高强度管线钢管标准和规范的开发
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高强度管线钢管标准和规范的开发
・２７・
高强度管线钢管标准和规范的开发
Ｊｏｈｎ Ｈａｍｍｏｎｄ ＩＳＯ ＴＣ６７／ＳＣ２
ＷＧ １６（管线钢管）工作组会议召集人
。。卜’‘●一。十－‘＋－。—卜。１卜。—●。。‘卜。‘ｔ’‘１●’。‘●’。‘●’‘‘●—。卜。。卜。—卜‘‘卜。十。—卜。—卜。１＋。。１＿卜‘１卜——＋。－＋‘＋－－＋－¨－＇－＇４－‘＋‘—＋。——＋。—・＋．－＋——＋－－＋－＋－＋－＋一＋・
和Ｘ１００强度等级之间一个理想的跨接点。 超高强度管线钢的高端是Ｘ１２０级钢。 Ｘ１２０级钢是一种独特的材料，是Ｅｘｘｏｎ公司与
高强度管线钢管标准和规范的开发
・２９・
度无论对哪种材料而言都是挑战。对于高强度 钢同时要求在低温下保持延性和高断裂韧性， 以及阻止抗断裂扩展或在将发生断裂的情况下 定量确定其对阻止断裂扩展的能力是最为重要
于ＡＰＩ ５Ｌ允许采用中间钢级，因此Ｘ９０是Ｘ８０
标准中有简要的规定，此后已经废止。现在的 Ｘ１００管线钢的开发始于２０世纪９０年代中期 之前，是由５个主要的钢铁厂为了满足一些主 要的油气公司如ＢＰ、壳牌、英国天然气和Ｔｒａｎ— ｓＣａｒｍｄａ管线公司等的未来需求而提出的。另 外，Ｅｘｘｏｎ及其选定的钢厂和制管厂与此同时 进行了Ｘ１２０的开发，但是其细节在２００２年前 没有公布。 从那时起，将Ｘ１００和Ｘ１２０连同）（９０钢级 一起实现标准化的倡议引起了公众的注意。 ＩＳＯ和ＡＰＩ联合工作组已将这些钢级一起纳 入标准，完成了标准的修订，并形成一个统一的
２标准化及规范
目前工业界已经准备好使这些高强度管线 钢实现标准化，并且Ｌ６２５（Ｘ９０）、Ｌ６９０（Ｘ１００） 和Ｌ８３０（Ｘ１２０）钢级已经列入ＩＳ０国际标准 （ＤＩＳ）３１８３草案。ＩＳＯ标准最终将与新版的
ＡＰＩ
５Ｌ标准协调一致。该标准由ＩＳＯ和ＡＰＩ
工作组，即ＩＳＯ ＴＧ６７／Ｓ晓一第１６工作组（管线 钢管）和ＡＰＩ ４１８３工作组（管线钢管）共同起 草，而高强度管线钢材料的详细研究则由ＡＰＩ ４１９３工作组（高强度管材）直接进行。 实施标准化的有关各方提出各自的数据， 以支持自身产品的标准化，取得有关各方一致 意见是标准化工作的内容之一。Ｘ１００管线钢 制造商们各自进行的开发程序已经或多或少地 造成了该钢种化学成分的一些差异；每个制造 商都偏爱自己特有的成分设计。在标准化工作 组中取得一致意见总是意味着放宽限制，推出 一个大“信封”以容纳几乎所有的极限条件。虽 然这样的做法能够有助于标准化的实现，但是 使用户总是要制订补充采购技术条件，以使定 制的钢管符合预定的用途，这些补充条件说明 对化学成分和某些力学性能的限制或公差范围 提出更严格的规定。 在超高强度管线钢管的低端是Ｘ９０级钢。 由于该钢级在Ｘ１００钢级之前已经开发出来， 几乎是被默认而纳入ＤＩＳ ３１８３标准，而且，由
・２８・Fra Baidu bibliotek
管线运行与工程展望
现在称为Ｘ１２０，其最低屈服强度为８３０ ＳＰａ
（１２０ ｋｓｉ）。
