 DNV 海上钢管安全规范 ARCO 4957－ALC－SS－L－1001 俄 75－86
2.管线钢的性能要求
影响性能的因素
氢诱导开裂（HIC）：脱硫可以阻止HIC开裂，但是只采用该工艺 并不能完全解决这一问题，1972年，阿拉伯Ummshaif含酸性原油 管线破裂，该管线采用的是低碳微合金钢，S小于0.005%，由于 控轧工艺不良，终轧温度为659－680℃处于γ＋α两相区，形成了 较严重的带状组织；为提高管线钢抗HIC性能，现代管线钢要求 （1）提高钢的纯净度、采用精料、高效铁水预处理、复合炉外精 炼。达到S≤0.001%，P≤0.010％, [O]≤20ppm，[H]≤1.3ppm；如 NKK规定，高钢级抗HIC钢的S、P、N、H、O及Pb、As、Sn、Bi、 10个元素之和应小于80ppm；（2）提高成分和组织均匀性，在降 低S含量的同时，进行Ca处理、电磁搅拌、铸坯轻压下、多阶段 控轧、强制加速冷却，限制带状组织形成；（3）细化晶粒，主要 通过合金化和控轧控冷工艺达到；（4）尽量降低C含量（通常 C≤0.06%），控制Mn含量，添加Cu。
2.管线钢的性能要求
影响性能的因素
强度：细化晶粒是唯一能增加强度并同时改善夏比冲 击韧性的强化机制，因此，在标准中有韧性要求时， 细化晶粒是管线钢最基本的要求。
韧性：细化晶粒在提高强度的同时也改善了韧性，尽 管细化晶粒可以改善韧性，并可获得所要求的落锤撕 裂试验结果，但是若C、S含量高，脱氧不充分。钢的 实际夏比冲击功很低。
10.34
天然气
9.92
天然气
12.00
天然气
1.管线钢的发展
1.管线钢的发展
管线钢一般成分为C－Mn钢，显微组织为铁素体－珠 光体，晶粒尺寸为6－8μm。现代的管线钢含多种微量 元素，并且在轧制上，采用TMCP技术；
珠光体－铁素体类型，珠光体≤15％，C：0.06-0.09%， Nb+Ti+V≤0.12%，控制轧制，轧后时效硬化，钢级为 X52-X65；
1.管线钢的发展
现代管线的发展是高压输送，对强度、韧性要求高；
1870年
0.25MPa
1950-1960 6.2MPa
1970-1980 10MPa
1998
14MPa
富气输送，在源头不进行分馏处理，将重烃气留在天 然气中输送，到用户地时在分馏，对韧性要求高；
我国西气东输工程为10MPa
1.管线钢的发展
世界著名的输油、输气管道有美国的阿拉斯加输油、 输气管道、俄罗斯的友谊输油管、沙特阿拉伯的东－ 西输油管、美国西－东输油管、北海油田的海底管线 等。
本世纪60年代以前，采用X42、X46、X52、X56， 1960年以后提高到X60，60年代后期采用X65，1973年 开始使用X70，现在主要使用X70，并且开发出X80和 X100等级别的管线钢。
对屈强比的规定 X80扩径管：YR≤0.93，其他无要求
X42-x52：YR≤0.85，X60-X80，R≤0.9
X42-x52：YR≤0.90，X60-X80，YR≤0.92
无要求 无要求
YR无要求，但要求均匀延伸率大于10％ 高于X65的扩径管YR≤0.90，其余≤0.85
YR≤0.90 YR≤0.85
2.管线钢的性能要求
塑性与焊接性能
管线钢的塑性用冷弯性能指标评价，冷 弯试验要求：R＝t 180o 外表面及内侧无 裂纹；
管线钢的焊接性能用碳当量Ce和裂纹敏 感性系数Pcm评定，
Pcm=C+(Mn+Cr+Cu)/20 +V/10 +Mo/15 +Si/30 +Ni/60 +5B
Ce=C+Mn/6 +(Cr+Mo+V)/5 +(Ni+Cu)/15
针状铁素体/贝氏体类型，超纯、超低碳钢，C：0.020.05%，S≤0.003-0.005%，Mn-Mo-V钢或Mn-Mo-Nb钢， 控制轧制后强制冷却，X52-X80；
多相钢，X100-X120.
