我国高钢级管线管研究及应用[1]

世界金属导报/2012年/3月/13日/第B12版

钢管型材

我国高钢级管线管研究及应用

王旭

随着油气田开发向边远的荒漠、极地冻土带和海洋等地域拓展，将面临地理环境复杂、气候条件低寒、石油与天然气成分复杂、具有腐蚀性等一系列问题，因此要求管线管具有更高的可靠性，而且还要具有高强度、高韧性(特别是低温冲击韧性和止裂韧性)、良好的焊接性、抗腐蚀(SCC 和HIC)和抗大变形等性能。

近些年，国外的新日铁集团、安赛乐米塔尔钢铁集团及欧洲钢管等开展高钢级管线钢的研究，已取得了丰硕成果。国内在这方面的研究也成效显著，在大口径、大壁厚X80焊管成功应用，并在积极开展X100、X120超高强度管线钢管试制。本文主要介绍几种高钢级管线管的研究及应用。

1X80钢管的研究及应用

西气东输二线建设期间，我国钢厂和制管厂密切协作，在一年时间成功开发了外径1219mm、壁厚15.3、18.4mm的X80螺旋焊管和壁厚22、26.4、27.5mm的X80直缝埋弧焊管，以及最大壁厚33mm的感应加热弯管和管件，并在钢管生产中应用了高精度成型和高速焊接等先进技术，使大口径高强度钢管的尺寸精度和冲击韧性达到国际先进水平。X80钢管的国产化率超过90%，比采用X70钢级的西气东输一线钢管国产化率大幅提高。节约钢材40万t，节省资金65亿元。西气东输二线X80管线管开发成功并大批量生产，不仅加强了我国在高钢级管线管领域的国际地位，也为高附加值的高钢级管线钢管走出国门创造了十分有利的条件。虽然，我国在大口径、大壁厚X80焊管生产技术上趋于成熟，但也应该看到，我国还需要在X80焊管的性能稳定性、X80钢管系列化方面进行深入研究，开展较小口径、薄壁X80焊管的试制，开展低成本、高性能和高可靠性X80管线钢材研究，从而降低管道建设成本，提高管线运行的安全性，满足管道建设需求。

2 X90、X100、X120超高强度钢管的研究与应用

欧洲、日本的制管企业实现了X100、X120管线钢管的生产，在北美地区建设了X100、X120超高强度管线钢管试验段，我国也试制成功了X90、X100、X120超高强度管线钢管，并且计划年内在国内建设X100焊管的试验段。虽然X100、X120钢管能大幅度节约用钢量，同时还可节约焊接材料和施工等方面的成本，但目前所建的X100以上钢级焊管试验段还没有真正意义上应用，问题在于难以依靠管材本身的韧性实现止裂，需要安装大量止裂器，因此管道建设还没有大规模采用，世界范围内X100、X120超高强度管线钢管只处于技术储备的研制阶段。而X80钢管韧性止裂能力还有一定的裕量，因此X90钢管能否实现既降低管线用钢量，又能韧性止裂正逐渐成为关注的焦点，需要更深入研究。

3抗大变形管线钢管的研究与应用

管线钢管发展最具挑战性的领域之一是用于地震区、滑坡、采空区塌陷以及冻土带等特殊地质地区，这些地区管线钢管可能发生大的塑性变形。

近年来，日本JFE公司推出了抗大变形钢管，这种钢管具有较强的变形能力，在上述地区应用时不至于发生破坏。我国从西气东输二线开始，在地震和地质断层区采用了以应变为基础的管线设计方法，截止目前，宝钢、鞍钢、南钢、首钢和湘钢均已完成中缅X70大变形钢管试制工作的首轮制管，产品性能完全达到了国外同类产品的水平。

宝鸡石油钢管有限责任公司和渤海装备巨龙钢管公司也在抓紧研制X80抗大变形管线钢管方面的工作。可以看出，我国虽然填补了国内抗大变形管线钢管产品的研发空白，但抗大变形管线焊管的系列化开发和国产化仍是一项紧迫而艰巨的任务，是进一步增强我国油气输送制管领域