其选定的钢厂一起，在差不多１０年时间里相当 秘密地开发出来的，其中某些技术是专利。在 最近４年中，ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ首次公布了Ｘ１２０的 详细资料，并且放宽了对这种合金的注意。 ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ及其合作的钢厂已为ＡＰＩ／ＩＳＯ工 作组独家提供了包括Ｘ１２０钢在内的数据 支持。 在２００２年，ＡＰＩ和ＩＳＯ同时制定了新的工 作项目，其目的是在ＡＰＩ ５Ｌ和ＩＳ０ ３１８３中纳 入从Ｘ９０到Ｘ１２０的高强度钢级。 作为提议的ＡＰＩ ５Ｌ和ＩＳＯ ３１８３协商一致 的基本内容之一，各工作组一致同意超高强度 管线钢的标准化钢级应当只用于较高的ＰＳＬ 等级产品。 ２．１开发历史 首条Ｘ１００钢管线是１９６０年由美国哥伦比 亚天然气公司建设的。该项目使用的Ｘ１００管 线钢管与许多最近开发的Ｘ１００钢管也许只有 很少的相似之处。早期的Ｘ１００只在ＡＰＩ
的。
目前认为，Ｘ９０、Ｘ１００或Ｘ１２０这些超高强 度材料不适用于输送湿气，特别是含有Ｈ２Ｓ和 Ｃ０２的流体（酸性服役条件）。对焊缝可能存在 高残余应力和焊区硬度超过现行准则范围等问 题，需要进行大量的试验，以规定保证安全运行 的参数范围。 ２．３超高强度（ＵＨＳ）管线钢管的化学成分 超高强度钢管的制造迄今为止还是由世界 顶级的钢铁集团和制管厂专门进行的，并且进 行了深入的技术开发。Ｘ１００和Ｘ１２０钢级大 口径钢管用钢至今还是采用吹氧工艺炼钢，接 着进行钢包精炼和真空脱气处理，生产出硫磷 含量极低的低碳微合金钢【ｌ Ｊ。 各钢厂开发的ｘ１００管线钢的原型都是根 据适合各自工厂的实际情况，以及后续钢板轧 制和制管的要求，采用优化的化学成分制造的。 许多关于Ｘ１００的详细资料保留了各钢厂的专 利技术，虽然这样限制了能够从标准化组织取 得详细数据的数量，但是有关Ｘ１００钢管的情 况与较低钢级如Ｘ６５、Ｘ７０和Ｘ８０钢管的情况 只有很小的差别。 不同厂家向标准化工作组提供的典型化学 成分有一个范围，不可避免地导致标准化的 Ｘ１００钢级化学成分的限定要适合所有的或大 多数Ｘ１００的化学成分，就像一个大“信封”，可 以将他们都装进去。当时，无疑盛行一种“货物 出门概不退换，买主须自行当心（货物的品质）” 的局势，超高强度钢管的购方必须对钢管的化 学成分要求和钢厂达到规定要求的能力等因素 做出判断。这些因素包括常规力学性能要求， 特别是任何项目规定的性能要求，例如钢管最
５ＬＵ ２
在最近１０年里，开发了高强度管线钢板样 品并进行了钢管试生产，对材料特性进行了广 泛的评价测试。对工艺技术进行不断优化后， 制造出第二代和第三代超高强度钢管，用于验 证钢管的现场焊接和处理以及冷弯性能，并且 进行了确定钢管性能如断裂控制的大型试验。 也许对这些钢种试生产的试验比对现有较低钢 级的试验还要深入得多。
摘要：国际天然气工业将天然气从遥远的气田输送到天然气消费市场的需求推动了超高强度管 线钢管的开发，以满足经济地建设未来长距离高压输气管线的要求。到目前为止，常规高压输气管 线的最高钢级是ＡＰＩ ５Ｌ的Ｘ８０，或与其等效的ＩＳ０ ３１８３的Ｌ５５５。 各油气公司和主要钢管企业联合开发出新的更高强度的钢管，主要钢级是Ｘ９０（Ｌ ６２５）、Ｘ１００
