国内X80管线钢的发展及研究方向
2004-10-29 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
□大口径、高压输送及采用高钢级管材是国际管道工程发展的一个重要趋势，国际上X80高钢级管材的生产技术已经成熟，并得到了较大的发展和成功应用。
□近年来，国内石油与冶金行业联合攻关，相继成功开发了符合质量技术要求的X80热轧板卷、宽厚钢板及X80螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管，实施X80管线钢应用工程的条件已经成熟。
□为确保X80管道的安全可靠性，在借鉴国际上先进成功经验的基础上，应进一步加强X80管线钢的应用基础研究和相关技术攻关。
一、油气管道及高钢级管材的发展
作为一种经济、安全、不间断的长距离输送石油和天然气的工具，油气输送管道在近四十年取得了巨大发展。目前，全世界石油、天然气管道的总长度已超过230万公里，并以每年2万－3万公里的速度增加。在近10年内，我国已建成陕京管线、涩宁兰管线、兰成渝管线以及西气东输管线等十几条重大长输管线，预计今后10－15年内，我国共需各类油气输送干线用钢管约1000万吨。
随着管道输送压力的不断提高，油气输送钢管也相应迅速向高钢级发展，20世纪60年代一般采用X52钢级，70年代普遍采用X60－X65钢级，近年来以X70为主。X80也已开始大量使用。在国外，如德国、加拿大、日本和意大利在X80乃至更高钢级管线钢的研究应用方面已经有很多实践经验。世界著名的大石油公司积极开展X80及X80以上钢级管道钢的开发和应用研究：德国Ruhr Gas公司在1992和1993年采用Europipe生产的X80钢管分别建成了两条100多公里的输气管道。加拿大Trans Canada管道公司(TCPL)一直积极推动高钢级管道钢的应用，X80钢管已成功应用到几条管线中，其中包括Alberta省北部永久冻土地区管线，2002年TCPL在加拿大建成了一条管径1219mm、壁厚14.3mm的X100钢级的1公里试验段，同年，新版CSZ245－1－2002首次将Grade690(x100)列入加拿大国家标准。意大利SNAM公司用Europipe公司生产的X100、X80与X70钢级进行对比试验，认为X80的现场焊管可以采用与X70相近的工艺，而X100则有所不同，但只要采取适当措施也可获得满意结果。
挪威STATOIL公司对新日铁、住友金属、NKK和Europipe等公司提供的X80钢级钢管进行了用于海底管道的可行性研究，获得了满意结果。日本NKK、新日铁、住友、川崎和欧洲钢管公司已经开发出X100管道钢管。Exxon Mobil公司1996年分别与新日铁和住友金属签订了共同开发X120管道钢的协议，2001年已经全面完成。2004年，Exxon Mobil公司在加拿大进行了X120钢管1.6公里试验段的铺设。
随着国内对石油以及对作为洁净能源的天然气的需求迅猛增长，为了提高管道输送能力，降低管道建设成本和运行成本，迫切需要大规模采用高强度管线钢。为了保证高强度管线钢产品尽快投入工程应用，同时保证管道的安全可靠性，关键是要注重在进行产品开发的同时，大力开展新产品的工程应用基础研究。
在西气东输等重点工程立项后，石油和冶金行业联合开展了一系列相关的研究工作，如“大口径输气管道工程用高钢级管材国产化”、“油气输送管线管材选用研究”、“高钢级管材组织性能及断裂控制研究”、“油气输送管线安全可靠性研究”、“大口径感应加热弯管和三通生产工艺技术研究”等。这些项目的研究，不仅促进了国内X70管线钢产品的研究开发，也保证了西气东输等重要工程用管材的质量和管道的安全可靠性。
对于X80高钢级管材的研究和应用，石油与冶金行业已开展了十余项国家基础攻关、应用基础研究和技术开发，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。宝钢、武钢、鞍钢等大型企业都相继成功开发了X80热轧板卷和宽厚钢板；宝鸡、华北、巨龙等工厂相继成功开发了X80螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管。中油集团公司正在积极实施X80管线钢应用工程项目。
二、国内X80管线钢的研究及生产现状
1．X80管线钢的开发及应用基础研究
我国在开发X80管线钢时采用“开发和应用并举”的原则。正在开展的X80管线钢应用基础研究课题内容包括：X80管线钢的组织与性能研究；高钢级输气管道的断裂控制研究；X80管道现场环焊接头焊接工艺优化及焊材选用；X80管道现场冷弯管成形工艺及控制指标；X80高强度管件生产工艺及质量控制技术；X80管道安全可靠性分析方法与评价技术等。
