几种典型X80管线钢管及其环焊缝性能研究

环焊缝质量是影响高钢级长输管道安全的重要因素之一。国际焊接研究中心(IWTC)针对几种典型X80管线钢的焊接开展了大量研究,测试了钢管管体和环焊缝的组织及关键力学性能,分析了X80管线钢管环焊工艺及环焊缝性能影响因素,给出了推荐工艺参数、控制措施等。采用焊接热模拟试验研究了2种不同Nb含量的X80钢管的焊接性,分析了Nb含量对焊缝区域微观组织的影响机制。结果表明,国内典型的X80管线钢管均具有良好的性能,其管体性能及焊接性满足工程需要;应采用合理的环焊工艺和质量控制措施以保证焊缝的性能;铌含量较高的X80管线钢具有更优越的焊接性,但必须严格遵从焊接工艺规范。     

高Nb成分X80级管线钢焊接性分析

通过高Nb Cr、高Nb Mo两种成分钢板的制管试验,从夏比冲击韧性、焊接接头硬度、焊缝化学成分等方面对两种成分钢板的焊接性进行了全面的对比.结果表明,Mo元素对焊缝和热影响区的性能改善起着重要作用,其细晶强化作用能有效提高焊缝的强度和韧性.在数据分析的基础上,提出了高Nb成分X80级管线钢焊接工艺的优化建议.     

Nb微合金化对环焊焊接接头热影响区显微组织的影响

为了研究Nb的微合金化(w(Nb)=0.07%~0.10%)对大直径X80管线钢管环焊缝焊接接头热影响区(HAZ)显微组织及性能的影响,通过EBSD、显微硬度和夏比冲击试验分析了两种X80管线钢管环焊缝HAZ显微组织变化、显微硬度分布及韧脆转变特性。通过对比发现,Nb含量严重影响HAZ的贝氏体板条束和贝氏晶粒尺寸,具有较高Nb含量(w(Nb)=0.10%)的组织晶粒尺寸更加细小。研究结果表明,高的Nb含量显著改善了管线钢焊接接头HAZ的冲击韧性和硬度性能。     

深海用X70高强度厚壁管线钢及焊管的开发

为了保证深海油气管线钢管的可靠运行,针对深海用管线钢及钢管性能的要求,通过采用低C、Nb、Ti微合金化和复合添加Ni、Mo等合金元素的成分设计和合理的管线钢热机械控制工艺(TMCP),开发出具有高强度、强低温韧性及良好焊接性能的X70钢级壁厚40.5 mm高强度深海用管线钢和小径厚比(D/t)的Φ762 mm×40.5 mm管线钢管。试验检测结果表明,钢管的强度、韧性、硬度等性能满足相关技术指标要求,具有良好的塑性变形能力和低温韧性。     

螺旋埋弧焊管焊缝韧性

通过生产过程工艺变化及性能试验数据分析,探讨了Q235,B,X80钢材的焊接工艺、焊缝组织、硬度及试验条件等对低、高强度管线钢焊缝韧性的影响,认为母材成分、焊缝组织是提高焊缝韧性的关键因素,在母材成分一定时,降低焊接线能量、加快冷却速度也可改善焊缝组织,提高韧性。     

HTP X70级热轧卷板的研究开发与应用

介绍了化学成分、轧制工艺对HTP X70级热轧卷板的性能影响,以及HTP X70级钢的应用情况。研究表明:低C－Mn－高Nb的HTP钢,随着Nb含量的增加,屈服强度、抗拉强度增加;在低C－Mn－高Nb的HTP钢成分的基础上,加入Mo或以Cr代Mo、以Cr部分替代Mo均可以提高钢的强度,但韧性下降;单独添加Mo,钢的韧性下降最少,其次为以Cr部分代替Mo的钢。随着终轧温度的降低,HTP X70级钢的强度、断裂韧性升高,与低Nb X70级钢相比,HTP X70级钢具有更高的冲击功。随着卷取温度的升高,强度升高,在600 ℃达到最高值;但是随着卷取温度的升高,断裂韧性下降。武钢已批量生产189 832 t HTP X70级钢,批量生产稳定。HTP X70级钢包辛格效应、冷变形导致管体屈服强度下降35 MPa,屈强比下降0.033,韧性下降近18 J,塑性下降3.5%;HTP X70级钢管管体性能、焊缝、热影响区的低温韧性优良。     

