管线钢耐酸性腐蚀的主要影响因素及测试方法

简要介绍了酸性服役环境下油气输送管线钢管的腐蚀行为,即硫化物应力腐蚀（SSC）开裂和氢致开裂（HIC）。从管线钢合金成分设计、冶炼控制、轧制工艺及显微组织控制等方面详细分析了影响管线铜抗腐蚀性能的主要因素。阐述了在酸性服役环境下所用油气输送管线钢管耐腐蚀性能的表征以及测试方法,并对酸性环境不同标准中管线钢的验收极限进行了比较分析,旨在为国内酸性环境用高钢级管线钢技术的开发提供借鉴与参考。     

城市地区天然气管线的钢管选择

随着天然气的开发和城市天然气管线的大规模建设,城市天然气管线的安全性越来越受到人们的重视。通过对管线钢管的应力腐蚀问题和抗地质灾害的变形性能问题的分析,以及对国外城市地区天然气管线钢管选择问题的探讨,认为我国在城市和地质条件恶劣地区应当避免使用高于X65级的钢管敷设天然气高压输送管线。同时,钢厂与钢管厂应联手开发专门用于城市和地质条件复杂地区敷设天然气管线的专用管线钢管系列。     

高钢级管线钢组织转变控制工艺的发展现状

长输管线目前正向大直径、高压输送方向发展,这就要求管线钢管在提高强度级别的同时应保持良好的韧性。介绍了国内外管线钢轧制生产过程中变形和冷却工艺对其组织结构的影响,探讨了管线钢组织转变控制工艺的发展方向。指出在新一代高强度管线钢X100/X120的强度级别下,要使钢材同时具备良好的塑性,除了发展高纯净的冶炼技术之外,必须对管线钢轧制过程中的组织结构转变进行严格精确地控制,这包括轧制变形工艺和温度控制工艺。     

宝钢试制成功X120管线钢

目前世界上最高强度等级的X120管线钢在宝钢试制成功。至此，宝钢成为全球第四家实现X120管线钢试生产的企业。 随着近年来天然气使用量的不断增加，输气管线的发展速度已经超过输送石油等液体管线的速度。由于天然气田大多集中在荒漠、极地冻土带以及海洋等边远地区，对管线钢的可靠性和经济性提出了更高要求。管道用钢的强度越高，壁厚和直径可在不影响输气安全的前提下相应减小，大大节约了长距离天然气输送管线的用钢量，还可使施工费用、焊接材料等综合成本下降。因此，近二三十年来，现代管线钢不断向超高强度方向发展，X120是迄今为止等级最高的管线钢。目前，国际上只有日本新日铁、住友和欧洲钢管有过生产实绩。     

高钢级天然气输送管线钢强度特性

近十年来,随着天然气耗用量增大．管线钢技术也有了很大的发展,天然气能够安全、经济地输送,管线至关重要。比如近海天然气田深水管线对管线管壁厚和高韧性的要求,又如长距离输气管线对管线钢强度的要求在X80钢级以上,用以降低输气成本。为满足上述对安全和经济性的要求,制钢技术得到充分发展,X100级钢也因此得到进一步研究。然而,为使X100级钢管用于管线建设,还需要对X100钢的各种特性进行深入研究。如变形行为特征、焊接设计、动态延性断裂止裂、管材性能、X100管线建设规范等。     

基于应变设计的大变形高强管线钢的发展

介绍了基于应变设计的X80和X100大变形高强管线钢的合金化设计及最佳工艺过程。研究了壁厚为15 mm,22 mm的X80管线钢管和壁厚为16 mm,20 mm的X100管线钢管在热时效(240℃)前后的力学性能、DWTT压制缺口试样性能以及微观组织构成。结果表明,X80和X100管线钢在热时效(240℃)后均表现出优越的可变形性;良好弥散的铁素体贝氏体双相微观组织构成可以使管线钢具有优越的低温韧性和塑性变形能力。工厂已经生产出了在热时效后具有优越的可变形性和低温韧性的X80和X100管线钢管。     

高性能输送管线钢(续)

鉴于管道工业将面临建设输送原油、成品油、粉煤浆、天然气等多种形式管线的高潮,对输送管线用钢发展前沿问题,如根据应变设计(strain design)原则在地质状况不稳定地区或深海管线用高抗变形管线钢;输送粉煤浆管线用抗冲蚀(anti-erosion)管线钢;长距离输送天然气管线用X100/X120级管线钢;能够大幅度提高厚壁管线钢管环焊热影响区韧性的含氧化钛质点管线钢;用于X100/X120级管线钢的新型高强度焊接材料以及防止高压输气管线发展延性断裂等问题做了综合论述.     

