管線用無縫管力學(xué)性能

管線用無縫管標(biāo)準(zhǔn)

API SPEC 5L——美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)

GB/T9711.2——中國國家標(biāo)準(zhǔn)

管線用無縫管主要生產(chǎn)鋼管牌號

B、X42、X52、X60、X65、X70

1．0.015%≤Altot<0.06%；N≤0.012%；Al/N≥2/1；Cu≤0.25%；Ni≤0.30%；Cr≤0.30%；Mo≤0.10%

2．V Nb Ti≤0.15

3．X60、X65、X70經(jīng)協(xié)商Mo≤0.35%

規(guī)格范圍

∮60-630×1.53-402100433B

隨著管線鋼板技術(shù)的發(fā)展及焊管成型、焊接技術(shù)的進步，管線用焊管的應(yīng)用范圍在逐步擴大，特別是在大口徑組距范圍內(nèi)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(lǐng)域占有主導(dǎo)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(chǎn)量約40萬t，鋼級包括X42—70，品種有陸上管線管和海底管線管。

高鋼級管線管的生產(chǎn)目前是采用微合金化加熱處理工藝，不銹鋼無縫管的生產(chǎn)成本明顯高于焊管，而且隨著鋼級的提高，如X80以上鋼級管線管對碳當(dāng)量的限制，無縫鋼管的常規(guī)工藝很難滿足用戶要求；目前各12Cr1moV合金管生產(chǎn)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。

介紹

石油、天然氣長輸，油田集輸，X46級以上的管線用鋼板和熱連軋帶鋼的總稱，簡稱管線鋼。

石油、天然氣是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)不可缺乏的燃料和原料，采用管線形式長距離輸送的經(jīng)濟性和可靠性，使制管行業(yè)和必須的板材生產(chǎn)獲得了優(yōu)先開發(fā)。中國管線鋼的研制和生產(chǎn)，在2000年前后面臨一個新的發(fā)展時期，在管線用鋼的系列化方面，在產(chǎn)量和質(zhì)量上都迫切需要有一個較大的飛躍。從1995年開始，將陸續(xù)敷設(shè)25條陸上和海洋油氣輸送管線，總長度13000km。煤炭行業(yè)煤粉漿體輸送也采用長輸管線，8條輸煤管線的可行性研究總長度為5500krn。

技術(shù)要求

管線鋼的生產(chǎn)都按API SPEC 5L 驗收和供貨。美國石油學(xué)會API技術(shù)規(guī)范以其先進性、通用性和安全性在國際上享有很高聲譽，并為多數(shù)國家所采用(原有的SPEC 5LS和5LX已合并于1995年4月的API第41版本之中)。

(1)化學(xué)成分

API對制管(包括無縫鋼管和焊接鋼管)用材的熔煉分析化學(xué)成分規(guī)定如表所示。

該規(guī)范包括由A25～X80共12個強度級別的管線用鋼，高于X42級，可以添加鈮、釩、鈦及其他元素，根據(jù)制成鋼管的規(guī)格尺寸確定添加數(shù)量。

(2)高強度

要求管線鋼具有高的屈服強度，從而獲得較好的經(jīng)濟效益。對于X65級以上的貝氏體類型的管線鋼，由于制管工藝引起的包辛格效應(yīng)將有所減弱。

(3)高韌性

夏氏V型缺口沖擊試驗(SR5)和落錘撕裂試驗(SR6)，可以作為附加條件評定鋼的脆性破壞的傾向。對于使用于“高寒地帶的管線，高硫油氣的管線和海底管線用鋼，又針對管線敷設(shè)條件和油氣田特性，提出不同的技術(shù)要求。經(jīng)驗表明，管線斷裂特性中，管內(nèi)介質(zhì)減壓波速度大于管線脆性斷裂擴展速度時為延性破斷，相反則表現(xiàn)為脆性破壞。因焊管中不可避免存在各種缺陷，當(dāng)管材沖擊韌性確定之后，管徑越大、壁厚越大，則容許的缺陷值越高。當(dāng)管材工作溫度高于FATT時，采用夏氏V型缺口沖擊試驗；低于FATT時，以COD試驗來預(yù)測管線的止裂能力較為適宜。