1.管线钢的发展
2.管线钢的性能要求
现代管线钢的六种失效机制
脆性断裂问题，冲击韧性≥35J，DWTT； 硫化氢或二氧化碳引起的阳极腐蚀问题； 硫化氢引起的应力腐蚀断裂（SSC）； 氢诱发裂纹（HIC）； 塑性失稳断裂，冲击韧性≥107J，止裂； 由于外包装质量引起的腐蚀问题。
内容
管线钢的发展 管线钢的性能要求 管线钢的标准和检验 管线钢的成分 管线钢的冶炼 管线钢的轧制 西气东输管线钢的要求 薄板坯生产管线钢
1.管线钢的发展
世界第一条原油输送管道是1865年建在美国宾西法尼 亚州从油田到火车站的口径2英寸长9754米的管道；到 目前为止，世界石油和天然气管道总长200万公里以上， 最大的口径1420mm，壁厚25mm。
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X70
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wenku.baidu.com
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X80
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X85
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2.管线钢的性能要求
屈强比要求
屈强比越低，钢管从开始塑性变形到最后断裂的变形 容量越大，因而也越安全，国际上大部分石油公司对 屈强比的要求小于等于0.9;
对于高强度钢管（特别是高强度低合金控制管线钢生 产的钢管）屈强比较高，有时X70会超过0.93；
管道名称 位 置
Zeepipe
挪威－比利时
Slabe Island 加拿大
Souris Valley 美国－加拿大
FLAGS
苏格兰
Ruhrgas
德国
Iroqnois
加拿大－美国
Alliance
加拿大－美国
运行压力 输送介质
（MPa）
15.70
天然气
15.30
天然气
15.00 14.01
CO2 天然气
2.管线钢的性能要求
强度 韧性 塑性 焊接性能 抗腐蚀性能 止裂性能
2.管线钢的性能要求
强度：包括屈服强度、抗拉强度和屈强比
标 准 （ API－5LX） 屈服强度N/mm2
抗拉强度N/mm2
X42
290
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X46
320
435
X52
360
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X56
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X60
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X65
对扩径管YR≤0.90，一般要求YR≤0.85
YR≤0.90 对X65， YR≤0.90
2.管线钢的性能要求
韧性要求的作用： （1）避免通常的断裂发生 （2）防止脆性断裂 （3）限制延性断裂 指标要求：
落锤撕裂试验（DWTT）； 夏比冲击值（CVN－、50％FATT、80％FATT）； 积分试验等
屈强比高也有有利的一面，钢管爆破压力与屈强比成 正比。
2.管线钢的性能要求
屈强比要求
标准或规范名称 API Spec 5L ISO3183-2 ISO3183-3 GB9711.1 CAN3-Z245.1-86 TransCanada P-40 Snampragetti Spc/TB-F-700 SHELL GROUP L-3-2/3 PEMEX TSA-001 DNV 海上钢管安全规范 ARCO 4957－ALC－SS－L－1001 俄 75－86
2.管线钢的性能要求
影响性能的因素
