厚壁UOE海底管线管的开发实践

介绍了荔湾3-1气田海底管道用厚壁UOE海底管线管从炼钢、厚板轧制到UOE制管的主要制造过程,阐述了技术难点及工艺措施,并分析总结了开发的UOE海底管线管的产品性能和质量水平。结果表明:开发和生产的高钢级厚壁UOE海底管道很好地满足了荔湾项目的要求,并成功地实现批量供货和工程应用,实现了我国海底管道长距离高压输送用大壁厚、高强度UOE管线管的国产化目标。     

基于应变设计用X70大直径UOE管线管的研发

研究了不同轧钢工艺钢的不同微观组织以及这些微观组织对管线钢抗大变形性能的影响。筛选出抗大应变管线钢优选的组织设计,并基于铁素体+贝氏体的双相组织设计,生产了具有低屈强比、高均匀延伸率、高抗应变时效性能的X70 UOE管线管,实现准1 016 mm×17.5 mm和准1 016 mm×21.0 mm规格UOE焊管的工业化生产。通过工业化生产数据,分析了板、管及时效后性能的变化规律,并研究了时效温度和时效时间对抗应变性能的影响。     

深海用X70高强度厚壁管线钢及焊管的开发

为了保证深海油气管线钢管的可靠运行,针对深海用管线钢及钢管性能的要求,通过采用低C、Nb、Ti微合金化和复合添加Ni、Mo等合金元素的成分设计和合理的管线钢热机械控制工艺(TMCP),开发出具有高强度、强低温韧性及良好焊接性能的X70钢级壁厚40.5 mm高强度深海用管线钢和小径厚比(D/t)的Φ762 mm×40.5 mm管线钢管。试验检测结果表明,钢管的强度、韧性、硬度等性能满足相关技术指标要求,具有良好的塑性变形能力和低温韧性。     

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。     

X70抗大变形钢管研发及批量生产

通过对X70抗大变形管线钢组织、性能、焊接工艺、形变与硬化规律,以及时效处理对钢管性能影响的研究,掌握了X70抗大变钢管研发与制造的关键技术和难点问题.并通过前期研发和试制,成功批量生产了X70钢级φ1 016 mm×17.5 mm抗大变形钢管,性能满足《中缅天然气管道工程基于应变设计地区用直缝埋弧焊管技术条件(国内段)》与Q/SY GJX 101-2010《天然气输送管道用钢管通用技术条件》要求.     

外径1422mm的X80钢级管材技术条件研究及产品开发

为了满足中俄东线天然气管道工程380×10~8 m~3/a超大输气量的要求,大口径、厚壁、高钢级钢管便成为了主要选择。为此,结合该管道工程用外径为1 422 mm的X80钢管材技术条件的研究制订过程,对国内外管线钢管技术标准进行了对比分析,同时对外径为1 422 mm X80钢管材技术条件中的化学成分和止裂韧性等关键技术指标及制订过程进行了分析探讨,并对外径为1 422 mm X80钢管的开发过程及产品性能进行了介绍。通过生产试制和产品检测,证明现有技术条件合理有效地解决了化学成分控制、断裂控制、产品焊接稳定性等技术问题,不仅满足了工程要求,而且也适应生产情况,可以保障中俄东线天然气管道的本质安全。该研究成果可为中俄东线建设外径为1 422 mm X80钢天然气管道提供技术支撑,同时对于其他天然气管道工程技术条件的制订也具有指导意义。     

X80M钢级准Φ1219mm×33mm管线钢管的开发

通过对X80M钢级准Φ1219 mm×33 mm大壁厚管线钢管千吨级的试制,总结了大壁厚管线钢管开发的技术特点。采用超低C,控Mn,Nb和Ti微合金化成分设计和轻压下、热机械控制工艺(TMCP)超快冷等工艺控制措施,国内首次批量开发出了X80M钢级33 mm大壁厚管线钢。其母材微观组织为细小针状铁素体加弥散粒状贝氏体。通过制管后检测,母材及焊缝的拉伸性能、冲击韧性和止裂性能等完全满足陕京四线工程的要求。     