此外，我国借鉴西气东输管道标准及成功的实践经验，在进行大量应用基础研究的基础上，对X80钢板、板卷、SSAW焊管和LSAW焊管的关键技术指标进行了研究，并制订了相关产品技术标准。
2．X80管线钢的质量状况
中石油管材研究所与日本JFE、韩国POSCO以及国内武钢、宝钢、华北管厂、宝鸡管厂等单位合作开展了X80管线钢的研究开发工作。尽管部分性能测试结果存在差异，但几家工厂生产的X80管线钢产品都能够满足API SPEC 5L标准要求。
除了宝钢与武钢已完成了X80管线钢的研制以外，鞍钢和舞阳钢铁公司也已试制了X80热轧钢板，并在巨龙钢管公司完成试制了直缝埋弧焊管(JCOE)。
有关X80管线钢应用工程用焊管的进一步研究工作正在进行之中。
三、X80管线钢应用中应关注的几个关键问题
针对X80管线钢应用中的关键问题开展研究，对于X80高强度钢管产品技术标准制订和产品质量验收都非常重要。目前应着重关注的问题包括：
1.X80管线钢成分、组织与性能相关性的研究
与X70管线钢相比，X80管线钢成分进行了调整，显微组织结果进一步优化，化学成分的差异，导致管线钢力学性能的差异。进一步研究高强度管线钢成分、组织与性能之间的内在联系，通过恰当的工艺可以获得组织和性能优异的X80管线钢。
2．高钢级管线钢管包申格效应以及屈强比的研究
研究高钢级管线钢包申格效应与屈强比的关系，以及屈强比与管道的形变容量、极限载荷和缺陷容限尺寸之间的关系，对于强度、韧性、屈强比以及临界缺陷尺寸等验收指标的确定十分重要。
3．高钢级管线钢管DWTT异常断口的评判技术研究
加强技术交流与合作，在高强度管道钢管的DWTT异常断口评判技术及标准验收指标方面达成共识，对于DWTT评价指标的合理验收以及高强度管线钢的工程应用都非常重要。
4．高钢级管线钢管断裂控制问题
高强度、高韧性管线钢的断裂控制一直是国际上研究的热点，中石油管材研究所等单位在这一领域的研究工程一直在持续进行。
5．高强度管道环焊缝焊接工艺及强度匹配问题
对于X80以上高强度管道，如果环焊缝采用高匹配，会带来焊接工艺复杂、现场焊接难度大等问题。高强度管道环焊缝强度匹配对管道承载能力、环焊缝缺陷容限尺寸和形变能力以及环焊缝氢致裂纹倾向等的影响，还需要进一步的研究和评估。
6．高强度管道钢管现场冷弯管制造和控制技术
由于高强度管线钢特殊的包申格效应，冷弯后钢管性能如何变化，对管线安全使用有何影响，冷弯管加工工艺、控制措施以及最大许用弯曲角度指标等是工程应用中需要解决的重要问题。
7．高强度感应弯管制造存在的问题
X80感应弯管，其关键技术仍在于母管合金成分设计以及热处理加工工艺的优化，对于局部加热制造弯管，还应考虑弯管过渡区性能的检测和评估。
□近年来，国内石油与冶金行业联合攻关，相继成功开发了符合质量技术要求的X80热轧板卷、宽厚钢板及X80螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管，实施X80管线钢应用工程的条件已经成熟。
□为确保X80管道的安全可靠性，在借鉴国际上先进成功经验的基础上，应进一步加强X80管线钢的应用基础研究和相关技术攻关。
一、油气管道及高钢级管材的发展
作为一种经济、安全、不间断的长距离输送石油和天然气的工具，油气输送管道在近四十年取得了巨大发展。目前，全世界石油、天然气管道的总长度已超过230万公里，并以每年2万－3万公里的速度增加。在近10年内，我国已建成陕京管线、涩宁兰管线、兰成渝管线以及西气东输管线等十几条重大长输管线，预计今后10－15年内，我国共需各类油气输送干线用钢管约1000万吨。
随着管道输送压力的不断提高，油气输送钢管也相应迅速向高钢级发展，20世纪60年代一般采用X52钢级，70年代普遍采用X60－X65钢级，近年来以X70为主。X80也已开始大量使用。在国外，如德国、加拿大、日本和意大利在X80乃至更高钢级管线钢的研究应用方面已经有很多实践经验。世界著名的大石油公司积极开展X80及X80以上钢级管道钢的开发和应用研究：德国Ruhr Gas公司在1992和1993年采用Europipe生产的X80钢管分别建成了两条100多公里的输气管道。加拿大Trans Canada管道公司(TCPL)一直积极推动高钢级管道钢的应用，X80钢管已成功应用到几条管线中，其中包括Alberta省北部永久冻土地区管线，2002年TCPL在加拿大建成了一条管径1219mm、壁厚14.3mm的X100钢级的1公里试验段，同年，新版CSZ245－1－2002首次将Grade690(x100)列入加拿大国家标准。意大利SNAM公司用Europipe公司生产的X100、X80与X70钢级进行对比试验，认为X80的现场焊管可以采用与X70相近的工艺，而X100则有所不同，但只要采取适当措施也可获得满意结果。
