大输量天然气管道工程用特厚壁X80M热轧板卷的开发

针对中俄东线等大输量天然气管道工程用X80钢级螺旋埋弧焊管对热轧板卷提出的技术要求,介绍了武汉钢铁有限公司21.4 mm特厚壁X80M热轧板卷的成分工艺设计,统计分析了批量生产X80M热轧板卷的化学成分、力学性能、低温韧性和显微组织,以及钢管的低温韧性。结果表明:武汉钢铁有限公司为中俄东线天然气管道工程开发的螺旋埋弧焊管用21.4 mm特厚壁X80热轧板卷组织为细小均匀的针状铁素体+弥散分布的M/A岛,低温韧性优异,各项理化性能全部满足管道工程技术标准要求。     

螺旋埋弧焊管全管体扩径工艺与性能研究

随着管道建设对管材性能一致性要求的提高,以及全位置自动焊工艺对管材几何尺寸精度更高的要求,需要研究改进螺旋焊管制备工艺。开展了X80钢级Φ1 219 mm×22 mm螺旋埋弧焊管全管体扩径工艺试验,对比分析了扩径前后管体的几何尺寸、残余应力及力学性能变化。结果显示,随着扩径量的增加,管体尺寸精度大幅提高,在扩径率为0.75%时,管体不圆度降低了20%,周长一致性提高了71%,噘嘴量减少35.4%,管体切断后对应的两个管端直径差值在1 mm之内;扩径可以进一步降低管材成型焊接形成的整体内应力以及表面应力,使得螺旋埋弧焊管残余应力一定程度减小;扩径后管材强度和屈强比略有上升,韧性略有下降,管材强度的一致性大幅提高,管材相关性能指标优于设计及施工标准要求。结果表明,X80钢级Φ1 219 mm×22 mm螺旋埋弧焊管扩径工艺技术是可行的。     

国产X80大直径厚壁螺旋埋弧焊管开发

为了进一步降低管道建设成本,采用低C、低Mn和Mo-Cr-Ni-Nb-V-Ti合金设计,开发出了以针状铁素体为主的X80级22 mm/21.4 mm厚壁热轧卷板;通过制管工艺优化和控制,开发出了X80级Φ1 219 mm×22 mm和X80级Φ1 422 mm×21.4 mm国产大直径、厚壁螺旋缝埋弧焊管。产品性能检测结果表明,管体屈服强度、抗拉强度、焊接接头拉伸强度以及管母、焊缝、HAZ冲击韧性、DWTT等指标均达到或超过西气东输三线和中俄东线技术条件要求和API 5L标准要求;钢管静水压爆破试验起爆点位于母材,爆破口呈100%韧断;环切法测得环向弹复量为-55~-220 mm,盲孔法测得环向残余应力为-179~264 MPa,与同规格、同钢级直缝管相当,具有较低的残余应力。产品经国家油气管材质量监督检验中心检测,并经管道局环焊试验,符合管道工程技术条件和API5L及相关标准要求。产品千吨级试制表明,国内具备工业化批量生产能力。     

本期导读

<正>油气管道是国民经济的能源动脉。2019年7月4日,我国建设的首条X80钢级、直径1 422 mm、输气压力12 MPa、年输送量380亿m~3的第三代大输量天然气管道标志性工程——中俄东线天然气管道工程(长岭—永清)全面开工建设,标志着我国大输量油气管道建设走在了世界前列。重大工程离不开科技创新的支撑,近年来,围绕着大输量管道建设,我国在管道设计、管型选择、     

钢级管线钢焊管研制

介绍了X80及X100管线钢管的开发,重点针对国家高强度管道建设工程的需要,介绍了高强度大直径埋弧焊管机组以及为适应X80钢管生产进行的制管工艺技术方面的研究改进,包括开发出适应于高速焊接的高强度、高韧性焊接材料,使西气东输二线用1 219 mm×18.4 mm X80螺旋焊管焊速达到1.75 m/min;研究了X80管线钢经受焊接热循环后性能变化规律及组织特征,提出合理的焊接线能量参数。介绍了1 219 mm×18.4 mm X80螺旋埋弧焊管、1 219 mm×15.3 mm X100螺旋埋弧焊管实物产品性能。采用国产X80管线钢以及自主研究开发的埋弧焊接材料,成功开发出了X80钢级1 219 mm×18.4 mm螺旋埋弧焊管和1 219 mm×22 mm直缝埋弧焊管产品,目前已为西气东输二线工程生产X80螺旋埋弧焊管和直缝埋弧焊管超过100万t,并在螺旋焊管机组上进行了1 219 mm×15.3 mm X100螺旋埋弧焊管试制。     

