管线钢的研发过程及方向.

6

管线钢的研发过程及方向

李树庆潘贻芳(天津钢铁有限公司,300301

[摘要]介绍了管线钢的发展过程及研究方向,论述了管线钢的冶炼、轧制技术及质量控制和性能控制要点,提出了开发管线钢应该注意解决的问题。

关键词管线钢纯净钢,台炼微合金化控制轧制

管线输送石油天然气具有高效、经济、安全、无污染等特点,是长距离输送油气的有效工具。为提高输送效率、降低能耗、减少投资和降低管线运营费用.长输管线向高压、大口径发展已成趋势。这样采用高强度管线钢将更经济,同时由于管线途经的地理环境恶劣.对安全性要求高,需采用焊接方式制管和施工.因而对管线用钢在强度、韧性、焊接性和抗腐蚀性等方面不断提出更高的严格要求。

近年来,国内石油与冶金行业联合攻关,相继成功开发了符合质量技术要求的

x70、x80热轧板卷、宽厚钢板及螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管等,我国生产

x70、x80管线钢已经趋向成熟。为确保管线钢的安全可靠性,在借鉴国际上先进成功经验的基础上.应进一步加强x80及更高级管线钢的应用基础研究和相关技术攻关。

1管线钢的发展历史

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20世纪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:c≤0.20%.合金元素≤3%一5%。随着管线钢的进一步发展。到20世纪60年代末70年代初,美国石油组织在API5Ⅸ和API5LS标准中提出了微合金控轧钢

x56、x60、x65系列。这种钢突破了传统钢的观念,碳含量为0.10%一O.14%,在钢中加入≤0.20%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0.0l%~ 0.05%,碳当量相应地降到0.37以下,开发出真正现代意义上的多元微合金化控轧控冷管线钢。

我国管线钢的应用和起步较晚,过去已铺设的油、气管线大部分采用Q235和16Mn钢。“六五”期间,我国开始按照API标准研制x60、x65管线钢,并成功地与进口钢管一起用于管线铺设。20世纪90年代初宝钢、武钢相继开发了x70管线钢,并在涩宁兰管道工程上应用。21世纪初宝钢、武钢、鞍钢等又开发了高钢级x80管线钢,并在西气东输工程上应用。目前他们正向开发x100等更高级管线钢迈进。

2管线钢的质量控制

管线钢主要用于输油、气管道,要求特性为:钢材的强度高、韧性好;抗氢致裂纹(HIc性能好;抗H2S腐蚀能力强;钢材的疲劳强度高;焊接性好。

要求管线钢必须是纯净钢,其洁净度要求:超低s、低P、低H、低O,加钙处理使硫化物夹杂球化。

钢的抗拉强度和屈服强度是由钢的化学成分和轧制工艺所决定的。输气管线选材时,应选用屈服强度较高的钢种,以减少钢的用量。但并非屈服强度越高越好,屈服强度太高会降低钢的韧性。选钢种时还应考虑钢的屈服强度与抗拉强度的比例关系~屈强比.用以保证制管成型质量和焊接性能。钢在经反复拉伸压缩后,力学性能会发生变化,强度降低,严重的降低15%,即包申格效应。在定购制管用钢板时必须考虑这一因素。可采取在该级别钢的最小屈服强度的基础上提高40~50MPa。

钢材的断裂韧性与化学成分、合金元素、热处理工艺、材料厚度和方向性有关。应尽可能降低钢中c、s、P的含量,适当添加V、Nb、Ti、Ni等合金元素,采用控制轧制、控制冷却等工艺,使钢的纯度提高,材质均匀.晶粒细化,可提高钢韧性。目前采取方法多为降C增Mn。

管线钢在含硫化氢的油、气环境中,因腐蚀产生

t蒜滁鬯姜挈。§萋;誊。一・秣繇摄

tjyj@。黪j澎—一'硼怯届孺万方数据

霪⑨⑨⑤年第日期总第日窜星期管线鲴的研琰遇程及方向的氢侵入钢内而产生氢致裂纹(HIC开裂。因此,要

求输送酸性油、气管线钢应该具有极低的含硫量,

并进行有效的非金属夹杂物形态控制和减少显微

成分偏析。管线钢的硬度值对HIC也有重要的影

响,为防止钢中氢致裂纹.一般认为应将硬度控制

在HV265以下。

管线钢的成分举例见表1。

硫是管线钢中影响抗HIc能力的主要元素.当

钢中[s]≥50×10巧,随钢中硫的增加,HIc的敏感性

显著增加,当钢中[s】≤20×10巧时,HIc明显降低。7

硫还影响管线钢的低温冲击韧性,降低硫含量可显

著提高冲击韧性。碳含量实际生产中已有所降低,

因为增加碳含量将导致管线钢抗HIc的能力下降,

使裂纹率突然增加。磷是管线钢中的易偏析元素,

在偏析区其淬硬性约为碳的2倍.显著降低钢的低

温冲击韧性.恶化焊接性能。钢中氧化物夹杂是管

线钢产生HIc的根源之一,危害钢的各种性能见表

2。钢中氢是导致白点和发裂的主要原因,管线钢中

的氢含量越高,HIc产生的几率越大,腐蚀率越高,

平均裂纹长度增加越显著。见表2。

表1x70管线钢典型化学成分/%

厂家c si Mn cr Mo Ni Nb V Ti cu P s Pcm ceq

表2x70管线钢典型力学性能

3管线钢的冶炼及轧制技术复吹转炉:与传统顶吹转炉相比,进一步强化为了生产高级别管线钢.各厂家已经成功地开了冶炼过程中熔池的搅拌,促进各种冶金反应的进发了一系列的冶炼技术。其中关键技术就是使钢纯行和温度成分的均匀,有利于去除夹杂物,使转炉净化,以使钢的硫、磷、夹杂及气体含量降到最低。冶炼终点控制稳定。复吹转炉更适合冶炼碳含量很目前生产管线钢采用的工艺路线:铁水预处理_复低的钢种。

吹转炉一LF炉_+RH(或vD炉及钙处理_连铸。LF精炼炉:经过LF炉处理的钢水,可以精确控铁水预处理:铁水实施三脱可使铁水成分[P]≤制钢水成分及温度,能够做到C、si、Mn、Cr、Mo、V 20×10巧,[s】≤10×10巧,[si】≤0.3%,从而为转炉炼钢等元素控制在O.03%以内,温度在5℃以内,[S]≤10提供优质原料。×10巧,从而把钢的性能波动降到最低。另外通过造tj搽戮蕊嗽篙一爹爹。—一・钢铁冶炼◆—一-oj魏_≮紫!甚曼苫嚣m

万方数据

8卫△盏垒璺呈羔笸E￡兰至堡竺里生笙!塑整箜.!望垒塑苓卫垒凹盟丛兰坠}墨型E￡兰兰:::=2:翌:=:!::==:::