高钢级管线钢的研究和使用情况

高钢级管线钢的研究与使用情况200610高钢级管线钢的研究与使用情况•国外高钢级管线钢的研究•国内高钢级管线钢的研究与使用情况•高钢级管线钢性能要求•本钢高钢级管线钢的开发生产•高钢级管线钢的开发生产的重点1.国外高钢级管线钢的研究•自从二战期间美国建立了世界上第一条具有现代规模的长距离石油输送管线以来,随着输送压力、输送介质以及自然环境的不断变化,管线钢的要求及钢级在不断地提高。•从使用标准来看,早期为A3钢、16Mn钢;1947年API5L标准引入X42、X46、X52钢;1967年、1968年、1970年X56、X60、X65钢又相继被加入到API5L标准中,之后X70、X80钢分别于1973年、1985年被增加到API标准中。•目前X100、X120钢正处于试验、开发阶段,还没有世界通用的标准,仅仅是加拿大标准将X100(690MPa)钢级纳入其标准CSAZ245.1-2002中。•从高钢级管线钢的开发使用上来看,20世纪60年代初期X60管线钢开始投入使用,1968年日本三大钢铁公司为环阿拉斯加管线系统工程TAPS供应了50×104tX65钢级的Ø1219mm的钢管,在高强度管线钢管的生产上开创了新的里程碑[2]。此后,高钢级管线钢开发逐渐加快,到80年代,X70钢就逐渐被引入工程建设中,90年代X80钢开始在一些管线中投入试用。•与此同时,国外一些厂家也加强了X100和X120钢级的开发和储备工作。1.国外高钢级管线钢的研究国外几家公司生产的X80油气输送管业绩表1.国外高钢级管线钢的研究－－国外几家公司生产的X80油气输送管业绩表1国外高钢级管线钢的研究－－国外几家公司生产X80管材的化学成分1国外高钢级管线钢的研究－－国外几家公司生产X80管材的力学性能1国外高钢级管线钢的研究－－国外几家公司生产X100管材的化学成分1国外高钢级管线钢的研究－－国外几家公司生产X100管材的力学性能2.国内高钢级管线钢的研究与使用情况－－X70热轧卷板的开始使用•我国X70热轧卷板的使用从西气东输开始，进口近15×104t热轧卷板,主要是1550mm×14.6mm规格。前后3批都是采用NbMo系,强度和韧性远高于标准要求，见下表。2.国内高钢级管线钢的研究与使用情况－－X70直缝焊管管材•西气东输工程进口X70直缝焊管管材化学成分％2.国内高钢级管线钢的研究与使用情况－－X70直缝焊管管材西气东输工程进口X70直缝焊管管材力学性能2.国内高钢级管线钢的研究与使用情况－－我国管线钢的发展•在我国管道建设的不同阶段,管线钢的发展变化非常迅速。•20世纪50～70年代管线钢主要采用A3钢和16Mn钢;•70年代后期和80年代采用从日本进口的TS52K钢(相当于X52级钢);•90年代,塔里木三条油气管道、鄯乌输气管道、库鄯输油管道和陕京输气管道采用的X52、X60、X65级热轧板卷主要由宝钢和武钢生产供应。•“八五”期间,通过冶金部门和石油部门的联合攻关,成功研制和开发了X52～X70级高韧性管线钢,并逐步得到广泛应用。•西气东输工程采用了X70级管线钢,其中螺旋缝埋弧焊管全面实现了国产化,前期的直缝埋弧焊管仍依赖进口,后期的采用了巨龙钢管公司生产的JCOE焊管。•对于X80高钢级管材的研究和应用,石油部门与冶金部门联合开展了10余项国家基础/攻关、应用基础研究和技术开发项目,其中包括国家“973”项目“高强度管线钢的重大工艺基础研究”,中油集团技术开发项目“X80管线钢管的开发与应用”、“X80管线钢的焊接及高韧性焊材选择”等等。宝钢、武钢、鞍钢等都相继成功开发了X80级热轧板卷和宽厚钢板,宝鸡、华油、巨龙等公司相继成功开发了X80级螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管。3.本钢管线钢的的研究与大生产情况－－本钢管线钢开发•本钢从1994年开始进行管线钢的生产，共中标17条管线工程（X52级别以上），产量为35.42万吨。其中52~X56级别管线产量6.01万吨；X60~X65级别管线产量26.31万吨；X70级别管线产量3.1万吨。各工程管线情况0.080.081.20.61.10.61.40.51.40.20.750.60.23185.50.10.08302468101214161820抚油吉化吉-四塔-仑兰-成-渝新疆长-呼信-驻北疆铁大大庆内蒙电厂靖西双兰线伊朗冀宁新降线印度管线工程名合同量（万吨）3.