Ｘ１００和Ｘ１２０钢级输气钢管的开发仅限于 大口径直缝埋弧焊管，典型的是采用优质钢板 和ＵＯＥ工艺制造的钢管，通常称为ＳＡＷＬ－ ＵＯＥ钢管，或简称为ＵＯＥ钢管。所开发钢管 的典型尺寸是外径３０～５２访ｏ，壁厚在１５
１５
ｒｎｌＴｌ
以上。一般认为生产Ｘ１００钢级，壁厚小于 ｍｒｎ的钢管，不能如同Ｘ７０和Ｘ８０等较低钢 虽然在ＡＰＩ／１Ｓｏ工作组内有所报道，但是 至今为止并没有进行类似的超高强度ＨＦＷ （ＥＲｗ）钢管的开发工作，有些钢管公司对此仍 有争议。而且至今尚不清楚目前是否存在这种 小直径高强度薄壁ＥＲＷ钢管能够赖以生存的 市场。 值得注意的是，有一个公司开始着手进行 高强度无缝钢管的开发，典型钢级为Ｘ１００，用 于海底深水管道。目前在墨西哥湾和其他地区 正在开发深海油田，典型水深２５００
（Ｌ ６９０）和Ｘ１２０（Ｌ ８３０）。钢铁企业和制管企业已制定高钢级管线钢的冶金设计和制管工艺，以
优化钢管的力学性能，包括极地管线断裂控制所要求的高韧性。油气公司组织实施了新的高强度 管线钢管的制管和环缝焊接试验，以及大量的力学性能评价和断裂止裂性能的评定。 目前，工业界准备将这些长期研究开发的成果转化为管线钢管制管和管线建设的国家标准和 国际标准。本文介绍了当前ＡＰＩ和ＩＳＯ为超高强度管线钢管的工业应用标准所进行的工作。 关键词：管线钢管，高强度，输气管线
・－－●・－—＋．－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－—｝—＋
１
引言
世界范围内天然气的应用在显著增长。
这些气田的共同问题是大口径长距离输气 管线所需的投资是其开发成本的主要因素。确 实如此，管线的成本可能会决定该项目在经济 上是否可行。 基于以上的背景，一些油气公司希望采用 更高强度的管线钢管，这样不仅可以减少采购 钢管的数量，而且能够降低其他的相关成本，例 如运输成本和现场施工时间等。高强度钢管能 够降低管壁厚度，从而有效地减少环缝焊接时 间，或者使管线能够在较高的压力下工作。焊 缝焊接往往是整个管线建设项目进度的决定因 素，因此，采用先进的自动焊工艺技术焊接具有 较薄壁厚、较高强度的管线钢管能够减少焊接 时间，从而大大节省在边远地区大规模施工队 伍所需的后勤支持和人工费用。 十多年前，一些油气公司与几个世界上顶 尖的钢铁和制管厂合作进行了高强度管线钢管 的开发，起初的目标是要制造出最低屈服强度 为６９０ ＭＰａ（１００ ｋｓｉ）的管线钢管，后来成为 众所周知的Ｘ１００。同时，Ｅｘｘｏｎ（现在的 ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ）公司与两个世界上领先的钢管厂 合作，单独进行了更高强度管线钢管的开发，
ｍ
级的钢管那样，满足市场的经济性要求。
（６０００ ｆｔＱ），在这种水深会对海底集输管线和