高强度X100管线钢自动焊接技术研究

为了获得X100高强度管线钢管环焊缝焊接接头的各项性能,在对X100高强度管线钢化学成分、力学性能分析的基础上,结合选定的焊接工艺方案,对该管线钢管环焊缝焊接接头的强度、冲击韧性、硬度、断裂韧性（CTOD）和抗氢致开裂（HIC）等进行了试验分析。结果表明,X100高强度管线钢具有良好的焊接性能,焊接接头的各项性能指标均满足管道运行安全要求,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。     

海底尾水排放用X65MO超厚壁螺旋埋弧焊管的开发

为开发适用于尾水排放并满足海底运行条件的螺旋埋弧焊管,通过化学分析、显微组织分析和力学性能试验等方法,开发出一种低C及Mn-Cr-Mo-Nb系合金体系、多边形铁素体+粒状贝氏体+少量珠光体组织特征的X65MO材质、25.4 mm超厚壁热轧卷板。同时,通过径厚比、板宽、成型角对成型质量的影响规律和焊接线能量对焊缝质量的影响规律进行分析研究,确定出小径厚比、超厚壁Φ1 219 mm×25.4 mm钢管的成型参数和焊接参数,获得了低残余应力和高焊接质量的钢管,并且对试制的螺旋埋弧焊管的理化性能进行了检测。结果显示,钢管母材屈服强度为475～560 MPa,抗拉强度为570～635 MPa,焊缝抗拉强度为590～690 MPa;-10 ℃下的母材、焊缝和热影响区夏比冲击功平均值分别达到427 J、207 J和215 J,0 ℃下DWTT剪切面积平均值为98%;母材、焊缝和热影响区硬度最大值为241HV10。研究表明,试制的海底尾水排放用X65MO钢级Φ1 219 mm×25.4 mm超厚壁螺旋埋弧焊管具有良好的力学性能,可满足API SPEC 5L（46版）标准和工程技术条件要求。     

深海管线用X70厚壁管线钢的组织及性能分析

通过对深海管线服役工况的分析,总结了深海用管线钢的技术特点,表明高强度、大壁厚、小径厚比管线钢管是深海用管线钢管的发展趋向。通过采用低C高Mn,Nb和Ti微合金化的成分设计和TMCP工艺控制,开发出了深水用X70钢级、厚壁36.5 mm管线钢,其全壁厚组织以均匀细小的针状铁素体+少量M/A岛为主。对钢板进行了实物力学性能测试,测试结果显示:屈服强度480~550 MPa,屈强比≤0.82,-20℃下冲击功410 J以上,横向和纵向DWTT断口纤维率为100%,该深海管线用X70厚壁管线钢达到高强度、低屈强比、高韧性和优良低温抗动态撕裂能力的良好匹配。     

X65钢级φ762mm×28.6/30.2mm海底直缝埋弧焊管

2009年我国南海深水天然气项目正式启动,该项目所需钢管为X65钢级φ762mm×28.6/30.2mm海底直缝埋弧焊管,设计压力23.9MPa,技术要求远高于陆上管线。巨龙钢管公司通过与钢厂开展联合技术攻关,先后解决了板材强度、韧性及焊接性等难题,开发出海底厚壁钢管成型、焊接、扩径、水压等工艺技术及工装模具,系统掌握了海底、厚壁钢管的制造工艺技术,按期完成3.15×104t海底管线用钢管的生产任务。研制钢管的力学性性能优良,母材、焊缝及熔合线位置的夏比冲击功平均值分别达450J、193J和290J,DWTT剪切面积平均达94%,同时具有极高的外观尺寸精度。该项目实现了我国深海高压油气输送钢管的国产化,为大壁厚、大应变、耐腐蚀等钢管以及超神海底管线用焊管的研制生产积累了经验。     

日本JFE公司开发的低温韧性优良的X80电阻焊管线管

概述了日本JFE公司开发的低温韧性优良的X80电阻焊(HFW)管线钢管的性能和特点。为了提高天然气和石油的输送效率,厚壁高强度的管线钢管逐渐被应用于高压管线的敷设。为进一步提高X80管线钢管用热轧卷板性能,研究了热轧卷板的组织、化学成分对强度和韧性的影响。在此研究基础上,JFE公司采用TMCP轧制工艺开发了具有细化析出物、没有珠光体或马氏体组织的超低碳贝氏体铁素体钢。采用所开发的钢制成的HFW管线钢管因其母材和焊缝具有良好的匹配性能,特别适用于低温环境。     