X70厚壁海底管线钢管研制

根据我国南海深海管线用钢管的技术要求,开发出了厚壁X70钢级φ765.2 mm×31.8 mm海底管线钢管。通过对钢管进行检测:钢管管体纵向和横向屈服强度≥550 MPa,抗拉强度≥660 MPa,屈强比最低达到0.81,焊缝抗拉强度达695 MPa,均匀延伸率达到了7.6%,断后伸长率达到54%;在-20 ℃下管体冲击功平均值为340 J,焊接接头冲击功平均值最低为168 J;在0 ℃下管体CTOD特征值δm最高达到0.688 mm,焊接接头最小为0.222 mm,热影响区最小为0.280 mm。钢管管体母材、热影响区、焊缝部位的抗氢致开裂、硫化物应力腐蚀及盐雾腐蚀性能良好。试验结果表明研制的X70钢管具有优良的强塑性、低温韧性、断裂韧性及耐腐蚀性能,适用于海洋服役环境的油气输送。     

X120管线钢焊接试验及分析

采用焊接热模拟方法研究了线能量对X120管线钢HAZ韧性的影响,并通过3种不同成分焊丝与焊剂的匹配试验,确定了X120管线钢的最佳焊材匹配方案。以确定的工艺参数对JCO成型的X120管线钢进行了焊接实践,并对焊后钢管的性能进行了分析。研究表明,当线能量为35kJ·cm-1时,X120管线钢HAZ具有最高的韧性值;目前现有的焊接材料较难实现X120管线钢的过匹配焊接,应重点开发X120管线钢专用焊材;与普通管线钢具有较佳的弯曲变形能力不同,X120钢管在8倍壁厚的弯轴直径下弯曲出现裂纹,这主要是因为X120钢管焊缝CGHAZ晶粒长大明显,组织中M/A数量多,呈长条状分布,导致了X120钢管焊缝CGHAZ的脆化。     

正火X60N管线钢的生产实践

为了满足正火X60N管线钢的韧性要求,对管线钢成分进行了设计,选择适当的轧制及热处理工艺,对处理后的钢板进行性能、组织分析。分析结果表明,通过正火后回火的工艺处理,钢板组织转变为铁素体+细小第二相沉淀+退化珠光体类型,钢板屈服强度提升,抗拉强度降低,韧性提升,批量生产的钢板屈服强度均值为431 MPa,抗拉强度为536 MPa,－20 ℃冲击功≥186 J,10 ℃ DWTT剪切面积≥95%;采用低C高Mn + Nb、V微合金化的成分设计,配合轧制+正火（+回火）的热处理工艺,生产出7.6~16 mm规格以热处理状态交货的X60N管线钢,其综合力学性能优异,满足客户订货技术要求。批量生产的钢板经JCOE制管后综合性能优良,满足钢管项目使用要求。     

低碳高铌X80管线钢焊接性及工程实践

低C高Nb高Mn的合金设计已广泛应用于X80管线钢,X80管线钢钢管的直缝焊接以及螺旋缝焊接性能对该合金体系的应用极其重要。热模拟研究结果表明,该合金体系X80管线钢的最佳热输入量应低于30 kJ/cm。相比于普通Nb含量管线钢,高Nb含量设计管线钢的粗晶区(CGHAZ)晶粒尺寸更细;临界粗晶区(ICCGHAZ)并没有粗大的析出物,Nb(CN)的尺寸≤30 nm。直缝焊及螺旋焊X80钢管的大量工业生产数据表明,高Nb X80管线钢热影响区的力学性能,特别是韧性能达到较高的水平,完全满足西气东输二线的技术指标,该合金体系的应用为西气东输二线的成功建成提供了有力保障。     