钢悬垂立管施加很大的外压。按严格的尺寸公 差制造的可焊型超高强度（ＵＨＳ）无缝钢管有助 于采用较小壁厚的高抗挤毁集输管线设计。这 种思想同样也可用于钢制悬链式立管（ＳＣＲ）的 设计，虽然这些元件的断面通常还承受疲劳载 荷，而且对于疲劳载荷而言，提高材料强度起不 了多大作用。 因此，Ｘ９０、Ｘ１００或Ｘ１２０钢级首要用途是 输送干燥的天然气，其成分通常为贫气。将为 此用途的钢材达成一个基础标准，可能是ＩＳＯ ３１８３、新版的ＡＰＩ ５Ｌ或现行的加拿大标准 ＣＳＡＺ．２４５．１。当然，在这些标准中还要增加 与实际应用有关的附加技术条件，后者可能是 技术规定和地区规范。 ｉｎ＝２．５４∞。
可以在低冷却速度和高ＡＣＣ终冷温度下使钢 板获得Ｘ１００的强度性能。然而，这种钢的可 焊性和止裂韧性偏低，难以达到所要求一４０℃ 温度下的夏比冲击韧性要求，该温度可能就是 极地输气管线的典型工作温度。 工艺路线“Ｂ”采用低碳含量钢，其典型最 大值为０．０５％，碳当量（ＣＥ）为０．４３％，这样 能够改善可焊性，但是要达到规定的屈服强度 和抗拉强度，需要很快的冷却速度和很低的 ＡＣＣ终冷温度。必须严格控制钢板轧制精整 工艺，对轧钢厂是一个挑战。这种钢中可能会 形成马氏体，韧性控制更加困难，并且在直缝焊 接后可能会发生热影响区软化。 工艺路线“Ｃ”采用中等碳含量，其典型值 为０．０６％，碳当量（ＣＥ）为０．４８％。这种成分 能够优化生产适应性，生产出韧性水平高和现 场可焊性良好的钢管。 表１示出４种Ｘ１００钢管和焊缝的典型化 学成分。
ｆｔ＝３０．４８
ｃｎｌ。
终的低温夏比冲击或ＣｍＩＤ值、止裂性能和可
焊性等。 要达到将钢管的机械和力学性能控制在严 格规定的范围内的目标，取决于钢的化学成分 及后续的炼钢和二次精炼、钢板轧制和制管过 程本身等环节。无论如何，这些方法的基本原
Ｏ ｏ
１ １
・３０・
管线运行与工程展望
理是从钢的成分以及各种成分的相互影响出 发，由Ｈｉｌｌｅｎｂｒａｎｄ和Ｋａｌｗａ［２］在早先的会议上 用一个简单的原理图表述的，见图１。图１说 明了建立在碳含量基础上的三种工艺路线。
《京都议定书》的签约国正在积极探求减少自身 温室气体排放量的途径。因此，从使用石油和 煤炭转为使用更加清洁的燃料如天然气是在正 确方向上迈出的重要一步，并且对市场需求产
生影响。
虽然来自许多现有气田的天然气供应能够 充分满足目前的需求，但不能满足未来的市场 需求。即使仅按照现在的使用速度，在出现异 常寒冷的冬季时，欧洲现有的天然气供应也不 能满足所有预测的市场需求。 鉴于这种情况，有些油气公司在十几年前 就对世界上待开发的几个主要气田进行了评 估。某些具有吸引力的气田处于遥远的远离终 极消费市场的地区。这些地区气候条件极其恶 劣，多年来使管线的基础建设和日常管理受到 限制。这些遥远的主要气田包括向西欧市场供 气的阿尔及利亚气田、可向远东潜在市场供气 的东西伯利亚气田和可向其南部美国４８个州 潜在市场供气的北阿拉斯加气田。
ＩＳ０ ３１８３／ＡＰＩ
５Ｌ管线钢管新标准。
２．２超高强度管线钢管的应用 超高强度管线钢管主要应用于长距离高压 天然气输送管线。在阿拉斯加和西伯利亚这些 富含大气田的地区需要建设长达３０００ ｋｒｎ以上 的干线管道，这些管道显然要选用高强度管线 钢管，但是较短的高压干线管道最终可能也要 使用这些钢级的材料。这些地区极端寒冷的温
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高强度管线钢管标准和规范的开发