高性能输送管线钢

鉴于管道工业将面临建设输送原油、成品油、粉煤浆、天然气等多种形式管线的高潮,对输送管线用钢发展前沿问题,如根据应变设计(strain design)原则在地质状况不稳定地区或深海建设管线用高抗变形管线钢;建设输送粉煤浆管线用抗冲蚀(anti-erosion)管线钢;建设长距离输送天然气管线用X100/X120级管线钢;能够大幅度提高厚壁管线钢管环焊热影响区韧性的含氧化钛质点管线钢;用于X100/X120级管线钢的新型高强度焊接材料以及防止高压输气管线发展延性断裂等问题做了综合论述.     

X80级管线钢管工程应用的几个问题

在对国内外大量文献和实际管道建设情况调研分析的基础上,结合国内X80级管线钢管的研究开发和产品试制结果,对我国管道界普遍关心的X80级管线钢管工程应用中的几个问题进行了论述.结果表明,采用高压输送及选用高钢级管材可以大量节约建设成本,是天然气管道发展的重要趋势.X80级已是国际上成熟的和标准的管线钢钢级,国际上在管道设计、生产、施工和运营等方面已有成熟经验.国内经过几年的研究开发首批试制的X80级管线钢管质量指标满足要求严格的X80级管线钢管应用工程标准要求,钢管实物质量与国外同类产品处于同一水平.国际上对输送普通天然气的X80级管道的断裂控制问题已经解决,根据对X80级管道启裂韧性和止裂韧性的分析研究及管道运行安全性的分析,用减薄壁厚的X80级替代X70级是安全的,也是可行的.未来X80级管线钢管在国际上的应用将会越来越广泛.实施X80级管线钢管工程应用是十分必要的.建议在未来大口径高压输气管线中优先选用X80级管线钢管.     

国内外油气管道用抗大变形焊管的研制现状

为了克服冻土带、滑坡带、地震带等条件对管线造成的大位移变形失效,保证服役管线的安全性和完整性,要求焊管具有较强的抗大变形能力。国外的研究表明,目前可作为抗大变形管线钢的材料有铁素体+贝氏体双相钢、贝氏体+M/A双相钢和针状铁素体钢,这些抗大变形管线钢可通过控制钢的化学成分、轧制工艺和热处理得到,双相管线钢具有低屈强比、高加工硬化指数、大均匀延伸率、圆屋顶型应力应变曲线等特点。国内的钢厂和管厂也联合进行了中缅油气管道抗大变形焊管国产化试制工作并获得成功,目前国内抗大变形管线钢普遍采用铁素体+贝氏体双相钢。     

高强度管线钢力学性能和冶金特性的最新进展

为了提高油气管道的输送效率,降低管道建设成本,并满足复杂环境下油气管道能稳定服役的要求,钢管行业开展了大量的工作来研发冶金和力学性能（强度、韧性及延性）优异的管线钢。介绍了高强度管线钢的最新研究进展以及基于应变设计的管线钢的力学性能。分析了化学成分、显微组织、TMCP工艺和ACC工艺等对管线钢强度、韧性和延性的影响。分析结果表明,新开发的非传统TMCP工艺有助于改善管线钢的力学性能,管线钢的强度、韧性和延性与合金元素的含量相关,最佳显微组织的开发提供了高应变能力应用所需的力学性能。分析结果还表明,对于生产低屈强比、高延伸率和足够韧性的管线钢,传统TMCP和非传统TMCP工艺均是有效的工艺路线。     

输煤管道工程用管材的研究与开发

简述了国内外输煤管道的发展状况、特点以及输煤管道及其他矿浆输送管道管材的选用现状。介绍了针对输煤管道工程开发的WJ65管线钢的化学成分和力学特性以及焊接性试验及耐磨性试验情况,并与X65管线钢的化学成分、力学性能以及耐磨性等方面进行了比较。结果显示,WJ65管线钢的强度、韧性和可焊性相当于或优于X65管线钢,并具有更好的耐磨性。该管线钢的开发为输煤管道工程管材的选择提供了新途径。     