深海用高强厚壁直缝埋弧焊管开发技术难点分析

深海油气管道对管道用管材的可靠性提出了更高的技术要求,高强度大壁厚直缝埋弧焊管是深海油气输送管道的方向发展。从深海用高强度厚壁直缝埋弧焊管对管线钢板材及钢管在高强度、高韧性和抗脆断、高尺寸精度、低焊接碳当量和良好焊接性以及抗腐蚀性等方面的高技术要求入手,详细分析了高强度厚壁管线钢材料、板材质量控制和钢管制造工艺等方面存在的技术难点,提出了解决思路。     

西气东输一、二线管道工程的几项重大技术进步

提高管线钢强度级别和管道输送压力是天然气输送管道的发展趋势,是输气管道技术进步的重要标志。近年来,我国管道企业和相关科研院所联合攻关,取得了一批关键技术成果,使西气东输(为便于区别,以下称为西气东输一线)和西气东输二线等国家重点管道工程的设计压力和钢管强度级别达到或领先于同时期的国际水平。这些成果包括:①研制了X70、X80钢级高性能管线钢及焊管、管件;②突破国际上螺旋缝埋弧焊管的使用禁区,确立了具有中国特色的"大口径高压输送主干线螺旋缝埋弧焊管与直缝埋弧焊管联合使用"的技术路线;③在国内首次研究了高压输气管道动态断裂与止裂问题,分别采用Battelle简化公式和Battelle双曲线法预测了西气东输一线和西气东输二线等管道延性断裂的止裂韧性;④在国内首次研究了油气管道基于应变的设计方法,解决了该设计方法及抗大变形管线钢管在强震区和活动断层管段应用的技术难题;⑤研究解决了高强度焊管的腐蚀控制和应变时效控制技术等。上述成果对降低输气管道建设成本、保障管道运行安全具有重要意义。     

油气输送管道用大直径双层埋弧焊管

随着油气管道输送量和压力的不断升高，钢管管径和壁厚不断增大，管线钢材料的钢级和韧性不断提高，传统单层埋弧焊管的制造难度和成本不断加大。受双金属复合管结构和多层超高压容器的启示，设计了一种大直径双层埋弧焊管，拟从结构上提高钢管的承压能力，从而提高管道的输送能力。分析表明，双层埋弧焊管作为一种新型的管道钢管有许多结构特点，但是要在油气管道中应用还有诸多技术问题需要解决。     

中俄东线用大壁厚螺旋埋弧焊管预精焊工艺研究

为了保证中俄东线天然气管道的正常生产,采用预精焊工艺试制了X80钢级Φ1 422 mm×21.4 mm大壁厚螺旋埋弧焊管,并对其焊缝力学性能、冲击韧性、显微硬度、化学成分和微观组织特征进行了分析。结果表明,预焊焊缝微观组织为板条马氏体,精焊内、外焊缝微观组织为针状铁素体+少量珠光体,焊缝边缘整齐美观,脱渣良好,能够消除内焊“马鞍形”焊缝。试验结果表明,试制的螺旋埋弧焊管各项性能指标完全满足中俄东线大壁厚天然气管道的生产技术条件,为X80钢级Φ1 422 mm×21.4 mm大壁厚螺旋埋弧焊管的生产提供参考。     

管道钢及管道钢管的研究进展与发展方向（上）

论述了国内外油气输送管道用钢及管道钢管的发展趋势。介绍了国内近年来在油气输送管道钢及管道钢管的应用基础研究及产品开发方面所取得的主要成果。我国在西气东输等大口径输气管道工程中对管道钢、管道钢管及管件等方面开展的科技攻关表明,对于大口径输气管道,应继续采用高压输送及采用高钢级管材的技术路线;在非酸性环境下,国产螺旋缝埋弧焊管可以与进口UOE焊管等同选用,拟继续采用螺旋焊管与直缝焊管联合使用的技术路线;鉴于针状铁素体型管道钢具有优异的综合性能,重要高压输气管道应采用针状铁素体管道钢。针对我国在油气管道建设中面临和将要面临的新课题和挑战,从应用基础研究及技术开发两个方面,指出了我国油气输送管道用钢及管道钢管的研究方向。     