(4)良好的焊接性

鋼材焊接性的設(shè)計原則，實際上就是馬氏體點(Ms)和最大馬氏體硬度(HVmax )的控制，通常以鋼的焊接碳當(dāng)量(Ceq)和焊接裂紋敏感性系數(shù)(Pcm)來評定管線鋼的焊接性水平。由于野外敷設(shè)管線的惡劣條件以及制管的工藝技術(shù)水平，力求焊縫的高質(zhì)量。管線多數(shù)采用的是螺縫焊管，但這種管線有一些不可忽視的缺點，如焊接熱影響區(qū)大，焊縫成形易造成局部應(yīng)力集中，管壁的殘余拉應(yīng)力可導(dǎo)致鋼管承壓能力的減弱。UOE管焊縫可靠性高，適用于海底、河流穿越、大落差地段以及較難以維護地段的管線。高頻電阻焊(ERW)管的焊接質(zhì)量比較穩(wěn)定，易于實現(xiàn)自動化操作，并解決了在線焊縫退火處理和超聲波探傷，近年ERW管已由陸地管線擴大用于海底管線。

(5)耐腐蝕性和抗應(yīng)力腐蝕的能力

管線鋼最為普遍的是經(jīng)受內(nèi)壁高硫油氣的H2S腐蝕和外表面的海水腐蝕。

成分設(shè)計 管線鋼成分設(shè)計的基本方案是低碳、高錳和鋁鎮(zhèn)靜，以及微合金化。

首先摒棄了迄今的提高鋼中碳含量、犧牲鋼的塑韌性為代價、而追求強度的傳統(tǒng)設(shè)計思想，從適應(yīng)現(xiàn)場焊接條件和優(yōu)良的強度、塑性、韌性的匹配出發(fā)，先后開發(fā)了微珠光體鋼(≤0.08C)、無珠光體鋼(≤0.05C)、針狀鐵素體鋼(≤0.05Xc)和超低碳貝氏體鋼(≤0.03%C)等鋼種。其次是力求降低鋼中硫含量和控制鋼中硫化物的形態(tài)，新型管線鋼的硫含量都≤0.008%，實際控制水平則更低，如X60級管線鋼含硫量一般控制在0.008%～0.015%、X65級為0.005%～0.008%，X70級在0.002%～0.005%。微合金化是新型管線鋼合金設(shè)計的特點之一，添加碳氮化物形成元素鈮、釩、鈦等，通過細化晶粒、改變相變動力學(xué)和溶質(zhì)原子過飽和狀態(tài)的脫溶行為，以獲得超越傳統(tǒng)管線鋼的性能水平，微合金化元素對鋼的組織和性能的影響如圖1所示。

特別是鈮-釩、鈮-鈦復(fù)合微合金化則充分利用了不同碳氮化物形成元素的溶解析出行為，得到優(yōu)于單一元素微合金化的管線鋼。鋼中鈮、釩、鈦的微合金化的細化晶粒和析出強化的效果又與鋼中的氮含量有關(guān)，釩一鈦一氮管線鋼是很有特色的品種。在傳統(tǒng)的調(diào)質(zhì)型低合金高強度管線鋼中，硼的加入對提高鋼的淬透性具有積極影響，在非調(diào)質(zhì)的微合金化管線鋼中，硼的存在使鈮微合金化效果更好。X80~X100級管線鋼合金設(shè)計的另一成功范例，即在鋼中加入0.5%鎳和0.3%銅，以充分利用了銅的析出強化效果。較高鎳銅含量的X70級沉淀硬化型管線鋼在國外已試制成功，如在正火 回火狀態(tài)下使用的IN787和NiCu age70鋼。

生產(chǎn)工藝

長輸油氣管線用鋼生產(chǎn)流程及其要點見圖2。

根據(jù)性能要求，在合金設(shè)計時，首先要考慮鋼的組織類型微觀精細結(jié)構(gòu)和強韌化機制，在以后的冶煉、軋制、熱處理等工序操作中，都包括著豐富的化學(xué)冶金、物理冶金和力學(xué)冶金的內(nèi)容。作為現(xiàn)代管線鋼生產(chǎn)的工藝要點為：

