管線鋼

油氣輸送管線用鋼板的品種: 美標牌號及對應國標

(B L245NB/L245MB,X42 L290NB/L290MB,X46 ,X52 L360NB/L360MB,X56 ,X60 L415NB/L415MB,X65 L450MB ,X70 L485MB,X80 L556MB)

與用于西氣東輸工程所用的X70管線鋼相比，X80管線鋼的屈服強度與其相當，但抗拉強度卻高于X70管線鋼。

API Spec 5L包括的鋼級如下表所示，鋼級用最低屈服強度的前兩位數(shù)字表示。

ISO 3183 和 GB/T 9711 采用了與API Spec 5L 同樣的鋼級表示法，只是把"X"改為了"L"，屈服強度轉化為國際單位制，單位為MPa，并把末尾數(shù)圓整到"0"和"5"，例如最低屈服強度為600001bf/in2的管線鋼，換算成國際單位制時為414MPa，API Spec 5L 表示為X60，ISO 3183為L415。見表如下

制造石油、自然氣集輸和長輸管或煤炭、建材漿體輸送管等用的中厚板和帶卷稱為管線用鋼(steelforpipeline)。一般采用中厚板制成厚壁直縫焊管，而板卷用于生產直縫電阻焊管或埋弧螺旋焊管。國內擁有70萬t/a口徑在1800mm以內的螺旋焊管的生產能力，已建立了口徑在1600mm以內的直縫厚壁焊管的生產線。國內能生產符合API5L標準的管線工程設計要求的管線鋼僅有10多年的歷史，首推寶鋼，還有鞍鋼、武鋼、攀鋼、酒鋼、舞鋼等，穩(wěn)定生產X60~X70級管線鋼并在國際市場上占有一定的地位，已投進生產的X80級管線鋼質量也達到了國際先進水平，X100級管線鋼已經研制出來，尚未投進批量生產。

現(xiàn)代管線鋼屬于低碳或超低碳的微合金化鋼，是高技術含量和高附加值的產品，管線鋼生產幾乎應用了冶金領域近20多年來的一切工藝技術新成就。管線工程的發(fā)展趨勢是大管徑、高壓富氣輸送、高冷和腐蝕的服役環(huán)境、海底管線的厚壁化。因此現(xiàn)代管線鋼應當具有高強度、低包申格效應、高韌性和抗脆斷、低焊接碳素量和良好焊接性、以及抗HIC和抗H2S腐蝕。優(yōu)化的生產策略是進步鋼的潔凈度和組織均勻性，C≤0.09%、S≤0.005%、P≤0.01%、O≤0.002%，并采取微合金化，真空脫氣+CaSi、連鑄過程的輕壓下，多階段的熱機械軋制以及多功能間歇加速冷卻等工藝。國內外管線規(guī)范中沒有管線用鋼材的韌性指標，僅對管材有具體要求:

(1)最低使用溫度下(-5℃)DWTT≥85%SA;

(2)最低使用溫度下(-5℃)夏比沖擊吸收功≥145J。

管線鋼的技術條件普遍采用美國石油協(xié)會標準APISpec5L，但是國內具體工程或具體用戶的訂貨技術條件往往較API標準嚴格得多。

對冶煉工藝技術具有較苛刻的要求，技術難點主要集中于:

1)雜質元素含量控制;

2)夾雜物控制;

3)窄成分控制。

管線管使用的板材60~70年代主要采用鞍鋼等廠家生產的A3、16Mn，隨著管道管徑增大和輸送壓力的進步，鋼板強度不能滿足需求。80年代以后各石油焊管廠開始使用按美國API標準生產的管線鋼板，由于當時國內管線板生產廠技術不成熟，主要采用進口板。進進90年代以后，國內管線板生產發(fā)展很快，寶鋼、武鋼、鞍鋼、本鋼、攀鋼等企業(yè)相繼開發(fā)生產了高鋼級的X系列管線鋼。

