高级别管线钢X80_X120的研发与应用

第16卷第4期

2006年4月

中国冶金 China Metallurgy

Vol.16,No.4 Apr.2006

作者简介:罗海文(19722),男,博士; E 2m ail :luohaiwen @ ; 修订日期:2005212228

高级别管线钢X 80～X 120的研发与应用

罗海文,　董　瀚

(钢铁研究总院先进钢铁材料技术国家工程研究中心,北京100081)

摘　要:通过管线长距离运输天然气、石油是能源运输的主要方式之一。出于降低成本的需要,天然气输送管线的工作压力不断提高,这就要求应用X80～X120更高级别管线钢。根据有关的文献资料,系统整理并介绍了高级别管线钢的性能指标、成分设计以及生产应用中的热点问题,并讨论了未来中国天然气管线所采用高级别钢的可能选择。

关键词:管线钢;X80;X100;X120;强度;韧性

中图分类号:T G 115.5 文献标识码:A 文章编号:100629356(2006)0420009207

Development of X 802X 120High G rade Linepipe

Steels and Their Applications

L UO Hai 2wen ,　DON G Han

(National Engineering Research Center for Advanced Steel Technology ,Central Iron &Steel Research Institute ,Beijing 100081,China )

Abstract :Long distance gas and oil transmission pipeline is now facing a strong pressure to reduce its investment and operation costs.The widely accepted way to achieve this goal is to increase the operation pressure ,while the high pressure requires application of high grade linepipe steels ,i.e.X802X100.In this paper ,the following are briefly reviewed :(1)Technical requirements and chemical compositions of X802X120grade linepipe steels ;(2)Some hot issues on the production and application of X802X120steels ;(3)Recent progress on development of X1002X120pipeline steels and a general discussion on the possible choice of X802X120grades for the f uture pipe 2line projects in China.

K ey w ords :linepipe steel ;X80;X100;X120;strength ;toughness

中国随着经济的强劲增长,对石油天然气等能

源的需求也相应增加,而其中大半需从国外进口,尤其是从中亚国家和俄罗斯进口。这意味着从中亚和西西伯利亚到中国东北部将建设一巨大的长距离管线输送的网络工程。而长距离管线输送的关键在于不断提高其工作压力,降低单位输送成本,且通过减少其管壁厚度来降低材料及相关建设费用。鉴于此,长距离输送则要求更高钢级的高强度管线钢管,同时还要求有高韧性,特别是必须有很高的CVN [1]。因此,近年来开发更高强度管线钢的经济

驱动力不断增加,曾在国际标准中处于最高钢级的X70已被X80所取代,X100和X120国际标准的草稿业已推出。这一新版标准的问世不但伴随着对其性能水平定义方法的完全改变,而且要求参与人员要熟悉这些产品的实际表现,并掌握其内在特征的

最新和最可靠的知识[2]。 目前,世界工业发达国家在高钢级的高性能管线钢管的研发和应用上走在了前列:加拿大的Welland 于1995年至1999年7月销售的供天然气输送的SSAW 和UO E 焊管,X70与X80之和达100%;Ip sco 公司在1998年年报中披露已成功进行了X90和X100SSAW 钢管试生产,最终目标是生产各种规格的X100钢管。日本的N KK 、住友金属、新日铁、川崎等公司及欧洲钢管公司也相继研制成功X90和X100UO E 钢管,Exxon Mobil 、Europe Pipe 、Nippon Steel 和Sumitomo Metal 正在研制X120钢管[3]。

1　性能技术指标

由于管道在高压下运行于地理环境复杂、气候

低寒的地带,长距离运输的是成分复杂且具腐蚀性的石油或天然气,故对管线钢的强度和韧性特别是低温韧性、抗腐蚀介质氢致裂纹性、焊接性等提出了很高的要求。Pont remoli归纳出X70～X120的典型目标技术要求见表1[4]。需强调的是,目前对于X100和X120还没有可使用的标准,这里所给出的仅作参考。

2　化学成分和组织设计

超级管线钢的成分设计大都是低碳(超低碳)的Mn2Nb2Ti系或Mn2N b2V(Ti)系。同时还加入钼、镍、铜等元素提高淬透性,以便在钢厂现有的轧制和冷却条件下得到针状铁素体、贝氏体乃至马氏体组织。

