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1、当前国内管线钢发展应用状况探析第一部分：前言第一部分：前言近年来随着我国管线钢市场的迅速发展，国家产业部门也出台了鼓励管线钢产业向高技术含量产品发展的政策，使得投资者对管线钢市场的关注也越来越密切，管线钢市场前景广阔，也让管线钢市场推广策略与营销渠道开发的研究需求增大，所以进行管线钢系统的市场调研成为企业了解管线钢市场的必要手段。本文将从包括管线钢的技术特点、市场发展、下游需求、国家政策、宏观视野等各个方面，为涉业在管线钢市场中的企业提供参考信息及决策依据。第二部分：管线钢的概念篇第二部分：管线钢的概念篇（一）管线钢的相关知识1、什么是管线钢要了解管线钢的含义，我们可以先来个拆字的游戏：把“管
2、线钢”这个名词的字拆分为：“管线”和“钢”来帮助理解，“钢”指的是中厚板/带卷，被称为管线用钢，通过加工把它们卷成大口径的管型，然后再通过焊接把这些独立的钢管连成一条管道线，用于输送石油、天然气，这样用处的钢统称为管线钢，管线钢是加工管线钢管的材料。一般采用中厚板形式的管线钢来制做厚壁直缝焊管，而板卷形式的管线钢主要用于生产直缝电阻焊管或埋弧螺旋焊管。如图所示：管线钢的规格目前从 X56X120 不等，如何理解呢？以 X80 为例：X80 即管线钢最小屈服强度 80000psi（552MPa），取美制单位屈服强度最小值前两位。psi 英文全称为 poundspersquareinch。P 是磅
3、（pound），S 是平方（square），I 是英寸（inch）。把所有的单位换成公制单位就可以算出：1bar14.5psi,1psi=6.895kPa=0.06895bar（欧美等国家习惯使用 psi 作单位）。2、管线钢的技术级别随着现代冶金技术和装备水平的不断进步，管线钢的生产制造工艺在炼钢上采用了超低碳、超低硫、夹杂物形态控制的纯净钢冶炼技术，在热轧方面采用优化的控轧控冷的热机械处理技术，通过合理的成分设计和工艺控制得到最佳的显微组织，可满足石油天然气管道建设用高等级管线钢所需的高强度、高韧性和良好焊接性等综合性能。早期的管线钢一直采用 C、Mn、Si 型的普通碳素钢，在冶金上侧重于
4、性能，对化学成分没有严格的规定。自 60 年代开始，随着输油、气管道输送压力和管径的增大，开始采用低合金高强钢（HSLA），主要以热轧及正火状态供货。这类钢的化学成分是：C0.2%，合金元素35%。随着管线钢的进一步发展，到 60 年代末 70 年代初，美国石油组织在 API5LX 和 API5LS 标准中提出了微合金控轧钢 X56、X60、X65 三种钢。这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为 0.1-0.14%，在钢中加入0.2%的 Nb、V、Ti 等合金元素，并通过控轧工艺使钢的力学性能得到显著改善。到 1973 年和 1985 年，API标准又相继增加了 X70 和 X80 钢，而后又开发
5、了 X100 管线钢，碳含量降到 0.01-0.04%，碳当量相应地降到 0.35 以下，真正出现了现代意义上的多元微合金化控轧控冷钢。API：美国集石油勘探、开发、储运、销售为一体的行业协会性质的非营利性机构。主要活动之一就是制定和修订 API 标准，涉及石油行业的各个领域，具有全面性、系统性、领先性和权威性，在世界各地广泛使用。3、管线钢的化学成分举例为保障管线的安全可靠性，在提高管线钢强度的同时，还要相应提高其韧性，管线钢在成分设计上，大体上都是低碳、超低碳的 Mn-Nb-V（Ti）系，有的还加入Mo、Ni、Cu 等元素。现代冶金技术可以使钢具有极高的纯净度、均匀性和超细化晶粒，以下以几