的核心竞争力的关键项目。

4抗腐蚀服役焊管的研究与应用

根据美国腐蚀工程师协会(NACE)标准定义，在酸性环境条件下服役的钢管在中东和海洋管线的应用越来越多，例如欧洲钢管公司的抗HIC油气输送管销售量已占30%以上。为保证抗腐蚀焊管的高韧性和抗HIC性能，钢厂从成分设计、冶炼、连铸和轧制等方面加强控制，使之得到均匀的显微组织。一般采用超低碳、超低硫、低锰、低磷成分设计，保证钢的高纯净度和低夹杂物含量。制管厂从制管工艺、焊接工艺和焊材选用等方面控制。我国目前具备了X65钢级以下抗HIC 管线管的制造能力，国际上，欧洲、日本及印度等抗HIC管线管强度提高到X70钢级，占据了国际抗腐蚀服役焊管市场。因此，我国开发X65以上钢级抗HIC焊管是十分必要的，可更好争取国际钢管市场份额。

5深海服役钢管的研究与应用目前，海洋油气已占全球储量的30%-40%，产量达到30%以上，海洋油气已成为世界石油生产增长的主要来源。来自油气田现场的应用实践表明，在深水油气混输管道中，由多相流自身组成(含水、含酸性物质等)、海底地势起伏、运行操作等带来的问题，如段塞流、析蜡、水化物、腐蚀、固体颗粒冲蚀等，已经严重威胁到生产的正常进行和海底集输系统的安全运行，由此引起的险情频频发生。因此，相比陆地用管，海洋用管处于低温、高压、强腐蚀的工作环境，对管线管的强度与韧性、抗压性能、尺寸精度等指标都有着严格的要求。

近两年，我国深海管线管研制取得突破。我国已首次试制成功559mm×28mm、材质为

SMYS450的直缝埋弧焊管，可服役于深达1500m的海底。2010年，珠江石油天然气钢管控股有限公司和武汉钢铁(集团)公司共同研制生产了X70、762mm x31.8mm深海管线用直缝埋弧焊钢管。

去年11月，宝钢股份直缝焊管产线成功试制出762mm×30.2mm及31.8mm规格直缝焊管。

去年6月，渤海装备巨龙钢管公司以水压试验压力39.6Mpa的数值圆满完成了中海油荔湾项目用X70级765.2mm×31.8mm深海管线试制，并成功进行了小批量的生产，为我国的深海开发项目做出了强有力的支撑。这将有助于我国摆脱此类产品依赖进口的现状，并一定程度推动我国深海油气开采的进步。不过，目前我国仅能够制造近海海底管线和海洋平台结构管，缺乏超水深和抗HIC海底管线钢管的生产经验，需要进一步开发研究。另一方面，深海产业的发展单在一个点上突破不行，更需要有系统性的突破。我国深海装备整体上与世界发达水平相比仍有明显差距。

6低温状态使用的高强度管线钢管的研究与应用

管道建设管线经过的地域部-分位于高寒地区(如西气东输二线西段部分站场和阀室)，最低气温超过45℃，部分钢管、管件和弯管裸露环境下服役，为保证高寒地区地面管线用焊管、管件与弯管运行安全，需要对低温管线管进行深入研究。

尽管我国在高强度管线管领域与西方先进国家的差距在逐步缩小，但是我们在X80钢管性能稳定性方面、管线应变设计研究方面、X100的适用性研究，例如基于应变的设计、现场环缝焊接以及断裂控制的系统性研究方面和国际先进水平还有较大差距。虽然开发了少量X100钢管，但具有双相微观组织、较低屈强比和应变时效行为的X100钢管还没有开发成功。迄今为止，我国仅进行了一次X80的全尺寸爆破试验，X100的爆破试验还未进行，关于X100的断裂控制的研究成果还很少，关于X100钢管应变容量的研究所需的宽板拉伸和全尺寸弯曲试验装备还不具备，X100环缝焊接的脉冲焊接新工艺、新装备和焊材以及X100钢管现场冷弯和涂层技术还需要开发。

7结语与展望

近十几年来，焊管技术取得了重大的飞跃式发展，焊管产能和质量均大幅度提高，但市场竞争也更加激烈，提高钢管性能、降低成本的要求也更加强烈。因此，我国应加强高钢级(包括X80-X120)钢管、极地用管、海洋用管及应变设计的深入研究，努力开发性能优越、经济适用的各种管线管。