输氢管道采用X80管线钢的设计建议

高强度管线钢常被用于长距离、大输量天然气管道输送,然而目前的输氢管道采用低强度管线钢,以避免氢脆的产生。为了探究大直径X80管线钢输送加压氢气的能力,对X80管线钢试样进行了拉伸、韧性、裂纹扩展和圆片破裂试验。根据试验结果,分析了输氢管道压力对试样缺陷临界尺寸的影响,从而对X80输氢管道的设计提出了建议。研究表明,在一定输送能量下,氢的运输成本可能比天然气高出数倍。此外,尽管低强度钢的氢脆敏感性更低,但使用高强度钢建造输氢管道比使用低强度钢可带来10%～40%的成本效益。     

X80级管线钢、钢管技术条件制订中的关键技术问题

在成功研究、制订西气东输用X70级针状铁素体型管线钢、钢管技术条件的基础上,结合“X80级管线钢管应用工程”具体情况,通过大量试验研究,编制了X80级管线钢、钢管“技术条件”。就X80级管线钢、钢管“技术条件”中几个关键技术问题,如X80级针状铁素体型管线钢的成分、组织、力学性能等的确定原则进行了论述。通过钢铁公司、制管厂的实践应用和对产品的检测,证明X80级管线钢、钢管“技术条件”不仅满足工程要求,而且也适应生产情况。     

十五年来华北石油钢管厂高钢级管线钢管的开发和生产

简述了华北石油钢管厂微合金管线钢管的早期开发情况,重点回顾了自1993年陕京输气管道建设以来华北石油钢管厂高钢级管线钢管的发展历程和制管工艺、装备和技术的发展。我国的高钢级管线钢管的发展和进步是钢厂、管厂和研究院所紧密协作的结果,也得到了国际上许多专家的帮助。希望今后继续加强国内和国际合作,促进共同发展。     

高韧性针状铁素体X80级管线钢的试制

简要介绍了宝钢试制的以针状铁素体组织为特征的X80级管线钢热轧板卷。采用超低碳、微合金化和Mo的低合金化成分设计,结合纯净钢7台炼技术和适当的热机械控制工艺得到具有针状铁素体组织的高强度、高韧性X80级管线钢。用其制造的焊管具有满足API5L规范X80级钢的高强度,在-20℃低温下具有大于220J的夏比冲击韧性和优良的抗动态撕裂能力,适用于高压大口径输气管线的建设。     

焊接预热温度对X80级管线钢组织性能的影响

通过焊接热模拟试验和冲击韧性试验,研究了不同预热温度对X80级管线钢组织性能的影响.结果表明,当焊接热输入为10 kJ/cm时,随着预热温度的增加,X80钢粗晶热影响区韧性有所增加;当焊接热输入为20 kJ/cm时,预热温度对韧性没有明显的改善;当预热温度超过150 ℃,已开始出现对韧性构成损害的块状铁素体和珠光体组织.     

X80级管线钢焊接热影响区不同区域的韧性分布

研究了X80级管线钢焊接热影响区不同区域的韧性分布.结果表明, X80级管线钢在焊接过程中形成的热影响区由不同温度下形成的梯度组织组成.焊接加热温度为1 300 ℃时所形成的粗晶区韧性最低,是受焊区的薄弱环节.950 ℃以下的焊接热过程,对管线钢的韧性没有大的损害.引起热影响区性能恶化的主要原因是高温引起的晶粒长大以及由于晶粒粗大而引起上贝氏体等非平衡低温转变产物的增多.     

X70针状铁素休管线钢的优点暨恶劣环境下油气输送管道工业的发展

在过去几十年X70级管线钢的典型组织一直是铁素体-珠光体.近年来发展了低碳针状铁素体组织的管线钢以适应目前工业输送石油和天然气的要求,现已经成功地应用于中国西气东输管线工程.由于低屈强比和组织均匀,管线钢采用针状铁素体组织可以具有较好的(管)成型性及耐腐蚀性.用针状铁素体管线钢平板或卷板制造的焊管的力学性能彼此相差不大.为了优化管线钢的力学性能,对多种热轧工艺条件诸如原奥氏体晶粒尺寸、在再结晶终止温度以下的应变累积量(变形量)以及冷却开始和终止温度进行了研究.介绍根据实验结果(得到的优化工艺条件),已经用于实际生产的情况和各种产品性能.利用组织-性能-预测模型分析了在热轧过程中的显微结构变化.同时也通过热轧工艺数据分析模型研究在轧制过程中的金相的变化.笔者还对为了满足当代石油天然气工业快速发展形势需求的一些新成果做了介绍.     