6、个标准管线钢规格为例，列举它们的化学成分：4、管线钢的性能要求因为管线钢主要用于输油、气管道，而由于石油和天然气本身的特殊性，所以要求输送用管道的材质必须具备几个特性要求：较高的耐压强度、较高的低温韧性、优良的焊接性能。具体表现在：(1)高强度为了提高输送效率，提高输送压力和输送管径，在管线设计方面，对管线钢的强度要求越来越高，包括拉伸强度和屈服强度，强度随材料成分的不同变化不同，处理状态不同，强度变化也很大。(2)高韧性韧性是管线钢的重要性能之一，包括冲击韧性、断裂韧性等。韧性的提高受到强度的制约，因此管线钢生产常常采用晶粒细化的强韧化手段，即可提高强度又能提高韧性。另外，夹杂物对管线钢的韧
7、性具有严重的危害性，因此降低钢中有害元素含量并进行夹杂物的变形处理是提高韧性的有效手段。(3)良好的焊接性钢的化学成分对高强度钢的焊接性有直接的重大影响，提高焊接性能的有效措施是降低 C、P、S 含量和选择适当的合金元素，适当控制 Ti、Al 等的氮化物和 Ti 的氧化物对降低淬硬性和防止冷裂纹及提高韧性有好处。钢的焊接性是指材料对焊接加工的适应性，即在一定的焊接条件下获得优质焊接接头的难易程度，它包括结合性能（在焊接加工时金属形成完整的焊接接头的能力）和使用性能（已焊接成的焊接接头在使用条件下安全运行的能力）。现代石油天然气输送工程要求管线钢具有高强度、高韧性、良好的焊接性、成形性及一定的抗
8、腐蚀能力。这就要求钢质纯净度高、组织成分均匀，性能稳定。（二）管线钢的用途管线钢大规模用于制造钢管，可应用为专门输送石油、天然气的特殊钢管，其材质是管线钢，所以这类钢管也叫管线管，或者管线钢管。当今管线钢主要用于加工制造输送油、气的管线和管道，输气管线的材料主要是管线用钢，随着近年来天然气使用量的不断增加，输气管线发展速度已超过输送石油等液体的管线发展速度。但是，由于天然气田大多集中在荒漠、极地冻土带及海洋等边远地区，也对对管线钢的可靠性和经济性提出了更高要求。第三部分：管线钢的生产篇第三部分：管线钢的生产篇（一）管线钢的国外生产情况1、国外 X100 及以上钢级管线钢专利技术国际大型钢铁公司
9、及相关企业从 20 世纪 90 年代就开始了 X100 及以上钢级高性能管线钢的研发和试应用，目前已经取得了许多成功经验，进行了小规模试生产，并相应地公开了一些专利，如日本新日铁、JFE、住友金属和 NKK 公司，加拿大 IPSCO（伊普斯科钢管）公司，美国 ExxonMobil（埃克森美孚石油）公司，韩国浦项（POSCO）公司等。这七家公司所公开的 X100 及以上钢级管线钢的典型专利，对我国 X100 及以上高钢级管线钢的研发有一定的借鉴和参考价值。2、专利和工艺特点高钢级管线钢管一般都是在高压下运行于地理环境复杂、温度地寒地带，因而对管线钢的强度和韧性，尤其是低温韧性、抗腐蚀介质氢致裂纹
10、性、焊接性提出了很高要求。所以，虽然 7 家公司公开的都是生产 X100 及以上钢级管线钢专利，但申请公开专利时，这些公司提出申请专利的切入点又各不相同。ExxonMobil 公司旨在提高管线钢强度、焊接性和 HAZ（焊接热影响区）韧性；IPSCO 公司注重析出细化晶粒，改善微观组织结构，从而提高钢的强韧性；JFE 公司侧重于如何提高管线钢耐消除应力退火性能；NKK 公司主要解决管线钢 HIC（氢致裂纹）问题；新日铁公司主要防止在使用管线钢制管时存在的包辛格效应问题；POSCO 公司主张严格控制钢中 Mn 含量，解决低温相变时存在的氢致裂纹，导致抗氢致裂性能恶化问题；住友金属公司专利意在提高管
11、线钢 SATT（塑性断裂转变温度）和 DWTT（落锤撕裂试验）性能，改进 HAZ 韧性。此外，除 X100 级管线钢外，新日铁、ExxonMobil、住友金属和 POSCO 等公司还申报了 X120 以上钢级管线钢专利，在未来敷设输送天然气和石油的管线采用更高级钢级是必然趋势。(二)管线钢的国内生产情况近几年来，我国石油天然气管道工程发展迅速，带动了管线钢产量的大幅提高。从管线钢的品质特性来看，我国已从 20 世纪 80-90 年代的铁素体珠光体微合金管线钢发展到目前的针状铁素体管线钢，完成了第一代产品到第二代产品的转变。随着 X80级别管线钢的批量生产和 X100、X120 管线钢的试制成功