Ｊｏｈｎ Ｈａｍｍｏｎｄ ＩＳＯ ＴＣ６７／ＳＣ２
ＷＧ １６（管线钢管）工作组会议召集人
。。卜’‘●一。十－‘＋－。—卜。１卜。—●。。‘卜。‘ｔ’‘１●’。‘●’。‘●’‘‘●—。卜。。卜。—卜‘‘卜。十。—卜。—卜。１＋。。１＿卜‘１卜——＋。－＋‘＋－－＋－¨－＇－＇４－‘＋‘—＋。——＋。—・＋．－＋——＋－－＋－＋－＋－＋一＋・
和Ｘ１００强度等级之间一个理想的跨接点。 超高强度管线钢的高端是Ｘ１２０级钢。 Ｘ１２０级钢是一种独特的材料，是Ｅｘｘｏｎ公司与
高强度管线钢管标准和规范的开发
・２９・
度无论对哪种材料而言都是挑战。对于高强度 钢同时要求在低温下保持延性和高断裂韧性， 以及阻止抗断裂扩展或在将发生断裂的情况下 定量确定其对阻止断裂扩展的能力是最为重要
于ＡＰＩ ５Ｌ允许采用中间钢级，因此Ｘ９０是Ｘ８０
标准中有简要的规定，此后已经废止。现在的 Ｘ１００管线钢的开发始于２０世纪９０年代中期 之前，是由５个主要的钢铁厂为了满足一些主 要的油气公司如ＢＰ、壳牌、英国天然气和Ｔｒａｎ— ｓＣａｒｍｄａ管线公司等的未来需求而提出的。另 外，Ｅｘｘｏｎ及其选定的钢厂和制管厂与此同时 进行了Ｘ１２０的开发，但是其细节在２００２年前 没有公布。 从那时起，将Ｘ１００和Ｘ１２０连同）（９０钢级 一起实现标准化的倡议引起了公众的注意。 ＩＳＯ和ＡＰＩ联合工作组已将这些钢级一起纳 入标准，完成了标准的修订，并形成一个统一的
２标准化及规范
目前工业界已经准备好使这些高强度管线 钢实现标准化，并且Ｌ６２５（Ｘ９０）、Ｌ６９０（Ｘ１００） 和Ｌ８３０（Ｘ１２０）钢级已经列入ＩＳ０国际标准 （ＤＩＳ）３１８３草案。ＩＳＯ标准最终将与新版的
ＡＰＩ
５Ｌ标准协调一致。该标准由ＩＳＯ和ＡＰＩ
工作组，即ＩＳＯ ＴＧ６７／Ｓ晓一第１６工作组（管线 钢管）和ＡＰＩ ４１８３工作组（管线钢管）共同起 草，而高强度管线钢材料的详细研究则由ＡＰＩ ４１９３工作组（高强度管材）直接进行。 实施标准化的有关各方提出各自的数据， 以支持自身产品的标准化，取得有关各方一致 意见是标准化工作的内容之一。Ｘ１００管线钢 制造商们各自进行的开发程序已经或多或少地 造成了该钢种化学成分的一些差异；每个制造 商都偏爱自己特有的成分设计。在标准化工作 组中取得一致意见总是意味着放宽限制，推出 一个大“信封”以容纳几乎所有的极限条件。虽 然这样的做法能够有助于标准化的实现，但是 使用户总是要制订补充采购技术条件，以使定 制的钢管符合预定的用途，这些补充条件说明 对化学成分和某些力学性能的限制或公差范围 提出更严格的规定。 在超高强度管线钢管的低端是Ｘ９０级钢。 由于该钢级在Ｘ１００钢级之前已经开发出来， 几乎是被默认而纳入ＤＩＳ ３１８３标准，而且，由
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管线运行与工程展望
现在称为Ｘ１２０，其最低屈服强度为８３０ ＳＰａ
（１２０ ｋｓｉ）。
