当前国内管线钢发展应用状况探析

当前国内管线钢发展应用状况探析

第一部分：前言

近年来随着我国管线钢市场的迅速发展，国家产业部门也出台了鼓励管线钢产业向高技术含量产品发展的政策，使得投资者对管线钢市场的关注也越来越密切，管线钢市场前景广阔，也让管线钢市场推广策略与营销渠道开发的研究需求增大，所以进行管线钢系统的市场调研成为企业了解管线钢市场的必要手段。

本文将从包括管线钢的技术特点、市场发展、下游需求、国家政策、宏观视野等各个方面，为涉业在管线钢市场中的企业提供参考信息及决策依据。

第二部分：管线钢的概念篇

（一）管线钢的相关知识

1、什么是管线钢

要了解管线钢的含义，我们可以先来个拆字的游戏：把“管线钢”这个名词的字拆分为：“管线”和“钢”来帮助理解，“钢”指的是中厚板/带卷，被称为管线用钢，通过加工把它们卷成大口径的管型，然后再通过焊接把这些独立的钢管连成一条管道线，用于输送石油、天然气，这样用处的钢统称为管线钢，管线钢是加工管线钢管的材料。一般采用中厚板形式的管线钢来制做厚壁直缝焊管，而板卷形式的管线钢主要用于生产直缝电阻焊管或埋弧螺旋焊管。如图所示：

管线钢的规格目前从X56～X120不等，如何理解呢？以X80为例：

X80即管线钢最小屈服强度80000psi（552MPa），取美制单位屈服强度最小值前两位。psi英文全称为poundspersquareinch。P是磅（pound），S是平方（square），I 是英寸（inch）。把所有的单位换成公制单位就可以算出：1bar≈14.5psi,1psi=6.895kPa=0.06895bar（欧美等国家习惯使用psi作单位）。

随着现代冶金技术和装备水平的不断进步，管线钢的生产制造工艺在炼钢上采用了超低碳、超低硫、夹杂物形态控制的纯净钢冶炼技术，在热轧方面采用优化的控轧控冷的热机械处理技术，通过合理的成分设计和工艺控制得到最佳的显微组织，可满足石油天然气管道建设用高等级管线钢所需的高强度、高韧性和良好焊接性等综合性能。

早期的管线钢一直采用C、Mn、Si型的普通碳素钢，在冶金上侧重于性能，对化学成分没有严格的规定。自60年代开始，随着输油、气管道输送压力和管径的增大，开始采用低合金高强钢（HSLA），主要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分是：C≦0.2%，合金元素≦3～5%。随着管线钢的进一步发展，到60年代末70年代初，美国石油组织在API5LX和API5LS标准中提出了微合金控轧钢X56、X60、X65三种钢。这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为0.1-0.14%，在钢中加入≤0.2%的Nb、V、Ti等合金元素，并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。到1973年和1985年，API★标准又相继增加了X70和X80钢，而后又开发了X100管线钢，碳含量降到0.01-0.04%，碳当量相应地降到0.35以下，真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。

★API：美国集石油勘探、开发、储运、销售为一体的行业协会性质的非营利性机构。主要活动之一就是制定和修订API标准，涉及石油行业的各个领域，具有全面性、系统性、领先性和权威性，在世界各地广泛使用。

3、管线钢的化学成分举例

为保障管线的安全可靠性，在提高管线钢强度的同时，还要相应提高其韧性，管线钢在成分设计上，大体上都是低碳、超低碳的Mn-Nb-V（Ti）系，有的还加入Mo、Ni、Cu等元素。现代冶金技术可以使钢具有极高的纯净度、均匀性和超细化晶粒，以下以几个标准管线钢规格为例，列举它们的化学成分：

因为管线钢主要用于输油、气管道，而由于石油和天然气本身的特殊性，所以要求输送用管道的材质必须具备几个特性要求：较高的耐压强度、较高的低温韧性、优良的焊接性能。具体表现在：

(1)高强度

为了提高输送效率，提高输送压力和输送管径，在管线设计方面，对管线钢的强度要求越来越高，包括拉伸强度和屈服强度，强度随材料成分的不同变化不同，处理状态不同，强度变化也很大。