外径1 422 mm的X80钢管材技术条件研究及产品开发

为了满足中俄东线天然气管道工程380×108 m3/a 超大输气量的要求,大口径、厚壁、高钢级钢管便成为了主要选择。为此,结合该管道工程用外径为1 422 mm 的X80 钢管材技术条件的研究制订过程,对国内外管线钢管技术标准进行了对比分析,同时对外径为1 422 mm X80 钢管材技术条件中的化学成分和止裂韧性等关键技术指标及制订过程进行了分析探讨,并对外径为1 422 mm X80 钢管的开发过程及产品性能进行了介绍。通过生产试制和产品检测,证明现有技术条件合理有效地解决了化学成分 控制、断裂控制、产品焊接稳定性等技术问题,不仅满足了工程要求,而且也适应生产情况,可以保障中俄东线天然气管道的本质安全。该研究成果可为中俄东线建设外径为1 422 mm X80 钢天然气管道提供技术支撑,同时对于其他天然气管道工程技术条件的制订也具有指导意义。     

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。     

低碳贝氏体型厚壁X70管线钢低温韧性研究

以洁净钢冶炼控制技术、特厚板坯及优化的TMCP工艺为基础,通过对3种不同的成分体系进行对比,研究了不同成分体系对25 mm 厚X70管线钢低温韧性的影响,确定了以低C-Mo-Ni复合成分生产贝氏体型厚壁管线钢的思路。以此为指导,进行了准1219 mm ×30.2 mm规格 X70管线钢管工业化生产,制管后强韧性能较钢板小幅上升,焊缝及热影响区组织接近母材,具有良好的焊接性能。     

基于应变设计的L485海洋管材开发

为了满足海底管道用高应变钢管的需求,采用基于应变设计方法进行了L485海洋管材的开发。采用低C、 Nb、 Ti微合金化成分设计和多边形铁素体+贝氏体的双相组织设计,开发出屈强比≤0.80、均匀延伸率≥12.0%、-20℃下平均冲击功>400 J的31.8mm厚壁L485钢板,并采用此钢板进行了Φ559 mm×31.8 mm规格L485钢管的试制。对试制出的钢管进行了力学性能测试,测试结果显示,钢管的纵向屈服强度为485～585 MPa,抗拉强度为570～700 MPa,屈强比≤0.85,总伸长率≥25%,均匀延伸率≥7%。试制结果表明,钢管的强度、塑性、韧性等均已达到高应变海洋管研制目标要求。同时,针对存在的屈服强度和应变硬化指数偏下限、热影响区软化等问题,需要从钢板成分及性能、钢管成型及焊接工艺等方面进一步优化设计。     

深海管线用高钢级厚壁直缝埋弧焊管研制

对深海管线用钢管的研制背景及技术目标进行了详细阐述。通过采用低C高Mn-Nb-Ti合金化的成分设计和合理的TMCP工艺控制,开发出具有高强度、低屈强比和优异低温韧性良好匹配的X70级36.5 mm厚壁管线钢。采用JCOE制管工艺试制的X70级准914 mm×36.5 mm直缝埋弧焊管,其管体及焊接接头的拉伸性能、断裂韧性及硬度等指标全部满足DNV-OS-F101标准要求,主要性能指标达到了研制技术目标要求。     

P91耐热钢厚壁管埋弧焊工艺

为了实现埋弧焊工艺在P91厚壁管焊接中的应用,对P91耐热钢的化学成分、力学性能以及焊接性进行了分析,并对焊接方案和热处理工艺进行了优化设计,采用GTAW+SMAW+SAW方法完成了Φ457.2 mm×23.88 mm规格P91厚壁管的埋弧焊焊接工艺评定。结果显示,焊接接头的力学性能和金相组织均满足标准和规范要求。该工艺已成功应用于P91管道项目焊接,显著提高了P91耐热钢的焊接作业效率。     

X80级管线钢的生产和应用

介绍了日本JFE钢铁公司X80级和X100级管线钢中厚板(12．7～16．9mm)的合金设计原则，管线钢的焊接工艺设计和生产工艺流程，指出超冷却能力在线加速冷却工艺的优越性。系统分析了管线钢管的力学性能，冷展平取样方法因包申格效应形成的误差和钢管的现场环焊性能，并对JFE钢铁公司在X80级管线钢管方面的生产供货业绩做了介绍。     

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.