其选定的钢厂一起，在差不多１０年时间里相当 秘密地开发出来的，其中某些技术是专利。在 最近４年中，ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ首次公布了Ｘ１２０的 详细资料，并且放宽了对这种合金的注意。 ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ及其合作的钢厂已为ＡＰＩ／ＩＳＯ工 作组独家提供了包括Ｘ１２０钢在内的数据 支持。 在２００２年，ＡＰＩ和ＩＳＯ同时制定了新的工 作项目，其目的是在ＡＰＩ ５Ｌ和ＩＳ０ ３１８３中纳 入从Ｘ９０到Ｘ１２０的高强度钢级。 作为提议的ＡＰＩ ５Ｌ和ＩＳＯ ３１８３协商一致 的基本内容之一，各工作组一致同意超高强度 管线钢的标准化钢级应当只用于较高的ＰＳＬ 等级产品。 ２．１开发历史 首条Ｘ１００钢管线是１９６０年由美国哥伦比 亚天然气公司建设的。该项目使用的Ｘ１００管 线钢管与许多最近开发的Ｘ１００钢管也许只有 很少的相似之处。早期的Ｘ１００只在ＡＰＩ
的。
目前认为，Ｘ９０、Ｘ１００或Ｘ１２０这些超高强 度材料不适用于输送湿气，特别是含有Ｈ２Ｓ和 Ｃ０２的流体（酸性服役条件）。对焊缝可能存在 高残余应力和焊区硬度超过现行准则范围等问 题，需要进行大量的试验，以规定保证安全运行 的参数范围。 ２．３超高强度（ＵＨＳ）管线钢管的化学成分 超高强度钢管的制造迄今为止还是由世界 顶级的钢铁集团和制管厂专门进行的，并且进 行了深入的技术开发。Ｘ１００和Ｘ１２０钢级大 口径钢管用钢至今还是采用吹氧工艺炼钢，接 着进行钢包精炼和真空脱气处理，生产出硫磷 含量极低的低碳微合金钢【ｌ Ｊ。 各钢厂开发的ｘ１００管线钢的原型都是根 据适合各自工厂的实际情况，以及后续钢板轧 制和制管的要求，采用优化的化学成分制造的。 许多关于Ｘ１００的详细资料保留了各钢厂的专 利技术，虽然这样限制了能够从标准化组织取 得详细数据的数量，但是有关Ｘ１００钢管的情 况与较低钢级如Ｘ６５、Ｘ７０和Ｘ８０钢管的情况 只有很小的差别。 不同厂家向标准化工作组提供的典型化学 成分有一个范围，不可避免地导致标准化的 Ｘ１００钢级化学成分的限定要适合所有的或大 多数Ｘ１００的化学成分，就像一个大“信封”，可 以将他们都装进去。当时，无疑盛行一种“货物 出门概不退换，买主须自行当心（货物的品质）” 的局势，超高强度钢管的购方必须对钢管的化 学成分要求和钢厂达到规定要求的能力等因素 做出判断。这些因素包括常规力学性能要求， 特别是任何项目规定的性能要求，例如钢管最
５ＬＵ ２
在最近１０年里，开发了高强度管线钢板样 品并进行了钢管试生产，对材料特性进行了广 泛的评价测试。对工艺技术进行不断优化后， 制造出第二代和第三代超高强度钢管，用于验 证钢管的现场焊接和处理以及冷弯性能，并且 进行了确定钢管性能如断裂控制的大型试验。 也许对这些钢种试生产的试验比对现有较低钢 级的试验还要深入得多。
摘要：国际天然气工业将天然气从遥远的气田输送到天然气消费市场的需求推动了超高强度管 线钢管的开发，以满足经济地建设未来长距离高压输气管线的要求。到目前为止，常规高压输气管 线的最高钢级是ＡＰＩ ５Ｌ的Ｘ８０，或与其等效的ＩＳ０ ３１８３的Ｌ５５５。 各油气公司和主要钢管企业联合开发出新的更高强度的钢管，主要钢级是Ｘ９０（Ｌ ６２５）、Ｘ１００
Ｘ１００和Ｘ１２０钢级输气钢管的开发仅限于 大口径直缝埋弧焊管，典型的是采用优质钢板 和ＵＯＥ工艺制造的钢管，通常称为ＳＡＷＬ－ ＵＯＥ钢管，或简称为ＵＯＥ钢管。所开发钢管 的典型尺寸是外径３０～５２访ｏ，壁厚在１５