12、，我国已具备了 X52-X120 管线钢的生产能力。目前，世界范围内已建成了多条 X100 试验段，随着研究开发的进一步深入，X100 管线钢有望在未来的天然气管道项目中得到广泛应用。1、国内生产管线钢的钢厂管线钢生产技术代表和体现了一个钢铁企业的生产控制水平、质量保障水平和综合技术水平。我国管线用钢的应用和生产起步较晚，从 80 年代开始按 API 规范开展专用管线管的开发和研制，90 年代开始进行 X60 和 X65 管线管的工程应用，进入 21 世纪在我国“西气东输”一线应用了 X70 针状铁素体管线管，二线天然气管道工程则应用了高强度高止裂韧性的 X80 管线钢。国内能生产符合 API
13、5L 标准的管线工程设计要求的管线钢的钢厂首推宝钢，武钢、鞍钢、首钢、南钢、太钢、马钢、沙钢、本钢等国内许多钢厂均具备批量生产 X80 管线钢的能力，并且大量运用于西气东输二线工程，达到国际先进水平，迄今为止等级最高的 X120 管线钢已在宝钢试制成功，其强度比 X80 提高 50%，可使钢材使用量(厚度)综合下降 10%20%，从而减少运输费用。2、主要大钢厂管线钢生产情况（1）宝钢宝钢是目前国内生产管线钢最大规模和最高利用的代表钢厂，宝钢管线钢的发展过程代表了中国现代管线钢技术进步的发展历程。在过去不到 20 年的时间里中国的管线钢从无到有不断发展，在长输管道建设中应用的钢级逐步提高级别，
14、跨越了国际管线钢将近 50 年的发展历程，赶上了国际管线钢和管道建设发展的技术主流。宝钢极大地促进了中国现代高等级石油天然气管道建设的发展。宝钢从上世纪 90 年代初开始进行 X 系列管线钢的开发和试制，目前已拥有从低端到高端输送管线焊管用管线钢板卷系列生产能力，近 20 年来宝钢已为国内外管道工程累计生产了 560 多万吨的管线钢产品。近期宝钢 X120 管线钢的试制成功，使宝钢登上了管线钢制造技术的巅峰，虽然在未来的 23 年内，X120 管线钢还不会立刻投入中国市场，但随着国家开发能源资源的项目启动，对于管线钢技术水平的不断升高的要求趋势，这一级别的管线钢一旦投入运用，需求量将会很大。（
15、2）武钢武钢从上世纪八十年代开始，率先在国内进行石油天然气输送管线用钢的研制与开发，经过近三十年的研制、生产及设备不断改造更新，其生产能力和实物水平都得到了很大提高，冶炼成分可控制在比较窄的范围，批量生产时钢中硫含量可做到 8ppm及以下。武钢研制和生产的管线钢具有高纯净度、高韧性、良好的焊接性能和抗硫化氢腐蚀性能。武钢自主开发的 26.4mm 厚规格 X80 管线钢由中石油南京巨龙钢管有限公司制成直缝埋弧焊管，经全面理化性能检验，钢板、钢管的各项性能指标全面满足我国西气东输三线工程的技术条件要求。从 1983 年开始，武钢先后为宝鸡石油钢管厂、沙市石油钢管厂、资阳钢管厂等以及印度、美国、伊拉
16、克、伊朗、印尼等 20 余家国内外钢管厂提供了管线钢板、卷 500余万吨，用于制作螺旋、直缝埋弧 ERW 电阻焊接钢管。产品成功应用于西气东输、川气东送、中亚、陕京二线、忠武、冀宁、西部原油、中哈、苏丹等数条长输管线，为国家的管道建设和出口创汇作出了突出贡献。（3）鞍钢由于受装备水平等方面的限制，在上世纪末，鞍钢管线钢的生产几乎是个空白。打破国外产品垄断，关系国计民生，国家必须拥有一批有实力有影响有责任的大企业，鞍钢随着“九五”和“十五”技术改造项目的陆续投产或调试，开发生产高级别管线钢的装备条件已经具备。2002 年，鞍钢热轧带钢厂批量生产 5000 吨西气东输工程制管用 X70 管线钢热轧卷板，生产工艺和实物性能稳定，实物质量达到宝钢同类产品实物水平，瓦解了国外钢铁企业的垄断堡垒。鞍钢针对不同管线工程的技术要求，合理设计化学成分，全线转入了 X60、X65 高钢级、多品种管线钢的开发生产工作。截至目前，鞍钢在国内已率先成功研制开发X100 管线钢，使管线钢钢级形成了 X60、X65、X70、X80 和 X100 的系列化，为角逐国内外高端管线钢市场奠定了坚实的