在國內管線鋼的生產工藝主要有:常規(guī)半連續(xù)熱連軋、CSP連鑄連軋、中厚板機組、爐卷機組。

1)半連續(xù)軋機:包括1機架爐卷軋機及5機架精軋機。在半連續(xù)軋機上，鋼帶在精軋道次所經歷的熱軋從鋼帶的一端到另一端實質上是恒定的。在精軋機上道次間的時間通常少于3s。

2)CSP連鑄連軋:在CSP生產線上對含有鈮、釩、鈦復合微合金化的低碳錳鋼，采用合適的控軋控冷和卷取工藝，可以保證鋼的力學性能和顯微組織符合現(xiàn)代X60管線鋼的技術要求，符合現(xiàn)代管線鋼發(fā)展趨勢。我國CSP連鑄連軋生產線已開發(fā)到了X60管線鋼，而美國及國外其它CSP生產廠已經開發(fā)和生產了高牌號管線鋼X60、X65乃至X70。其工藝特點是連鑄薄板坯存在中心偏析，消除連鑄薄板坯中心偏析是進一步進步管線鋼質量的關鍵技術題目。

3)中厚板機組:

主要生產寬厚板，用于直縫埋弧焊管的生產，直縫埋弧焊管質量可靠，廣泛應用于油氣高壓輸送主干線上。

4)爐卷軋機

爐卷軋機包括一架往復式粗軋機及一架4輥往復精軋機。在精軋機兩邊的輸送線上安裝了兩臺熱卷軋機。輸出輥道通常包括一套層流冷卻系統(tǒng)和一個卷取站。在爐卷軋機上，鋼帶整個長度上的熱機械歷史明顯變化，尤其是在微合金化鋼生產中，將強烈影響精軋機上產生的再結晶程度、晶粒長大及析出，并且導致整個帶鋼長度上終極顯微組織和性能的劇烈變化。其工藝特點是投資本錢相對低。

國外在爐卷生產線上已生產出X70、X80級管線鋼，主要生產廠家為IPSCO，該廠具有超過35年操縱爐卷軋機的經驗，近年來已對550MPa級Ⅱ類的1219mm直徑及12.0mm壁厚管線鋼進行了產業(yè)生產。

隨著國內冶金技術裝備水平的進步，我國能生產管線鋼板卷的企業(yè)逐漸增多，但是能夠生產X70及以上級別的鋼廠僅有寶鋼、武鋼、鞍鋼、舞鋼、南鋼、太鋼等。另外，寶鋼與武鋼、南鋼、鞍鋼和舞陽鋼鐵公司也已試制了X80熱軋鋼板，并在巨龍鋼管公司試制了直縫埋弧焊管(JCOE)。近兩年來，南鋼加大了對管線鋼的研究開發(fā)，X100級別的鋼板正在研制中，鞍鋼X100級別的鋼板已通過有關單位的驗收。