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ｒｎｌＴｌ
以上。一般认为生产Ｘ１００钢级，壁厚小于 ｍｒｎ的钢管，不能如同Ｘ７０和Ｘ８０等较低钢 虽然在ＡＰＩ／１Ｓｏ工作组内有所报道，但是 至今为止并没有进行类似的超高强度ＨＦＷ （ＥＲｗ）钢管的开发工作，有些钢管公司对此仍 有争议。而且至今尚不清楚目前是否存在这种 小直径高强度薄壁ＥＲＷ钢管能够赖以生存的 市场。 值得注意的是，有一个公司开始着手进行 高强度无缝钢管的开发，典型钢级为Ｘ１００，用 于海底深水管道。目前在墨西哥湾和其他地区 正在开发深海油田，典型水深２５００
（Ｌ ６９０）和Ｘ１２０（Ｌ ８３０）。钢铁企业和制管企业已制定高钢级管线钢的冶金设计和制管工艺，以
优化钢管的力学性能，包括极地管线断裂控制所要求的高韧性。油气公司组织实施了新的高强度 管线钢管的制管和环缝焊接试验，以及大量的力学性能评价和断裂止裂性能的评定。 目前，工业界准备将这些长期研究开发的成果转化为管线钢管制管和管线建设的国家标准和 国际标准。本文介绍了当前ＡＰＩ和ＩＳＯ为超高强度管线钢管的工业应用标准所进行的工作。 关键词：管线钢管，高强度，输气管线
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引言
世界范围内天然气的应用在显著增长。
这些气田的共同问题是大口径长距离输气 管线所需的投资是其开发成本的主要因素。确 实如此，管线的成本可能会决定该项目在经济 上是否可行。 基于以上的背景，一些油气公司希望采用 更高强度的管线钢管，这样不仅可以减少采购 钢管的数量，而且能够降低其他的相关成本，例 如运输成本和现场施工时间等。高强度钢管能 够降低管壁厚度，从而有效地减少环缝焊接时 间，或者使管线能够在较高的压力下工作。焊 缝焊接往往是整个管线建设项目进度的决定因 素，因此，采用先进的自动焊工艺技术焊接具有 较薄壁厚、较高强度的管线钢管能够减少焊接 时间，从而大大节省在边远地区大规模施工队 伍所需的后勤支持和人工费用。 十多年前，一些油气公司与几个世界上顶 尖的钢铁和制管厂合作进行了高强度管线钢管 的开发，起初的目标是要制造出最低屈服强度 为６９０ ＭＰａ（１００ ｋｓｉ）的管线钢管，后来成为 众所周知的Ｘ１００。同时，Ｅｘｘｏｎ（现在的 ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ）公司与两个世界上领先的钢管厂 合作，单独进行了更高强度管线钢管的开发，
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级的钢管那样，满足市场的经济性要求。
（６０００ ｆｔＱ），在这种水深会对海底集输管线和