本钢管线钢的的研究与大生产情况－－2000年以来本钢管线钢供货情况3.本钢管线钢的的研究与大生产情况－－第四家能够大批量生产供货X70管线的厂家•2003年1月，本钢中标长庆-呼和浩特输气管道，其中X60管线8000吨，并在2004年到2005年8月共生产X60及以上级别管线24.43万吨。•高级别管线钢X70的生产量仅1000吨。•近年来，本钢在设备改造和设备投入上有了长足的进展。工艺和技术实力有了很大的提高，2006年，本钢研制开发的高Nb管线钢X70，规格14.5×1250mm，经中国石油管材研究所评定，各项指标均达到西气东输标准要求。•在薄板坯连铸连轧研制生产的X65管线钢，规格10.3×1450mm，经中国石油管材研究所评定，各项指标均达到APIX70标准要求，创薄板坯连铸连轧生产厚规格管线钢的最好水平。•随着高级别管线钢市场需求量的增加，本钢也在为加大X70以上级管线钢的开发研制上做技术准备工作。随时准备为市场提供本钢的高级别管线钢，把管线钢做为本钢精品板材打入管线钢市场。•2007年，印度管道商3万吨的X70合同，技术条件要求苛刻，生产技术难度大，但在本钢设备能力允许范围。公司领导相信本钢有能力完成这批合同，接下了3万吨的顶单。本钢第一次大批量生产高级别管线钢X70。•从2007年1月20日到3月29日按时完成印度管线X70的30000吨合同，使本钢成为继宝钢、武钢和鞍钢后，第四家能够大批量生产供货X70管线的厂家。3.本钢管线钢的的研究与大生产情况－－供印度3万吨X70管线合同•合同难易大：本批合同，技术条件要求严格，为此，其他生产厂都放弃了这批合同顶单。•拉伸试验要求横纵两方向：通常管线钢拉伸试验只是一个方向，工艺设计只保证机能满足一个方向值。由于板卷存在各项异性，横、纵向强度差别受各种因素的影响，要同时满足横纵两方向的要求，对生产控制、对工艺方案都是一种考验。•横向韧性指标：韧性指标在横向最薄弱，通常管线钢的韧性指标为45º方向。45º方向是韧性最有利的方向。而横向是韧性最薄弱向。所以要保证韧性指标，要求材质洁净度高，组织均匀稳定。•屈强比要求严格：对于X70级别管线，屈强比小于0.90很难控制，要求两个方向同时达到要求，控制难度要远高于一个方向。•成分范围窄：与西气东输管线X70比较，成分范围窄，主要体现在对提高强度的有效元素上限比西气东输管线要求的窄。限制了成分设计的应用范围。具体比较件下表：•合同期短•从合同谈判都供货结束，生产周期50天，难度很大。3.本钢管线钢的的研究与大生产情况－－供印度3万吨X70管线合同3.本钢管线钢的的研究与大生产情况－－供印度3万吨X70管线合同•方案设计•1成分设计•技术条件要求的碳当量值和韧性指标，对成分设计提出严格的限制。F+B+P(少量)的组织设定，碳含量一定要低，在炼钢生产能力允许的条件下，要求碳尽可能低。由于C是提高强度最有利的元素，所以选择低碳，就要通过加入合金元素来提高强度。而强化元素Mn、Nb含量受技术条件的制约。加入Mo可促进形成对管线钢十分有利的针状铁素体，提高强度和韧性，但是生产成本增加。用V、Ti、Ni、Cr、Cu、Mo微量合金元素进行复合合金化。复合合金化的目的是确保横纵两个方向的强度值都能达到比标准要求值大20Mpa。•2轧制工艺参数设定•轧制工艺参数设定以获得F+B+P(少量)，晶粒度大于12级为目标。这些要有合适的冷速和变形量。参照国外生产X70的试验数据，设定冷却速度为30℃/s。进精轧厚度42mm。•基于以上分析，我们设定了适合本钢生产的试验方案。3.本钢管线钢的的研究与大生产情况－－供印度3万吨X70管线合同•研究结果•从2006年12月30日开始，试验生产一炉合格产品后，•于2007年1月23日开始批量生产。•截止3月20日，较理想的完成了合同要求的交货量。•生产合格板卷29752.557吨。炼钢炼成率98.73%，成材率97.50%，产成率89.7%。•在条件要求苛刻，低成本生产的情况下，达到综合机能合格率99.15%。充分证明了本钢的技术实力。产品质量达到国内先进水平。不同钢级管线钢的典型化学成分,如表1所示不同钢级管线钢的典型化学成分,如表1所示•目前,X70钢级管线钢厚板、卷板、钢管已经大批量生产出来并被投入使用,技术完全成熟;X80钢级已被成功开发出来,并被投入陆上管线建设中(低温环境用、特厚壁钢管除外),主要技术问题已经解决,但具备批量商业生产条件,还需努力。