厚壁高Nb螺旋埋弧焊管现场环焊焊接性评价

为了提升厚壁管线钢板卷的强度和韧性,将高Nb化学成分和热机械控制工艺有机结合。然而高Nb成分对管线钢现场焊接性存在一定影响,因此一些管线钢用户会限制Nb的含量。对工业化生产的高Nb厚壁(23.7mm)螺旋埋弧焊管的现场焊接性进行了评价,开发了窄坡口机械化熔化极气体保护电弧焊(GMAW)焊接工艺,环焊缝的特征证明了这一材料对陆上管道敷设典型现场焊接工艺具有适应性。本研究介绍并讨论此研究的细节和结果。     

X80钢管双连管埋弧环焊用烧结焊剂研制

为了提高X80管线钢管双连管焊缝韧性和焊接工艺性,针对X80管线钢管双连管埋弧环焊工艺,对埋弧焊焊剂进行了优化。以CaF2-MgO-Al2O3-CaO-SiO2渣系为基础,加入稀土硅铁及镍合金等,研制出了一种适合于X80双连管埋弧环焊用烧结焊剂,并按照CDP-G-OGP-OP-081.01—2019-2《油气管道工程焊接技术规定 第1部分》标准进行了X80钢级双连管环焊试焊及焊缝性能检测。结果表明:采用所研制的焊剂配合相应焊丝焊接所得的环焊缝各项性能均能满足管道线路焊接标准要求,且环焊缝具备了良好的强韧性及断裂韧性,焊缝抗拉强度达到690 MPa以上,-10 ℃下焊缝冲击韧性达150 J以上,-10 ℃下焊缝CTOD值超过0.254 mm。     

中俄东线－45 ℃低温环境油气管道工程用X80钢级Φ1 422 mm×33.8 mm感应加热弯管研发

为了解决低温环境下弯管脆断的问题,满足我国长输油气管道低温站场用钢管的需求,针对油气输送用X80钢级直缝埋弧焊管焊接接头在回火热处理后,焊缝金属夏比冲击韧性存在明显回火变脆的现象,对多丝单道焊和单丝多道焊的直缝埋弧焊管焊接接头进行了焊后箱式炉热模拟研究,并选用整体热煨制方式,试制了感应加热弯管,进行了理化性能评价。结果显示,焊缝中细小的针状铁素体板条随回火温度升高而合并粗化,是导致焊缝低温韧性显著降低的原因;采用淬火+回火热处理方法,可有效抑制焊缝夏比冲击韧性随回火加热温度的递增而恶化的趋势;X80钢级Φ1 422 mm×33.8 mm单丝多道焊感应加热弯管母管经淬火+回火热处理后,完全满足－45 ℃低温条件下中俄东线低温管道工程设计要求。     

合金设计对高强HFW焊管用钢强度和韧性的影响

通过对0.08%～0.15%的C-Cr-Mo-B系以及0.15%～0.20%C-Cr-Mo系试验钢组织和性能研究,得到高强HFW焊管用钢合金设计的基本特征——低碳、超低碳的多元微合金设计,着重分析了C含量对组织和性能的影响以及Nb,Mo和B等元素的作用。结果表明,C含量对高强HFW焊管用钢的组织和性能有较大的影响,能够显著提高强度,但会使组织中具有较多的碳化物,对韧性非常不利;Nb,Mo和B等元素具有提高淬透性、实现固溶强化、析出强化和细化晶粒的明显作用。低碳设计是提高韧性的重要因素,通过优化合金设计可以得到P110和Q125高强韧性HFW焊管用钢。     

高强度管线钢力学性能和冶金特性的最新进展

为了提高油气管道的输送效率,降低管道建设成本,并满足复杂环境下油气管道能稳定服役的要求,钢管行业开展了大量的工作来研发冶金和力学性能（强度、韧性及延性）优异的管线钢。介绍了高强度管线钢的最新研究进展以及基于应变设计的管线钢的力学性能。分析了化学成分、显微组织、TMCP工艺和ACC工艺等对管线钢强度、韧性和延性的影响。分析结果表明,新开发的非传统TMCP工艺有助于改善管线钢的力学性能,管线钢的强度、韧性和延性与合金元素的含量相关,最佳显微组织的开发提供了高应变能力应用所需的力学性能。分析结果还表明,对于生产低屈强比、高延伸率和足够韧性的管线钢,传统TMCP和非传统TMCP工艺均是有效的工艺路线。     

