管线钢的培训资料

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1、管线钢的培训资料目录1. 管线钢的介绍2. 管线钢的发展历史3. 合金元素在管线钢中的作用4. 涉及管线钢的一些基本概念5. 管线钢的冶炼特点。6. 管线钢对于原料的要求第一章管线钢的介绍用于管道长距离输送油气的钢叫做管线钢，英文pipeline steelo世界经济的 发展集中在能源的竞争。能源结构不断地变化以及能源需求急剧地增长，促进了 石油天然气管道工业的迅速发展，同时决定了管道运输的方式。无论是从战略的 观点，还是从经济的角度出发，高压大口径长输管线已成为油气运输最经济、最 安全的运送方式。天然气输送管线大体可分为两类，即高压长距离输送主干线和沿途分输到各个 主要用户的下游输气管线。前

2、者主要着眼于降低运输成本，使边远地区的天然气 输送到需求地区仍具有较低的成本，应用X7 0以上高强度管线钢就是在这种背景 下产生的。而在干线沿途敷设的分输天然气管线则需要从保证管线绝对安全的出 发选择低强度管线钢管。在人口密集的城市或地址条件不稳定地区敷设天然气管 线，应采用低焊接当量并具有针状铁素体/贝氏体显微组织或具有抗大变形性能 的双相显微组织管线钢，强度级别X65级，D/t50o应参照管线钢管对承受轴 向压缩负载的临界应变量（不发生贯穿破裂的最大应变量）N35t/D的规定来选 择管线钢管。目前，人口城市化已经成为世界的普遍趋势。建设“无灾害城市” 已成为一个重要的国际性课题，其中一个重

3、点就是要确保天然气输送管线的安 全。第二章管线钢的发展历史早期的管线钢一直采用C、Mn、Si型的普通碳素钢，在冶金上侧重于性能，对 化学成分没有严格规定。自20世纪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：C0.20%，合金元素3%5%。随着管线钢的进一步发展，到必0 世纪60年代末70年代初，美国石油组织在API 5LX和API 5LS标准中提出了微合金 控轧钢X56、X60、X65系列。这种钢突破了传统钢的观念，碳含量为0.10%0.14% 在钢中加入0.20%的Nb、V、Ti等合金元素，并通过控轧

4、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 发了X100管线钢，碳含量降到0.01%0.05%，碳当量相应地降到0.37以下，开发 出真正现代意义上的多元微合金控轧控冷管线钢我国管线钢研究起步较晚，一直到到20世纪80年代才相继开发出X65以下级别 的管线钢，均为铁素体+珠光体型，近年来我国高强度级别管线钢的研究发展迅 速，特别是针状铁素体管线钢已能够批量生产，最近刚刚完工的西气东输一期工 程，选用了 X70针状铁素体管线钢，促进了国内管线钢的发展。鞍钢，武钢，宝 钢，济钢，本钢等厂家在管线钢研究方面进步很快，已成功开发出不同需

5、求，不 同规格的管线钢。由于管线钢输送的油气在一定的条件下具有一定的危险性，所以国内外对于 管线钢的安全使用，在不同的时期制订了不同的标准，典型的有瑞典的船级社标 准，美国石油协会标准API等，目前管线钢的标准严格意义上讲，是用户和供货 商双方满意的一个标准。国外总结了天然气管线事故的四大原因，即管线的阳极腐蚀、土方工程破坏、 应力腐蚀、地震滑坡，由于应力腐蚀和地震滑坡引发的故事（合计占事故原因 36%）与管线钢管的材料选用有关，20世纪90年代，在俄罗斯管径为1020mm、1220mm和1420mm的大直径高强 度输气主十线上，由于应力腐蚀发生的事故占输气管线总事故的25%30%。表1是20

6、世纪90年代后期俄罗斯输气管线发生应力腐蚀破裂事故的输气管 段化学成分分析。表1中第13行是俄罗斯标准的钢号，是热轧后常化碳锰系 低合金钢，其显微组织为铁素体+珠光体，强度级别相当API SPEC 5L标准的X60 X65级，从其S和P含量判断，其冶金质量不高。表1中的第47行市当时西 方钢厂按API SPEC 5L标准生产的X70级管线钢，是控制轧制的钒或铌钒微合金 钢，其显微组织应为铁素体+少珠光体，从S和P含量水平判断，其属于高纯净 冶炼的优质钢，强度和韧性都明显高于表1中第13行的俄罗斯产品。表1说 明了两个值得注意的问题：一是相当于X60X65级的低强度、冶金质量不高的 热轧常化低合