1)近幾年我國國內管線鋼生產產量情況，見表1。

國內管線鋼的生產主要是靠熱軋機組生產，爐卷機組的生產在增加，中板機組生產較少。

2)國內主要管線鋼生產企業(yè)基本情況

寶鋼:寶鋼管線鋼開發(fā)生產發(fā)展很快，無論是數(shù)目還是品種質量，在國內市場都占盡對上風。1997年寶鋼生產管線鋼22萬t，占國內消費的88%;1998年產量為26.5萬t，國內市場占有率為83%;1999寶鋼生產管線鋼18萬t，國內市場占有率為65%。2000年寶鋼管線鋼產銷大幅增長，全年銷售量達到了35.5萬t。寶鋼經過十多年管線鋼的開發(fā)和生產，已較好地把握了高強度高韌性管線鋼板卷的微合金化成分設計、冶金工藝控制、生產質量保證等關鍵技術。通過不斷的優(yōu)化、調整，已逐漸形成寶鋼X52、X65、X70系列管線鋼的成分、工藝體系和生產質量控制技術，實現(xiàn)了產品的更新?lián)Q代。產品滿足了國內外市場需求，質量穩(wěn)定，先后在我國西氣東輸工程、印度輸油管線、土耳其輸氣管線等一系列國內外重大長輸管線工程中得到成功的應用。2001年8月~2002年5月，寶鋼已為西氣東輸管線工程提供了15萬t14.6mm厚的針狀鐵素體X70管線鋼板卷，用其制造的Ф1016mm×14.6mm焊管已應用于西氣東輸管線工程。寶鋼2005年8月開始為國內自行設計、制造、施工的廣東番禺~惠州自然氣開發(fā)項目展設的26.2km海底管線提供了7萬t的管線鋼。這是寶鋼參與海底管線建設的第一個項目。廣東番禺~惠州自然氣開發(fā)項目為國家重點工程，是國內海底水域最深、間隔最長的輸氣管線，該項目設計自然氣年產量約16億立方米，海底管線總長度約364km。

寶鋼5000mm寬厚板項目從冶煉、精煉、連鑄到軋機的設備裝備達到世界先進水平，已于2005年建成，其中管線鋼產品的鋼級為X80(預留X100)，最大厚度為40mm，最大寬度為4500mm。

武鋼:是國內第二大管線鋼生產企業(yè)。近幾年，武鋼將管線鋼作為企業(yè)的重點發(fā)展品種，其在國內的市場份額進步很快。1997年武鋼管線鋼的產量僅為2800t，市場占有率只有1%，但1999年武鋼生產的管線鋼就上升到了6.3萬t，僅在西部市場上就取得了11條管線工程的供貨權，在國內市場占有率進步到了23%左右。武鋼在管線鋼品種質量上也取得了很大的進展。武鋼生產的高韌性管線鋼已達到德國、日本主要鋼廠的同類鋼材的實物水平。2000年武鋼管線鋼開發(fā)生產量達16萬多噸。在澀寧蘭管線、北京~永清管線、伊朗管線、伊拉克管線及大慶石油油井套管等多項大工程中中標。同時，厚板X65H和高性能管線鋼X70的試制也取得成功，用戶試用后表明，其性能指標完全滿足了澀寧蘭管線、大慶油井注水管線工程技術要求。2004年武鋼管線鋼的研制開發(fā)取得重大突破，順利實現(xiàn)了17.5mm厚X70高性能管線鋼大批量穩(wěn)定供貨。連續(xù)承接了蘇丹管線、中哈管線、陜京管線、沿江管線、雙蘭管線、冀寧管線等10余條管線的供貨權，全年合同量達70余萬t，居國內首位。隨后又積極開展15.3mm和17.5mm高強度、高韌性的X80熱軋厚板卷的研試工作，并順利通過中國石油自然氣團體公司鑒定。鑒定委員會專家以為，武鋼開發(fā)的X80管線鋼15.3mm厚熱軋卷板可完全滿足X80螺旋焊管制管的要求，已具有批量生產穩(wěn)定性，能按要求實現(xiàn)批量生產與供貨。

鞍鋼:2002年11月，ASP線已為長---呼輸氣管道工程提供了4000多噸X52級管線鋼，已開發(fā)生產出X70、X80高等級管線鋼板、卷，并可產業(yè)化生產。7月7日，在我國新建"川氣出川"大型自然氣管道試驗段展設工程中，鞍鋼獨攬3.2萬t極限規(guī)格X70螺旋焊接用管線鋼卷板供貨權。同時，鞍鋼還承攬下1.95萬tX70直縫焊接管線鋼的生產合同。"川氣出川"自然氣管道工程是我國"十一五"重要輸氣工程，工程展設管道全長1937km。在國內能夠生產30.4mm厚X70寬厚板并供貨的廠家只有鞍鋼一家。今年7月13日，鞍鋼生產的X100管線鋼寬厚板及用它卷制的直縫焊鋼管順利通過了國內權威科研機構---中石油管材研究所試驗評價。