挪威STATOIL公司对新日铁、住友金属、NKK和Europipe等公司提供的X80钢级钢管进行了用于海底管道的可行性研究，获得了满意结果。日本NKK、新日铁、住友、川崎和欧洲钢管公司已经开发出X100管道钢管。Exxon Mobil公司1996年分别与新日铁和住友金属签订了共同开发X120管道钢的协议，2001年已经全面完成。2004年，Exxon Mobil公司在加拿大进行了X120钢管1.6公里试验段的铺设。
随着国内对石油以及对作为洁净能源的天然气的需求迅猛增长，为了提高管道输送能力，降低管道建设成本和运行成本，迫切需要大规模采用高强度管线钢。为了保证高强度管线钢产品尽快投入工程应用，同时保证管道的安全可靠性，关键是要注重在进行产品开发的同时，大力开展新产品的工程应用基础研究。
在西气东输等重点工程立项后，石油和冶金行业联合开展了一系列相关的研究工作，如“大口径输气管道工程用高钢级管材国产化”、“油气输送管线管材选用研究”、“高钢级管材组织性能及断裂控制研究”、“油气输送管线安全可靠性研究”、“大口径感应加热弯管和三通生产工艺技术研究”等。这些项目的研究，不仅促进了国内X70管线钢产品的研究开发，也保证了西气东输等重要工程用管材的质量和管道的安全可靠性。
对于X80高钢级管材的研究和应用，石油与冶金行业已开展了十余项国家基础攻关、应用基础研究和技术开发，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。宝钢、武钢、鞍钢等大型企业都相继成功开发了X80热轧板卷和宽厚钢板；宝鸡、华北、巨龙等工厂相继成功开发了X80螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管。中油集团公司正在积极实施X80管线钢应用工程项目。
二、国内X80管线钢的研究及生产现状
1．X80管线钢的开发及应用基础研究
我国在开发X80管线钢时采用“开发和应用并举”的原则。正在开展的X80管线钢应用基础研究课题内容包括：X80管线钢的组织与性能研究；高钢级输气管道的断裂控制研究；X80管道现场环焊接头焊接工艺优化及焊材选用；X80管道现场冷弯管成形工艺及控制指标；X80高强度管件生产工艺及质量控制技术；X80管道安全可靠性分析方法与评价技术等。
此外，我国借鉴西气东输管道标准及成功的实践经验，在进行大量应用基础研究的基础上，对X80钢板、板卷、SSAW焊管和LSAW焊管的关键技术指标进行了研究，并制订了相关产品技术标准。
2．X80管线钢的质量状况
中石油管材研究所与日本JFE、韩国POSCO以及国内武钢、宝钢、华北管厂、宝鸡管厂等单位合作开展了X80管线钢的研究开发工作。尽管部分性能测试结果存在差异，但几家工厂生产的X80管线钢产品都能够满足API SPEC 5L标准要求。
除了宝钢与武钢已完成了X80管线钢的研制以外，鞍钢和舞阳钢铁公司也已试制了X80热轧钢板，并在巨龙钢管公司完成试制了直缝埋弧焊管(JCOE)。
有关X80管线钢应用工程用焊管的进一步研究工作正在进行之中。
三、X80管线钢应用中应关注的几个关键问题
针对X80管线钢应用中的关键问题开展研究，对于X80高强度钢管产品技术标准制订和产品质量验收都非常重要。目前应着重关注的问题包括：
1.X80管线钢成分、组织与性能相关性的研究
与X70管线钢相比，X80管线钢成分进行了调整，显微组织结果进一步优化，化学成分的差异，导致管线钢力学性能的差异。进一步研究高强度管线钢成分、组织与性能之间的内在联系，通过恰当的工艺可以获得组织和性能优异的X80管线钢。
2．高钢级管线钢管包申格效应以及屈强比的研究
研究高钢级管线钢包申格效应与屈强比的关系，以及屈强比与管道的形变容量、极限载荷和缺陷容限尺寸之间的关系，对于强度、韧性、屈强比以及临界缺陷尺寸等验收指标的确定十分重要。
3．高钢级管线钢管DWTT异常断口的评判技术研究
加强技术交流与合作，在高强度管道钢管的DWTT异常断口评判技术及标准验收指标方面达成共识，对于DWTT评价指标的合理验收以及高强度管线钢的工程应用都非常重要。
4．高钢级管线钢管断裂控制问题
高强度、高韧性管线钢的断裂控制一直是国际上研究的热点，中石油管材研究所等单位在这一领域的研究工程一直在持续进行。
5．高强度管道环焊缝焊接工艺及强度匹配问题
对于X80以上高强度管道，如果环焊缝采用高匹配，会带来焊接工艺复杂、现场焊接难度大等问题。高强度管道环焊缝强度匹配对管道承载能力、环焊缝缺陷容限尺寸和形变能力以及环焊缝氢致裂纹倾向等的影响，还需要进一步的研究和评估。
6．高强度管道钢管现场冷弯管制造和控制技术
由于高强度管线钢特殊的包申格效应，冷弯后钢管性能如何变化，对管线安全使用有何影响，冷弯管加工工艺、控制措施以及最大许用弯曲角度指标等是工程应用中需要解决的重要问题。
7．高强度感应弯管制造存在的问题
X80感应弯管，其关键技术仍在于母管合金成分设计以及热处理加工工艺的优化，对于局部加热制造弯管，还应考虑弯管过渡区性能的检测和评估。