高强度管线钢焊接性影响因素分析

为了使X80～X120高强度管线钢焊接时获得高强韧性焊接接头,避免产生冷裂纹及热影响区脆化、软化等各种缺陷,针对高强度管线钢的焊接性影响因素进行了分析论述,包括冷裂纹产生的原因及影响因素、管线钢的HAZ软化及脆化影响因素等。重点对管线钢的焊缝与管材的强韧匹配以及管线钢焊接工艺进行了分析研究。研究结果表明,高强度管线钢焊接时,应依据等韧性原则来选用接头的匹配,选择合适的预热温度、含氢量较小的焊接材料、合理的焊接热输入,保证焊接接头具有足够的韧性,满足实际需要。同时针对冷裂纹及热影响区脆化、软化等各种缺陷提出了合理的控制措施。     

俄罗斯谢韦尔公司高钢级管线钢组织与性能研究

研究了X70~X100高钢级管线钢组织的形成规律及其与性能的关系。研究结果表明:通过控制钢的冶金质量和控轧控冷工艺可获得不同组织的管线钢,而组织转变对钢的力学性能有较大影响;通过添加的微合金元素的作用,使管线钢在加热和变形过程中形成了细晶组织,提高了该级别管线钢的强度、焊接性和低温韧性,以保证该级别管线钢的综合性能。此外,还简要介绍了新开发X120管线钢的焊接性能及低温韧性。     

X80高强度管线钢的焊接工艺研究

介绍了俄罗斯某钢厂生产的X80高强度管线试验钢的化学成分及其力学性能,对该管线钢的焊接工艺(包括对其形成热、冷裂纹倾向)、组织硬度和焊接接头的冲击韧性等进行了研究。指出,采用X80高强度管线钢制作输气钢管是管道建设节约成本、提高效益的有效途径。研究完善的焊接工艺,包括选择合适的焊接接头近缝区冷却速度,是保证焊接接头性能和良好焊缝组织的关键。     

宝钢X65高强度高韧性管线用板卷钢的生产

介绍了宝钢发展X65高强度高韧性管线钢板所进行的研制、生产及应用情况。宝钢已较好地掌握了现代管线钢的生产和质量控制技术,产品质量稳定,满足国内外用户对管线钢板卷的需求。不仅解决了我国长输管线用钢长期依靠进口的问题,产品能替代进口,并在国外管线工程上得到了成功的应用。     

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。     

大直径X80油气输送管道焊接技术

在分析X80高强度管线钢化学成分、力学性能的基础上,结合选定的焊接材料、焊接方法和工艺参数,对该管线钢焊接接头的拉伸性能、硬度、冲击韧性等进行了研究.结果表明,X80高强度管线钢具有良好的焊接性能,焊接接头的强度、硬度、韧性等性能均满足X80管线的安全要求,所选用的焊接材料、焊接方法和工艺参数可用于该管材的现场焊接.     

海底管线用钢的开发和应用

海洋环境的恶劣对海底管线用钢提出较陆地管线更加严格的质量要求.宝钢开发以热连轧方式生产用于制造直缝埋弧焊管的海底管线用X65级管线钢板,其产品具有高强度、高韧性和良好的焊接性等综合性能.与陆地管线相比,不仅使焊管横向性能满足X65级管线管的强度和韧性要求,而且焊管纵向性能也满足DNV-OS-F101海底管线用钢的性能要求,可保证海底管线施工和运营的安全.上海宝山钢铁股份有限公司开发的海底管线用钢已成功地应用于我国南海"番禺-惠州天然气海底管线".     

X80管线钢与氢环境相容性试验研究

针对在高压气相氢环境下开展的X80管线钢慢应变速率拉伸试验、断裂韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验,分析了不同氢分压对X80管线钢力学性能、疲劳性能及断口形貌的影响规律。研究结果表明,氢分压是影响材料氢脆和疲劳性能的重要因素,随着氢分压的增加,X80管线钢的氢脆敏感性显著增大,缺口疲劳试样的疲劳循环次数显著降低,断口韧窝间出现典型的具有小平面和撕裂棱的准解理特征脆性断裂形貌,疲劳裂纹扩展速率急剧增加,增加了管道失效风险。研究结果可为高强度输送掺氢天然气管道工程临界评估提供参考。