(2)高韧性

韧性是管线钢的重要性能之一，包括冲击韧性、断裂韧性等。韧性的提高受到强度的制约，因此管线钢生产常常采用晶粒细化的强韧化手段，即可提高强度又能提高韧性。另外，夹杂物对管线钢的韧性具有严重的危害性，因此降低钢中有害元素含量并进行夹杂物的变形处理是提高韧性的有效手段。

(3)良好的焊接性

钢的化学成分对高强度钢的焊接性有直接的重大影响，提高焊接性能的有效措施是降低C、P、S含量和选择适当的合金元素，适当控制Ti、Al等的氮化物和Ti的氧化物对降低淬硬性和防止冷裂纹及提高韧性有好处。钢的焊接性是指材料对焊接加工的适应性，即在一定的焊接条件下获得优质焊接接头的难易程度，它包括结合性能（在焊接加工时金属形成完整的焊接接头的能力）和使用性能（已焊接成的焊接接头在使用条件下安全运行的能力）。

现代石油天然气输送工程要求管线钢具有高强度、高韧性、良好的焊接性、成形性及一定的抗腐蚀能力。这就要求钢质纯净度高、组织成分均匀，性能稳定。

（二）管线钢的用途

管线钢大规模用于制造钢管，可应用为专门输送石油、天然气的特殊钢管，其材质是管线钢，所以这类钢管也叫管线管，或者管线钢管。

当今管线钢主要用于加工制造输送油、气的管线和管道，输气管线的材料主要是管线用钢，随着近年来天然气使用量的不断增加，输气管线发展速度已超过输送石油等液体的管线发展速度。但是，由于天然气田大多集中在荒漠、极地冻土带及海洋等边远地区，也对对管线钢的可靠性和经济性提出了更高要求。

第三部分：管线钢的生产篇

（一）管线钢的国外生产情况

1、国外X100及以上钢级管线钢专利技术

国际大型钢铁公司及相关企业从20世纪90年代就开始了X100及以上钢级高性能管线钢的研发和试应用，目前已经取得了许多成功经验，进行了小规模试生产，并相应地公开了一些专利，如日本新日铁、JFE、住友金属和NKK公司，加拿大IPSCO（伊普斯科钢管）公司，美国ExxonMobil（埃克森美孚石油）公司，韩国浦项（POSCO）公司等。这七家公司所公开的X100及以上钢级管线钢的典型专利，对我国X100及以上高钢级管线钢的研发有一定的借鉴和参考价值。

2、专利和工艺特点

高钢级管线钢管一般都是在高压下运行于地理环境复杂、温度地寒地带，因而对管线钢的强度和韧性，尤其是低温韧性、抗腐蚀介质氢致裂纹性、焊接性提出了很高要求。所以，虽然7家公司公开的都是生产X100及以上钢级管线钢专利，但申请公开专利时，这些公司提出申请专利的切入点又各不相同。

ExxonMobil公司旨在提高管线钢强度、焊接性和HAZ（焊接热影响区）韧性；

IPSCO公司注重析出细化晶粒，改善微观组织结构，从而提高钢的强韧性；

JFE公司侧重于如何提高管线钢耐消除应力退火性能；

NKK公司主要解决管线钢HIC（氢致裂纹）问题；

新日铁公司主要防止在使用管线钢制管时存在的包辛格效应问题；

POSCO公司主张严格控制钢中Mn含量，解决低温相变时存在的氢致裂纹，导致抗氢致裂性能恶化问题；

住友金属公司专利意在提高管线钢SATT（塑性断裂转变温度）和DWTT（落锤撕裂试验）性能，改进HAZ韧性。

此外，除X100级管线钢外，新日铁、ExxonMobil、住友金属和POSCO等公司还申报了X120以上钢级管线钢专利，在未来敷设输送天然气和石油的管线采用更高级钢级是必然趋势。

(二)管线钢的国内生产情况

近几年来，我国石油天然气管道工程发展迅速，带动了管线钢产量的大幅提高。从管线钢的品质特性来看，我国已从20世纪80-90年代的铁素体—珠光体微合金管线钢发展到目前的针状铁素体管线钢，完成了第一代产品到第二代产品的转变。随着X80级