氢诱导开裂（HIC）：脱硫可以阻止HIC开裂，但是只采用该工艺 并不能完全解决这一问题，1972年，阿拉伯Ummshaif含酸性原油 管线破裂，该管线采用的是低碳微合金钢，S小于0.005%，由于 控轧工艺不良，终轧温度为659－680℃处于γ＋α两相区，形成了 较严重的带状组织；为提高管线钢抗HIC性能，现代管线钢要求 （1）提高钢的纯净度、采用精料、高效铁水预处理、复合炉外精 炼。达到S≤0.001%，P≤0.010％, [O]≤20ppm，[H]≤1.3ppm；如 NKK规定，高钢级抗HIC钢的S、P、N、H、O及Pb、As、Sn、Bi、 10个元素之和应小于80ppm；（2）提高成分和组织均匀性，在降 低S含量的同时，进行Ca处理、电磁搅拌、铸坯轻压下、多阶段 控轧、强制加速冷却，限制带状组织形成；（3）细化晶粒，主要 通过合金化和控轧控冷工艺达到；（4）尽量降低C含量（通常 C≤0.06%），控制Mn含量，添加Cu。
2.管线钢的性能要求
影响性能的因素
强度：细化晶粒是唯一能增加强度并同时改善夏比冲 击韧性的强化机制，因此，在标准中有韧性要求时， 细化晶粒是管线钢最基本的要求。
韧性：细化晶粒在提高强度的同时也改善了韧性，尽 管细化晶粒可以改善韧性，并可获得所要求的落锤撕 裂试验结果，但是若C、S含量高，脱氧不充分。钢的 实际夏比冲击功很低。
10.34
天然气
9.92
天然气
12.00
天然气
1.管线钢的发展
1.管线钢的发展
管线钢一般成分为C－Mn钢，显微组织为铁素体－珠 光体，晶粒尺寸为6－8μm。现代的管线钢含多种微量 元素，并且在轧制上，采用TMCP技术；
珠光体－铁素体类型，珠光体≤15％，C：0.06-0.09%， Nb+Ti+V≤0.12%，控制轧制，轧后时效硬化，钢级为 X52-X65；
1.管线钢的发展
现代管线的发展是高压输送，对强度、韧性要求高；
1870年
0.25MPa
1950-1960 6.2MPa
1970-1980 10MPa
1998
14MPa
富气输送，在源头不进行分馏处理，将重烃气留在天 然气中输送，到用户地时在分馏，对韧性要求高；
我国西气东输工程为10MPa
1.管线钢的发展
世界著名的输油、输气管道有美国的阿拉斯加输油、 输气管道、俄罗斯的友谊输油管、沙特阿拉伯的东－ 西输油管、美国西－东输油管、北海油田的海底管线 等。
本世纪60年代以前，采用X42、X46、X52、X56， 1960年以后提高到X60，60年代后期采用X65，1973年 开始使用X70，现在主要使用X70，并且开发出X80和 X100等级别的管线钢。
对屈强比的规定 X80扩径管：YR≤0.93，其他无要求
X42-x52：YR≤0.85，X60-X80，R≤0.9
X42-x52：YR≤0.90，X60-X80，YR≤0.92
无要求 无要求
YR无要求，但要求均匀延伸率大于10％ 高于X65的扩径管YR≤0.90，其余≤0.85
YR≤0.90 YR≤0.85
2.管线钢的性能要求
塑性与焊接性能
管线钢的塑性用冷弯性能指标评价，冷 弯试验要求：R＝t 180o 外表面及内侧无 裂纹；
管线钢的焊接性能用碳当量Ce和裂纹敏 感性系数Pcm评定，
Pcm=C+(Mn+Cr+Cu)/20 +V/10 +Mo/15 +Si/30 +Ni/60 +5B
Ce=C+Mn/6 +(Cr+Mo+V)/5 +(Ni+Cu)/15
针状铁素体/贝氏体类型，超纯、超低碳钢，C：0.020.05%，S≤0.003-0.005%，Mn-Mo-V钢或Mn-Mo-Nb钢， 控制轧制后强制冷却，X52-X80；
多相钢，X100-X120.
1.管线钢的发展
2.管线钢的性能要求
现代管线钢的六种失效机制
脆性断裂问题，冲击韧性≥35J，DWTT； 硫化氢或二氧化碳引起的阳极腐蚀问题； 硫化氢引起的应力腐蚀断裂（SSC）； 氢诱发裂纹（HIC）； 塑性失稳断裂，冲击韧性≥107J，止裂； 由于外包装质量引起的腐蚀问题。