钢悬垂立管施加很大的外压。按严格的尺寸公 差制造的可焊型超高强度（ＵＨＳ）无缝钢管有助 于采用较小壁厚的高抗挤毁集输管线设计。这 种思想同样也可用于钢制悬链式立管（ＳＣＲ）的 设计，虽然这些元件的断面通常还承受疲劳载 荷，而且对于疲劳载荷而言，提高材料强度起不 了多大作用。 因此，Ｘ９０、Ｘ１００或Ｘ１２０钢级首要用途是 输送干燥的天然气，其成分通常为贫气。将为 此用途的钢材达成一个基础标准，可能是ＩＳＯ ３１８３、新版的ＡＰＩ ５Ｌ或现行的加拿大标准 ＣＳＡＺ．２４５．１。当然，在这些标准中还要增加 与实际应用有关的附加技术条件，后者可能是 技术规定和地区规范。 ｉｎ＝２．５４∞。
可以在低冷却速度和高ＡＣＣ终冷温度下使钢 板获得Ｘ１００的强度性能。然而，这种钢的可 焊性和止裂韧性偏低，难以达到所要求一４０℃ 温度下的夏比冲击韧性要求，该温度可能就是 极地输气管线的典型工作温度。 工艺路线“Ｂ”采用低碳含量钢，其典型最 大值为０．０５％，碳当量（ＣＥ）为０．４３％，这样 能够改善可焊性，但是要达到规定的屈服强度 和抗拉强度，需要很快的冷却速度和很低的 ＡＣＣ终冷温度。必须严格控制钢板轧制精整 工艺，对轧钢厂是一个挑战。这种钢中可能会 形成马氏体，韧性控制更加困难，并且在直缝焊 接后可能会发生热影响区软化。 工艺路线“Ｃ”采用中等碳含量，其典型值 为０．０６％，碳当量（ＣＥ）为０．４８％。这种成分 能够优化生产适应性，生产出韧性水平高和现 场可焊性良好的钢管。 表１示出４种Ｘ１００钢管和焊缝的典型化 学成分。
ｆｔ＝３０．４８
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终的低温夏比冲击或ＣｍＩＤ值、止裂性能和可
焊性等。 要达到将钢管的机械和力学性能控制在严 格规定的范围内的目标，取决于钢的化学成分 及后续的炼钢和二次精炼、钢板轧制和制管过 程本身等环节。无论如何，这些方法的基本原
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管线运行与工程展望
理是从钢的成分以及各种成分的相互影响出 发，由Ｈｉｌｌｅｎｂｒａｎｄ和Ｋａｌｗａ［２］在早先的会议上 用一个简单的原理图表述的，见图１。图１说 明了建立在碳含量基础上的三种工艺路线。
《京都议定书》的签约国正在积极探求减少自身 温室气体排放量的途径。因此，从使用石油和 煤炭转为使用更加清洁的燃料如天然气是在正 确方向上迈出的重要一步，并且对市场需求产
生影响。
虽然来自许多现有气田的天然气供应能够 充分满足目前的需求，但不能满足未来的市场 需求。即使仅按照现在的使用速度，在出现异 常寒冷的冬季时，欧洲现有的天然气供应也不 能满足所有预测的市场需求。 鉴于这种情况，有些油气公司在十几年前 就对世界上待开发的几个主要气田进行了评 估。某些具有吸引力的气田处于遥远的远离终 极消费市场的地区。这些地区气候条件极其恶 劣，多年来使管线的基础建设和日常管理受到 限制。这些遥远的主要气田包括向西欧市场供 气的阿尔及利亚气田、可向远东潜在市场供气 的东西伯利亚气田和可向其南部美国４８个州 潜在市场供气的北阿拉斯加气田。
ＩＳ０ ３１８３／ＡＰＩ
５Ｌ管线钢管新标准。
２．２超高强度管线钢管的应用 超高强度管线钢管主要应用于长距离高压 天然气输送管线。在阿拉斯加和西伯利亚这些 富含大气田的地区需要建设长达３０００ ｋｒｎ以上 的干线管道，这些管道显然要选用高强度管线 钢管，但是较短的高压干线管道最终可能也要 使用这些钢级的材料。这些地区极端寒冷的温