管线钢

输送石油天然气等大口径焊接钢管

管线钢是指用于输送石油、天然气等管道所用的一类具有特殊要求的钢种，根据厚度和后续形成等方面的不同，可由热连轧机组、炉卷轧机或中厚板轧机生产，经螺旋焊接或UOE直缝焊接形成大口径钢管。

简介

管道运输与铁路运输、公路运输、水路运输和航空运输并列为现代五大交通运输方式。从最初的工业管道至今，油、气管道建设经历了近两个世纪的发展。我国管线钢的生产和应用起步较晚，1985年前还没有真正的管线钢生产。然而，近年来，我国管线钢的研制、开发和应用得到了快速发展，通过西部管道、西气东输管道和西气东输二线管道等重大管道工程的推动，又先后完成了X60、X70和X80管线钢的生产和应用，并获得了X100和x120的研究成果。

管线钢的组织类型

管线钢的组织结构是决定其使用性能和安全服役的根据，目前，根据显微组织可将管线钢分为以下4类：

1、铁素体-珠光体管线钢

铁素体一珠光体管线钢是20世纪60年代以前开发的管线钢所具有的基本组织形态，X52以及低于这种强度级别的管线钢均属于铁素体一珠光体，其基本成分是碳和锰，通常碳含量（质量分数，下同）为0.10%一0.20%，锰含量为1.30%～1.70%，一般采用热轧或正火热处理工艺生产。当要求较高强度时，可取碳含量上限，或在锰系的基础上添加微量铌和钒。通常认为，铁素体一珠光体管线钢具有晶粒尺寸约为7μm的多边形铁素体和体积分数约30%的珠光体。常见的铁素体一珠光体管线钢有5LB、X42、X52、X60和X70。

2、针状铁素体管线钢

针状铁素体管线钢的研究始于20世纪60年代末，并于70年代初投入工业生产。当时，在锰一铌系基础E发展起来的低碳．锰一钼一铌系微合金管线钢，通过钼的加入，降低相变温度以抑制多边形铁素体的形成，促进针状铁素体转变，并提高碳、氮化铌的沉淀强化效果，因而在提高钢强度的同时，降低了韧脆转变温度。这种钼合金化技术已有近40年的生产实践。近年来，另一种获取针状铁素体的高温工艺技术正在兴起，它通过应用高铌合金化技术，可在较高的轧制温度条件下获取针状铁素体。常见的针状铁素体管线钢有X70、X80。

3、贝氏体一马氏体管线钢

随着高压、大流量天然气管线钢的发展和对降低管线建没成本的追求，针状铁素体组织已不能满足要求。20世纪后期，一种超高强度管线钢应运而生。其典型钢种为X100和X120。1988年日本SMI公司首先报道了，X100的研究成果。经历了，多年的研究和开发，X100钢管于2002年首次投入工程试验段的敷设。美国ExxonMobil公司于1993年着手X120管线钢的研究，并于1996年与日本SMI公司和NSC公司合作，共同推进X120的研究进程，2004年X120钢首次投人丁程试验段的敷设。

贝氏体一马氏体管线钢在成分设计上，选择了碳一锰—铜—镍—钼—铌—钒—钛—硼的最佳配合。这种合金设计思想充分利用了硼在相变动力学上的重要特征。加入微量的硼(ωB=0.0005%～0.003%)，可明显抑制铁素体在奥氏体晶界上形核，使铁素体曲线明显右移。同时使贝氏体转变曲线变得扁平，即使在超低碳(ωC=0.003%)情况下，通过在TMCP中降低终冷温度(<300℃)和提高冷却速度(>20℃/s)，也能获得下贝氏体一板条马氏体组织。常见的贝氏体—马氏体(B—M)管线钢有X100、X120。

4、回火索氏体管线钢

随着社会的发展，需要管线钢具有更高的强韧性，如果控轧控冷技术满足不了这种要求，可以采刚淬火+回火的热处理工艺，通过形成回火索氏体组织来满足厚壁、高强度、足够韧性的综合要求。在管线钢中，这种同火索氏体也称为同火马氏体，是超高强度管线钢X120的一种组织形态。

管线钢一般技术要求

现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢，是高技术含量和高附加值的产品，管线钢生产几乎应用了冶金领域近20多年来的一切工艺技术新成就。目前管线工程的发展趋势是大管径、高压富气输送、高冷和腐蚀的服役环境、海底管线的厚壁化，因此目前对管线钢的性能要求主要有以下几方面：

(1)高强度。管线钢的强度指标主要有抗拉强度和屈服强度。在要求高强度的同时，对管线钢的屈强比(屈服强度与抗拉强度之比)也提出了要求，一般要求在0.85～0.93的范围内。

(2)高冲击韧性。管线钢要求材料应具有足够高的冲击韧性(起裂、止裂韧性)。对于母材，当材料的韧性值满足止裂要求时，其韧性一般也能满足防止起裂的要求。

(3)低的韧脆转变温度。严酷的地域、气候条件要求管线钢应具有足够低的韧脆转变温度。D州的剪切面积已经成为防止管道脆性破坏的主要控制指标。一般规范要求在最低运行温度F试样断口剪切面积不小于85%。

(4)优良的抗氢致开裂(HIC)和抗硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)性能。

(5)良好的焊接性能。钢材良好的焊接性对保证管道的整体性和野外焊接质量至关重要。近代管线钢的发展最显著的特征之一就是不断降低钢中的碳含量，随着碳含量的降低，钢的焊接性得到明显的改善。添加微量钛，可抑制焊接影响区韧性的下降，达到改善焊接性能的目的。这其中的难点和重点是高韧性。随着石油、天然气输送的不断发展，对石油管线钢性能的要求不断提高，尤其是对韧性要求的提高。这些性能的提高就要求把钢材中杂质元素C、S、P、O、N、H含量降到很低的水平。高强度、高韧性是通过控冷技术得到贝氏体铁素体组织来保证的，同时应降低钢中碳的含量和尽可能去除钢中的非金属夹杂物，提高钢的纯净度。其中要求碳含量不高于0.09%、硫含量低于0.005%、磷含量低于0.01%、氧含量不高于0.002%；输送酸性介质时管线钢要抗氢脆，要求氢含量低于0.0002%；对于钢中的夹杂物，最大直径要小于100μm，并要求控制氧化物形状，消除条形硫化物夹杂的影响。

管线钢发展的动态和趋势

早期管道离中心城市较近，地理环境和社会依托条件都较优越。如今，新发现的油、气田大都在边远地区和地理、气候条件恶劣的地带，如向西欧市场供气的阿尔及利亚气田，可向远东市场供气的西伯利亚气田，可向美国市场供气的北阿拉斯加气田和我国东部、西北部油气田等。随着边远油气田、极地油气田、海上油气田和酸性油气田等恶劣环境油气田的开发，油气管道工程面临着高压输送和低温、大位移、深海、酸性介质等恶劣环境的挑战。为保证管道建设和运行的积极性和安全性，管线钢的基本要求和发展趋势是高强度、高韧性、大变形性、厚壁化、高腐蚀性和好的焊接性。

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