管道钢及管道钢管的研究进展与发展方向（下）

论述了国内外油气输送管道用钢及管道钢管的发展趋势。介绍了国内近年来在油气输送管道钢及管道钢管的应用基础研究及产品开发方面所取得的主要成果。我国在西气东输等大口径输气管道工程中对管道钢、管道钢管及管件等方面开展的科技攻关表明,对于大口径输气管道,应继续采用高压输送及采用高钢级管材的技术路线;在非酸性环境下,国产螺旋缝埋弧焊管可以与进口UOE焊管等同选用,拟继续采用螺旋焊管与直缝焊管联合使用的技术路线;鉴于针状铁素体型管道钢具有优异的综合性能,重要高压输气管道应采用针状铁素体管道钢。针对我国在油气管道建设中面临和将要面临的新课题和挑战,从应用基础研究及技术开发两个方面,指出了我国油气输送管道用钢及管道钢管的研究方向。     

2016—2017年以来我国焊管产业的运行情况及技术进步

回顾了2016—2017年我国焊管行业的产业形势,主要表现为:焊管产量停滞不前、产能过剩与市场需求的矛盾更加突出、焊管出口呈现低位持平和下降趋势。重点介绍了2016年以来我国管道行业的重大技术进步,包括焊管信息化和自动化的进展,管线钢DWTT剪切面积和屈强比控制技术的进展,以及输气管道断裂控制、输气管道设计系数提高、X80钢级Ф1 422 mm管道应用、X90超高强度管线钢管开发等第三代大输量天然气管道关键技术研究取得的进步。最后指出,我国焊管发展经过多年高速增长后已进入平台期,但油气输送管道仍有较大发展空间,随着中俄原油管线、陕京天然气四线、中俄天然气管道东线等长输管线建设逐步恢复,焊管市场形势将会逐步好转。     

X80钢级Φ1 524 mm×23 mm螺旋埋弧焊管试制

为了开发高钢级、大直径、厚壁螺旋埋弧焊管,与国内钢铁公司联合研发了X80钢级、超厚壁（23 mm）热轧卷板,卷板化学成分设计采用低C并添加微合金元素细化晶粒,获得超纯净、高强度、高韧性等性能优良的热轧卷板。用该卷板进行了X80钢级 Φ1 524 mm×23 mm螺旋埋弧焊管试制,通过成型、焊接等制管工艺的优化设计和实施,有效解决了在超厚壁、高钢级钢管生产中极易出现的焊缝及热影响区（HAZ）低温冲击韧性指标数据分散、不集中的问题。试制产品经内部型式试验和第三方检测评价,其质量和性能指标符合相关验收要求,具备批量生产能力,为高钢级、大壁厚螺旋埋弧焊管的工艺设计提供了参考。     

中俄东线－45 ℃低温环境油气管道工程用X80钢级Φ1 422 mm×33.8 mm感应加热弯管研发

为了解决低温环境下弯管脆断的问题,满足我国长输油气管道低温站场用钢管的需求,针对油气输送用X80钢级直缝埋弧焊管焊接接头在回火热处理后,焊缝金属夏比冲击韧性存在明显回火变脆的现象,对多丝单道焊和单丝多道焊的直缝埋弧焊管焊接接头进行了焊后箱式炉热模拟研究,并选用整体热煨制方式,试制了感应加热弯管,进行了理化性能评价。结果显示,焊缝中细小的针状铁素体板条随回火温度升高而合并粗化,是导致焊缝低温韧性显著降低的原因;采用淬火+回火热处理方法,可有效抑制焊缝夏比冲击韧性随回火加热温度的递增而恶化的趋势;X80钢级Φ1 422 mm×33.8 mm单丝多道焊感应加热弯管母管经淬火+回火热处理后,完全满足－45 ℃低温条件下中俄东线低温管道工程设计要求。     