大应变管线钢和钢管的关键技术进展及展望

油气管道工程在途经地震带、滑坡带、矿山采空区、沉陷带等特殊地质环境时，使用的大应变管线钢和钢管的研制及应用配套技术是国际上研究的热点之一，也是我国重要油气管道工程必须破解的重大难题。为此，围绕大应变管线钢和钢管研发应用中的一系列关键技术难题，通过十余年的联合攻关，取得了多项理论技术创新。主要成果包括：①提出了应用多个不同的应力比、屈强比、均匀延伸率等参数联合表征和评价钢管变形行为的方法，建立了X70HD/X80HD大应变管线钢和钢管新产品技术指标体系和标准；②研发形成了X70HD/X80HD钢板制造成套技术，获得了兼备低屈强比、高均匀伸长率、高应力比、高强韧性的大应变钢板；③研发形成了X70HD/X80HD JCOE和UOE大应变直缝埋弧焊管制造技术，解决了钢管母材和焊缝性能合理匹配及成型、焊接、扩径、热涂覆过程性能劣化难题；④自主研制了钢管内压+弯曲大变形实物试验装置，研发形成了钢管实物模拟变形试验技术。X70HD/X80HD大应变管线钢和钢管在西气东输、中缅管道等重大输气管道工程中实现了规模化应用，取得了良好的应用实效。根据复杂地质条件管道建设与长期安全运行的新要求，提出了进一步发展基于应变的管道设计新方法，研发或完善与环焊缝强匹配要求相适应的焊接方法、焊接材料、焊接工艺、环焊缝性能质量及缺陷控制要求等配套技术的建议。     

高强度管线钢的发展和挑战

随着石油、天然气消费量的增长,石油、天然气输送管线的重要性显得越来越突出.为了实现安全、经济的输送,管线钢钢管起到重要的作用.针对长距离高压输送管线的发展带来的对高强度钢管的巨大需求,论述了X70级钢管在全球的主要管线工程中的应用以及X80及其以上级别钢管技术的发展状况,指出:要实现X80及以上级别钢管的应用,还有很多工作要做,例如高强度管线钢的综合性能、断裂韧性、止裂性能的研究及焊接设计等,此外,还要完善和建立钢管性能标准、设计标准、施工标准等.     

高强度X100管线钢自动焊接技术研究

为了获得X100高强度管线钢管环焊缝焊接接头的各项性能,在对X100高强度管线钢化学成分、力学性能分析的基础上,结合选定的焊接工艺方案,对该管线钢管环焊缝焊接接头的强度、冲击韧性、硬度、断裂韧性（CTOD）和抗氢致开裂（HIC）等进行了试验分析。结果表明,X100高强度管线钢具有良好的焊接性能,焊接接头的各项性能指标均满足管道运行安全要求,所选用的焊接材料、焊接方法和工艺参数可用于该管材的现场焊接。     

基于应变设计的UOE与螺旋焊管的评价

基于应变设计的极地管线对管体的性能有严格的要求。对采用UOE和螺旋焊工艺生产的X80输送管进行了比较,由于冷扩径UOE工艺具有一定程度的应变强化,因此,UOE钢管相比螺旋焊管对于钢管涂敷更为敏感。UOE钢管具有管体纵向与管体横向强度更为均衡的优势,管体横向的强度更高一些,使其能够达到钢级的最小规定强度的要求;而管体纵向的强度更低一些．能够实现环焊缝的过匹配。对于基于应变设计,2种类型的钢管既有优势也有劣势,在低温涂敷作业时,UOE钢管能够保持良好的形变强化能力。     

宝钢管线钢的发展回顾

回顾了过去15年间宝钢管线钢的发展。通过对高强度高韧性管线钢、具有抗HIC性能管线钢和大口径输气管线用厚规格的针状铁素体X70级管线钢的研究开发，形成宝钢X系列管线钢的成分和工艺体系。产品质量稳定，已应用于西气东输管线、忠武输气管线、土耳其输气管线等国内外重要管线工程。