国内X80级管线钢的发展及今后的研究方向

介绍了国内外油气管道及高钢级管材的发展情况,国内在X80级管线钢应用基础研究和产品开发方面所开展的工作,及X80级管线钢管的质量状况。分析了X80级管线钢应用中应关注的几个问题。指出：①大口径高压输送及采用高钢级管材是国际管道工程发展的一个重要趋势;②我国实施X80钢级管道工业性工程应用的条件已经基本成熟;③为确保X80级管道的安全可靠,在借鉴国际上先进成功经验的基础上,应进一步加强X80级管线钢应用基础研究和相关的技术攻关。     

焊接二次热循环峰值温度对X80级管线钢组织性能的影响

采用模拟焊接热循环的方法,研究了二次热循环对X80级管线钢焊接热影响区组织和性能的影响.结果表明,在双面焊和多道焊中,当焊接二次热循环峰值温度处于α γ两相区时,所试验的X80钢表现为局部脆化.此时形成的M-A组元含量、尺寸、硬度的变化是引起局部脆化的主要组织因素.     

高强度管线钢焊接接头不同缺口位置的断裂韧性研究

采用夏比冲击试验,研究了X65级高频焊管、X80和X100级埋弧焊管焊接接头不同缺口位置的断裂韧性,用扫描电镜和金相方法分析了冲击试样断口特征和微观组织。结果表明,高钢级管线钢高频焊接焊缝处的断裂韧性最低,其冲击功大小与热处理工艺密切相关;而埋弧焊接热影响区断裂韧性在熔合线处最低,其主要原因是此处的组织为粗大的粒状贝氏体,而且强度越高焊接热循环对管线钢的作用越强,在熔合线附近更容易产生粗大组织,使断裂韧性降低。讨论了油气输送管道用钢管标准和技术条件对焊缝和热影响区冲击试样缺口位置的规定。     

X80管线钢环焊缝气体保护焊焊丝的研制

针对X80管线钢的组织与性能特点,研究设计了适用于管线钢现场焊接用Mn-Ni-Mo-Ti合金系气体保护焊焊丝;测试了焊缝金属的化学成分、金相组织、冲击韧性、抗拉强度和硬度。该焊丝的熔敷金属屈服强度600 MPa,抗拉强度645 MPa,-30℃夏比冲击功105 J。该焊丝用于X80管线钢现场焊接结果表明,焊缝抗拉强度645 MPa,-10℃夏比冲击功平均值145 J,焊缝具有很好的强韧性匹配。采用金相显微镜和SEM对使用该焊丝焊缝微观组织和断口形貌分析表明,焊缝金相组织主要为针状铁素体、少量的先共析铁素体和粒状贝氏体的组织,断口为韧窝状,呈现典型的塑性断裂特征。     

高强度管线钢及其焊管的性能研究

目前X80级管线钢管已在大口径输送管线中得到应用,使得对进一步提高管线钢强度(X100—X120级)的需求也更迫切了。使用高强度管线钢目的是拟通过提高管道的输送压力来提高其输送效率和降低铺设管线费用。为将这两点期望变为现实,高强度管线钢管及其焊接热影响区(HAZ)应具备良好的低温韧性和现场焊接(环焊)性能,所以,必须综合应用合理的合金成分设计,超纯净冶炼,控轧、控冷(TMCP)等工艺,改善焊接热影响区工艺等多方面的技术和措施,以得到同时具备高强度、良好的低温韧性和现场焊接性能的管线钢。     