X80级Φ1422 mm×21.4 mm大直径厚壁焊管的研发及性能研究

为了实现大直径厚壁焊管的国产化,宝鸡石油钢管有限责任公司联合太钢、首钢、沙钢等多家钢厂经过多轮单炉试制和多轮千吨级试制,成功开发出了国产X80级Φ1 422 mm×21.4 mm大直径厚壁螺旋/直缝埋弧焊管,并进行了多项性能检测。结果表明,螺旋焊管管体屈服强度574~681 MPa,抗拉强度653~759 MPa,-10℃冲击功平均值373 J;直缝焊管管体屈服强度564~627 MPa,抗拉强度641~694 MPa,-10℃冲击功平均值460 J;螺旋/直缝焊管-5℃下DWTT剪切面积平均值96%。各项性能指标均达到中俄东线X80级Φ1 422 mm×21.4 mm钢管的技术要求,说明我国已经具备了工业化批量生产大直径厚壁焊管的能力。     

西气东输二线工程用X80级埋弧焊管的试制

介绍了用于西气东输二线工程的X80钢级、φ 1219 mm×22 mm 直缝埋弧焊管和X80钢级、φ 1219 mm×18.4mm 螺旋埋弧焊管的试制情况及检验结果。根据工艺评定结果确定:X80级、φ 1219 mm×22 mm 直缝埋弧焊管采用钝边7 mm、坡口角度37°对称X型坡口,预焊焊丝为CHW60Cφ 3 mm、内外焊采用MK－680 φ 4 mm焊丝与神剑SJ101G焊剂匹配以及相应的焊接规范;X80钢级、φ 1219 mm×18.4 mm 螺旋埋弧焊管采用钝边7 mm、上坡口角度35°、下坡口角度40° X型坡口,内外焊采用H08C焊丝与锦州SJ101G焊剂匹配以及相应的焊接规范。试制结果均符合API SPEC 5L管线钢管规范和《西气东输二线管道工程用直缝埋弧焊管技术条件》的要求。比较发现X80钢级、φ 1219 mm×22 mm 直缝埋弧焊管的屈服强度、屈强比相对钢板原料显著上升,伸长率显著下降;X80钢级、φ 1219 mm×18.4mm 螺旋埋弧焊管的屈服强度、屈强比相对卷板原料略有上升,伸长率显著下降,抗拉强度变化不明显。     

国内石油天然气输送用X80钢级焊管的开发

讲述了国内开发油气输送用X80钢级焊管三个过程。介绍了用A钢厂X80级热轧卷板试制的ERW焊管、1 016mm×17. 5mm螺旋埋弧焊管,用B钢厂X80级热轧卷板试制的610mm×7. 9mm螺旋埋弧焊管的实物水平,并对国内X80级焊管发展做了简要的展望。     

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。     

中俄东线X80钢级Φ1 422 mm管道工程设计关键技术应用

为了进一步提升国内油气输送管道建设水平,总结了中俄东线干线北段（黑河—长岭段）X80钢级Φ1 422 mm管道建设前期的一系列技术攻关以及在工程的设计、材料和施工等方面取得的技术突破和科研成果,包括管道的安全可靠性、管道敷设、高后果区识别及评价、管材和环焊缝的断裂韧性、自动焊应用及无损检测、管道下沟等九个方面的技术应用情况,为今后国内大直径管道设计及施工提供借鉴和指导。     

螺旋埋弧焊管制管前后力学性能变化及其影响因素

研究了Q235B～API X80钢级、壁厚6.3 ～18.4 mm热轧卷板的化学成分、组织及性能以及Φ355.6 mm～Φ1 219 mm的螺旋埋弧焊管制管前后力学性能变化的一般规律,分析了螺旋焊管制造过程及试样展平过程产生的包申格效应对钢管拉伸性能及韧性的影响。研究发现,包申格效应与钢级（或者强度水平）相关性最强,X52～X65钢的包申格效应最为明显,而X52以下及X70以上钢级的包申格效应则不太明显;对于抗拉强度,所试验钢级制管前后基本一致。材料的成分及显微组织是影响包申格效应的主要因素,静水压试验工序也会使螺旋埋弧焊管的屈服强度相比焊接后钢管显著提高,制管后夏比冲击性能变化无明显规律。