Endo总结了在日本和欧洲开发的X80～X100超级管线钢的化学成分和力学性能,见表2[5]。

这些高级管线钢为Mn2Nb2Ti基本成分体系加Cu2Ni2(V)2Mo少量合金。w(Mn)为1.7%～119%,且X100的w(Mn)略高。高强度高韧性是通过控轧控冷技术得到贝氏体铁素体组织来保证的,同时应降低钢中碳的质量分数和尽量去除夹杂物,提高钢的纯净度,强化钢的精炼技术,使其质量分数达到要求:P≤20×10-6,S≤5×10-6,N≤20×10-6,O≤10×10-6,H≤1.0×10-6。

在西气东输项目中以针状铁素体为主的X70管线钢已得到应用,而X80、X100和X120的组织将是进一步通过优化合金成分和控轧控冷技术来提高低温组织的体积分数,在不损失韧性前提下提高强度。通常针状铁素体的形成伴随岛状硬相,这种弥散分布的硬相是高碳马氏体和残余奥氏体的混合,即MA组元。针状铁素体和MA组元的集合体有时也称为粒状贝氏体。而管线钢的强度和韧性就是由粒状贝氏体的体积分数、尺寸以及粒状贝氏体中的亚结构,以及MA岛的体积分数和分布所共同决

表1　X70～X120超级管线钢钢级的典型目标技术要求[4]

T able1　Specif ications of X702X120high grade linepipe steels

项目参数X70X80X100X120

R eL(6)R eL/MPa>485>555>690>830

R m(6)R m/MPa>570>625>760>915

加工硬化

能力

屈强比≤0.90(1)≤0.90(1)≤0.97(6)≤0.90(2)≤0.99(6)≤0.93(2)低温韧性DW T T剪切面积85%@-20℃85%@-20℃85%@-20℃(2)75%@-20℃(2)塑性均匀伸长率/%>8>6>6>3

止裂韧性最新夏比冲击功/J125(3)177(4)250(5)3不适用,须使用止裂器

焊缝低温抗裂性能CEIIW or P cm,碳当量/%

CE≤0.43(1)(5)

P cm≤0.25(6)

CE≤(1)(5)

P cm≤(6)

P cm≤0.20(2)

P cm≤0.25(6)

P cm≤0.21(2)

P cm≤0.25(6)

3因项目而异,须使用止裂器。表中:(1)按照1996年ISO3183—2:1996国际标准;(2)来源于Demopipe;Hillenbrand et al., 2004和Asahi et al.,2004;(3)按照X70钢级,钢管尺寸56"×15.3mm,工作压力75×105Pa(即0.72特定最小屈服强度);

(4)按照X80钢级,钢管尺寸56"×26mm,145×105Pa(即0.72特定最小屈服强度);(5)按照X100钢级,钢管尺寸36"×1814 mm,200×105Pa(即0.72特定最小屈服强度);(6)按照ISO/CD3183:2004208215国际标准。

表2　X80～X100超级管线钢的成分和力学性能[5]

T able2　Chemical compositions and mechanical properties of X802X100developed in Japan and Europe

编号钢种板厚/

mm

化学成分/%

w(C)w(S i)w(Mn)w(Nb)w(Mo)w(Ti)其他

C eq/

%

P cm/

%

R eL/

MPa

R m/

MPa

屈强

比/%

夏比冲击测试

基体热影响区

R m A K V/J t/℃A K V/J

DWTT/℃

85%

SATT

A X8016.90.040.25 1.760.030.140.01Cu,Ni0.390.1859476578-45133-4592-45

X10017.50.060.25 1.800.040.190.02Cu,Ni,V0.440.2070687081-20179-20154-25

B X8015.00.060.25 1.610.050.170.02Ni0.380.1658864691-20252-20147-35

X10019.10.060.22 1.960.050.110.01Cu,Ni0.450.1971084884-20133-10130-15

C X8019.00.060.16 1.850.040.200.01Ni0.430.1858465689-20263-20169-72

X10019.10.070.09 1.810.040.200.01Cu,Ni0.50.2073081090---10162-20

D X8019.10.050.11 1.800.050.01Cu,Ni,V0.390.1859070184-30319-30249-50

X10020.00.060.30 1.780.060.370.02Ni0.470.1971888781-40186-20175-30

E X8013.60.070.42 1.910.050.030.02-0.410.19-------

X10019.10.070.25 1.930.050.280.02Cu,Ni0.480.2173979293-20235-20135-15 01 中国冶金 第16卷