X100管線鋼研制開發(fā)成功，使鞍鋼管線鋼鋼級形成了X60、X65、X70、X80和X100的系列化，為角逐國內外高端管線鋼市場增添了一件"利器"。

本鋼:在國家組織實施的"振興東北老產業(yè)基地高技術產業(yè)項目"中，本鋼同中科院金屬所共同申報的"高性能管線鋼生產產業(yè)化"通過了專家組的評審，該項目獲得國家1000萬元資金的支持。"高性能管線鋼生產產業(yè)化"項目的實施將使本鋼成為國內繼寶鋼、武鋼、鞍鋼之后能生產高附加值、高級別X70管線鋼的鋼鐵企業(yè)。本鋼石油管線鋼的開發(fā)研制始于80年代末，是國內較早開發(fā)石油管線用鋼的鋼鐵企業(yè)。

歷時十幾年的發(fā)展，本鋼先后研制開發(fā)了符合石油、自然氣輸送管線用的A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70管線鋼，形成了石油、自然氣輸送管線用鋼的系列化。特別是本鋼通過2002年對煉鋼、熱軋進行現(xiàn)代化改造后，加快了高性能管線鋼的研制開發(fā)力度，先后研制開發(fā)了能夠滿足用戶要求的高性能石油管線用鋼X52~X70、石油套管用鋼J55，參與了國家"973"項目"新一代鋼鐵材料的重大基礎研究"中的子課題"高強度管線鋼的產業(yè)基礎研究"工作。到為止，石油管線鋼X52~X70先后通過中石油管材所、管道局的板卷及鋼管的性能評定，實物質量滿足國家西氣東輸對管線鋼特殊質量的技術要求。其產品已應用于多條輸氣、輸油、成品油管線工程。近兩年，本鋼已累計生產石油管線鋼9萬多噸，產品經華油鋼管有限公司、寶雞石油鋼管廠等多家管廠的生產使用，產品質量完全符適用戶的特殊標準的技術要求，X80管線鋼也將于2006年下半年通過鑒定驗收。

邯鋼:2000年就在CSP機組上開發(fā)出了厚度為7.9mm的X52、X60管線鋼，并投進了批量生產。

馬鋼:于2006年1月到2007年12月，將在CSP生產線開發(fā)并貿易化生產鈮微合金化X52~X56管線鋼(由于受到取樣剪的剪切能力限制，馬鋼CSP管線鋼生產最大厚度只能生產到X56級的商用厚度);馬鋼新區(qū)傳統(tǒng)熱軋生產線研發(fā)鈮微合金化X70~X80管線鋼。

南鋼:于2005年10日28日，在中厚板卷廠成功軋制出厚度8.7mmX60管線鋼、9.5mm鋼卷，X70管線鋼也已經開始產業(yè)化生產，X80已經開發(fā)出來，但生產量不是太多，最大厚度為40mm，最大寬度為3300mm。X100已經列進科研課題，正預備開發(fā)。

濟鋼:中板廠和中厚板廠于2006年5月份生產了近500tX52級管線鋼板，經檢驗，鋼板的表面質量、外形尺寸、內部質量、組織性能全部滿足了用戶需求，為下一步開發(fā)更高級別的管線鋼奠定了堅實的基礎。

安鋼:在2006年1月到2007年12月，和鋼鐵研究總院合作，在其爐卷軋機上開發(fā)生產 L245NB/L245MB,X42 L290NB/L290MB,X46 ,X52 L360NB/L360MB,X56 ,X60 L415NB/L415MB,X65 L450MB ,X70 L485MB,X80 L556MB級管線鋼中板、卷板，以大量上市。

太鋼:太鋼已具備生產X56、X60、X65高等級管線鋼的生產工藝條件，并于2001年9月29日生產的第一批L360管線鋼發(fā)到寶雞。經滄淄輸氣項目部監(jiān)理及寶雞鋼管廠首檢，母材及管材的機械性能等各項指標全部合格。在"滄州一淄博"輸氣管道工程中，太鋼中標L360管線鋼7300余噸，由寶雞鋼管廠制管。