X80管线钢用气体保护焊丝的研制

为了满足X80管线钢焊接时的强度、冲击韧性等性能要求,设计了以Mn-Ni-Mo-Ti-B为合金系的焊丝。确定了X80管线钢用气体保护焊丝熔敷金属组织应以大量针状铁素体和少量粒状贝氏体的复合组织为主,同时明确了焊丝的化学成分。试验分析表明,所用焊丝熔敷金属强度、冲击韧性和硬度等均达到了要求值。焊缝熔敷金属显微组织也达到了设计目标,即获得了以针状铁素体为主,其间弥散析出少量粒状贝氏体的焊缝复合组织。同时利用扫描电镜对冲击断口形貌进行了分析,断口具有典型的韧窝。最后利用透射电镜探究了针状铁素体在夹杂物表面的形核机理。     

X80级管线钢管屈服强度测量影响因素的分析

针对西气东输二线管道用X80级螺旋埋弧焊管生产中,在不同位置、采用不同形式试样所测得的屈服强度结果存在的差异,通过分析指出产生这种差异的主要原因在于：材料的各向异性,试验设备的精度及试样装卡,试样形式,试验方法的选择,时效现象,包辛格效应的影响。     

X80级管线钢管和感应加热弯管的开发

分析了X80级管线钢管的试制开发及其在西气东输二线的应用情况,通过试验论证了X80级管线钢管的强度、韧性指标的可靠性。部分工程应用证明,该类管线钢管达到了高压输气管线的要求,且可节约管线工程的建设成本。提出了下一步需要继续研究的管线钢管问题,并对X80高频加热弯管的试制及性能做了简要分析。     

X80级管线钢管和感应加热弯管的开发

分析了X80级管线钢管的试制开发及其在西气东输二线的应用情况,通过试验论证了X80级管线钢管的强度、韧性指标的可靠性。部分工程应用证明,该类管线钢管达到了高压输气管线的要求,且可节约管线工程的建设成本。提出了下一步需要继续研究的管线钢管问题,并对X80高频加热弯管的试制及性能做了简要分析。     

西气东输二线用高Nb X80级管线钢宽厚板的开发

介绍了宝钢高Nb成分X80级直缝埋弧焊管用管线钢厚板的开发目标和设计思想,论述了开发的X80级钢板和直缝埋弧焊管的工业化试制情况,重点分析了X80级钢板和直缝埋弧焊管的理化性能。分析结果表明,试制钢板具有超低的C含量、较高的Mn和Nb含量,且显微组织细小,具有较高的强度、韧性及良好的焊接性,试制钢板和钢管均满足《西气东输二线管道工程用直缝埋弧焊管技术条件》要求。     

X80管线钢焊接热影响区的二次脆化研究

采用热模拟技术研究了二次热循环对X80级管线钢焊接粗晶区性能的影响。试验结果表明,一次峰值温度1300℃作用后,再经过800℃二次热循环时韧性显著下降,发生严重脆化;经过1200℃二次热循环作用时韧性最好,断口形貌为韧窝状。一次热循环峰值温度800℃作用后,再经过1300℃的二次峰值温度作用,其冲击韧性远远低于母材,发生严重脆化,断口形貌为解理状。     

X80级管线钢管及感应加热弯管的研制和试验

介绍了华北石油钢管厂X80钢螺旋埋弧焊管、直缝埋弧焊管及感应加热弯管的研制情况。一系列研制检测数据表明：现有的成型、焊接工艺和材料能够满足X80钢埋弧焊管的制造要求;X80钢螺旋缝和直缝埋弧焊管的批量试制结果全部符合“X80级管线钢管应用工程”钢管技术条件的要求;从原材料生产到钢管制造可以达到稳定的批量生产要求。同时指出,X80级管线钢和钢管在强度测试、拉伸试验试样制备、DWTT试验的异常断口判定以及碳当量的计算公式等方面,相应的公认技术标准还不够完备,应在应用过程中完善标准。     

X80大口径热煨弯管：“一箭三雕”

X80钢级大口径热煨弯管机组的研制成功,不仅填补了国内大口径、高钢级感应加热弯管的空白,而且有效地平抑了进口价格,为国家节约了大量投资,保证了西二线工程建设的需要,此外,机械公司在获得效益的同时,还提高了“中油管道机械”品牌的影响力,真可谓是“一箭三雕”。