(1)在70年代前，管線鋼的冶煉采用平爐、電爐和純氧頂吹轉(zhuǎn)爐三種冶煉方式。此后，基本上都采用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉，X80級管線鋼和一小部分X70級管線鋼，仍沿用電爐冶煉。轉(zhuǎn)爐冶煉的短周期和高產(chǎn)量與連續(xù)澆注相結(jié)合是最佳的工藝模式，可以順利地冶煉各種合金類型的低碳超低碳管線鋼。根據(jù)不同的需要，可采取鐵水預(yù)處理和鋼水吹氬、噴粉、真空脫氣等二次精煉工藝，以實現(xiàn)脫氣、成分均勻化、合金微調(diào)、夾雜物形態(tài)控制等諸多目的。微鈦處理的管線鋼，連鑄工藝的應(yīng)用則具有更大的意義。

(2)新型管線鋼的生產(chǎn)，采用微合金化與控制軋制、控制冷卻的工藝相結(jié)合才是完善的。后者又稱之為鋼的組織和性能的在線控制。再結(jié)晶控制軋制和常規(guī)控制軋制是兩類典型控制軋制工藝，其核心是高溫奧氏體再結(jié)晶、非再結(jié)晶區(qū)的富化生核和碳氮化物的析出強化?？刂栖堉聘饕蛩氐南嗷リP(guān)系如圖3所示。

帶鋼軋后的適宜的速度冷卻通過相變溫度區(qū)，是獲得高強度等級管線鋼的有效工藝手段。間隙式加速冷卻或連續(xù)式加速冷卻，可以調(diào)整鋼中鐵素體的類型、鐵素體中位錯密度、貝氏體相的尺寸、貝氏體中析出相的數(shù)量和尺寸。

(3)X70級以下的新型管線鋼生產(chǎn)都是在控制軋制或控制軋制一控制冷卻狀態(tài)下獲得最終性能的。調(diào)質(zhì)型的管線鋼和沉淀硬化型管線鋼，仍需進行熱處理。 2100433B

1、調(diào)繪已有地下管線的現(xiàn)狀。給水、污水、雨水、燃氣 、電力、路燈、電信、有線電視、熱力、工業(yè)管道等專業(yè)管線權(quán)屬單位組織相關(guān)人員對本專業(yè)的地管線進行現(xiàn)狀調(diào)繪，并編制現(xiàn)狀調(diào)繪圖和有關(guān)資料，提交領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室作為管線探測的依據(jù)。

2、在地下管線現(xiàn)狀調(diào)繪的基礎(chǔ)上，采用實地調(diào)查和儀器探查相結(jié)合的方法進行地下 管線探查。探查應(yīng)查清各種管線的鋪設(shè)狀況、地理位置和埋深，同時應(yīng)查明管線種類、性質(zhì)、規(guī) 格、 材質(zhì)、載體特征、電纜條數(shù)及附屬設(shè)施等。

3、在地下管線探查的基礎(chǔ)上進行測量，包括控制測量、管線點連測和沿線地形測量 ，并采用先進的儀器設(shè)備（GPS、全站儀等）和作業(yè)方法來保證成果的質(zhì)量。

4、編繪管線圖的編繪依據(jù)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)，采用數(shù)字化成圖方式進行編繪。管線圖應(yīng)表明 測區(qū)內(nèi)所有探測的各種地下管線及附屬設(shè)施和有關(guān)地面建（構(gòu)）筑物與地形特征。地下管線圖分為專業(yè)地下管線圖、綜合地下管線圖、局部放大示意圖和斷面圖。專業(yè)地下管線圖及綜合地下管線圖的比例尺為1:500，局部放大示意圖和斷面圖比例尺可根據(jù)需要確定。

5、檢查資料檢查驗收的內(nèi)容分為探查和測繪兩大部分，施測單位檢查合格并由 質(zhì)量監(jiān)理機構(gòu)認可、形成監(jiān)理報告后，由領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室組織對成果進行檢查驗收。檢查驗收依據(jù)任務(wù) 合同書、技術(shù)設(shè)計書及有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行。

6、建立地下管線綜合管理信息系統(tǒng)。為了對地下管線數(shù)據(jù)資料進行充分利用和有效管理，開發(fā)建立 管線綜合管理信息系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)具備輸入、輸出、檢索、編輯、分析等功能。