攀鋼:已能批量生產從B級到X65級6個大品種的管線鋼。

提高厚度與強度

隨著石油自然氣需求量的不斷增加，管道的輸送壓力和管徑也不斷地增大，以增加其輸送效率。考慮到管道的結構穩(wěn)定性和安全性，還需增加管壁厚度和進步管材的強度，因此用作這類輸送管的管線鋼都向著厚規(guī)格和高強度方向發(fā)展。由于自然氣的可壓縮性，因而輸氣管的輸送壓力要較輸油管為高。近年來國外多數(shù)輸氣管道的壓力已從早期的4.5~6.4MPa進步到8.0~12MPa，有的管道則達到了14~15.7MPa，從而使輸氣管的鋼級也相應地進步。國外的大口徑輸氣管已普遍采用X70鋼級，X80開始進進小規(guī)模的使用階段，X100也研制成功，并著手研制X120。輸送酸性自然氣的管道用鋼已能生產到X65鋼級。

采用大口徑輸氣管

21世紀是我國輸氣管建設的高峰時期。"西氣東輸"管線采用大口徑、高壓輸送管的方法。這條管線全長4167km，輸送壓力為10MPa，管徑為1016mm，采用的鋼級為X70、厚度為14.6mm，~20℃的橫向沖擊功為≥120J。這一鋼級、規(guī)格、韌性級別國內已經生產，并且質量達到國際水平。因此，生產這種規(guī)格的高強度、高韌性管線鋼對我國今后采用國產管線鋼生產大口徑、高壓輸氣管具有十分重大的戰(zhàn)略意義。

大口徑高壓輸送及采用高鋼級管材是國際管道工程發(fā)展的一個重要趨勢。

生產及技術攻關方向

1.國內對管線用鋼的需求以X70級為主，新線目標定位在X80級熱軋寬鋼帶和X100級寬厚板的生產，以適應10MPa和近期14MPa以上輸送壓力的設計。

2.今后輸送的自然氣不再是經脫水、脫H2S處理的"甜氣"(PH2S≤300Pa)，而將是未經處理的"富氣"(PH2S≤300Pa)，為此必須進步管線用鋼的抗氫致開裂和抗H2S應力腐蝕的性能。

3.國內已具有70萬t以上螺旋焊管的制管能力，但大口徑直縫埋弧焊管的產能和質量還不能滿足工程的需求，繼續(xù)部分進口成品管將不可避免。從研發(fā)基礎和生產技術的難度而言，具有優(yōu)質的抗H2S應力腐蝕性能的高強度等級管線用鋼的開發(fā)應當列為科技攻關的重中之重。

高鋼級管線鋼管的熱處理工藝

隨著管線鋼板技術的發(fā)展及焊管成型、焊接技術的進步，管線用焊管的應用范圍在逐步擴大，特別是在大口徑組距范圍內焊管的優(yōu)勢更加明濕，加上成本的因素，焊管已在管線管領域占有主導地位，限制了不銹鋼無縫管線管的發(fā)展。2004年無縫管線管產量約40萬噸，鋼級包括X42-70，品種有陸上管線鋼管和海底管線鋼管。

高鋼級管線鋼管的生產當前是采用微合金化加

熱處理工藝，不銹鋼無縫管的生產成本明顯高于焊管，而且隨著鋼級的提高，如X80以上鋼級管線鋼管對碳當量的限制，無縫鋼管的常規(guī)工藝很難滿足用戶要求;當前各12Cr1moV合金管生產廠都在為提高其管線管的抗腐蝕性能，低溫、高溫環(huán)境中的使用性能穩(wěn)定而開展科研工作。

鋼管重量計算公式:[(外徑-壁厚)*壁厚]*0.02466=kg/米(每米的重量)