7、金钢，从敷设管线到由于应力腐蚀发生破裂，平均服役寿命（18 20年）较优质的X70级高强度控轧微合金钢（914年）增长了 1倍；二是X65 级以下的大直径输气管线没有发生过应力腐蚀破裂事故。俄罗斯学者在2001年 国际会议的报告中说，具有贝氏体+铁素体（即针状铁素体）显微组织的控轧管 线钢具有较高的抗应力腐蚀（SCC）能力。表1俄罗斯20世纪90年代后期输气管线发生应力腐蚀管段化学成分钢级w(C)w(Si)w(Mn)w(P)w(S)w(Cr)w(Mo)w(Al)w(V)w(Nb)w(Ti)w(N)服役年限171C0.1800.2901.4700.0200.0260.1900.0080.0050

8、.009018142C0B0.1700.4501.6500.0150.1000.0500.0200.1000.035018142CA00.1500.3501.5000.0200.0170.0600.0800.007020X700.0920.0970.1800.2801.8001.6000.0270.0180.0050.0030.0500.0300.0200.0200.0200.0500.0100.0040.0040.0040.0200.0200100.1060.1061.7500.0260.0040.2000.0500.0300.0100.0740.0741.7500.0170.0020.04

9、00.0500.0400.013X700.1090.1091.7500.0190.0020.0400.0500.0300.009110.0900.0901.6500.0200.0130.0300.0300.0500.0080.0700.0701.6700.0190.0130.0300.0300.0500.008X700.1000.2001.5500.0220.0030.2100.0100.0100.0600.01009X700.1200.2801.5900.0180.3000.07000.02014加拿大7 X 104cm输气主十管线19851995年发生过11次重大管道破裂爆 炸事故，平均每

10、年发生1次，事故年平均每万千米为0.15次，其中8次为应力 腐蚀或疑似应力腐蚀导致的。我国四川地区从20世纪60年代开始建设天然气管线，因四川气田含硫化氢 和二氧化硫，到20世纪80年代，天然气管线年平均事故为每万千米26次，高 于国际水平。通过对输气管线更新改造，到了 20世纪90年代中期，事故率才下 降到年平均每万千米35次。近年来，随着我国西气东输主干线的运行，沿线城镇如呼和浩特、宁波、青 岛、郑州、三亚、开县、濮阳、宜昌、吉林等地均有天然气管线破裂爆炸起火的 事故发生，只是还没有酿成重大伤亡事故而已。分析近年国内城市地区天然气管 线发生事故的原因可以看出，基本同国外天然气管线发生事故原

11、因是一致的，即 大多数事故是因为在使用天然气的早期由于对于天然气管线的危险性认识不足， 城镇地区的土工作业机械将天然气管线捅破而导致的。对配套的弯管应通过合金设计控制其碳当量，并注意施工现场环焊工艺，使 其焊接热影响区硬度能够得到控制，从管道基体显微组织方面杜绝发生氢致延迟 断裂。根据国外对常规X60X100级管线钢管抗变形临界应变量的测定结果，具 有针状铁素体/贝氏体显微组织的X60X65级直缝埋弧焊管的抗变形性能能够 充分满足日本环境保护厅、API、挪威船级社等组织提出的抗地震、滑坡等地质 灾害的要求。在国内没有解决这种类型试验以前，在城市和地质条件恶劣的地区 应当避免使用高于X65级的钢

12、管敷设天然气高压输送管线以防止发生事故。日本在过去40多年经历强烈地震，而在总里程达20多万千米天然气输送管 线却未曾发生过管线泄漏导致严重事故的经验。日本相关权威介绍，其主要经验 是日本环境保护厅硬性规定，输气管线强度级不得超过X65级，设计安全系数为 0.4，管线设计D/t50等。日本经常遭受地震，对管线（包括焊管和环焊接头） 安全威胁最大的是轴向压缩导致的管线破裂。因此，日本对上游输气管线结构的 要求是，地埋管线在地震引起的相当于二级大地移动作用下而明显变形的情况 下，管线仍能保持输送功能，不发生泄漏。这就要求管线钢管，也包括其现场环 焊接头质量（一般要求高强度匹配）具有较高的塑性变形性

13、能。鉴于上述情况， 日本环境保护厅曾经制定对输气管线抗地震的轴向压缩临界应变（不发生断裂） 的要求。8 =35t/D，式中： 一压曲临界（不发生断裂）应变量；t管壁厚；D一管外径。日本JFE和大阪大学提供的常规管线钢管（直缝埋弧焊管）抗轴向压缩变形 性能比较见图6。可以看出，在这种D/t=50的关系上，只有常规的X60级管道 合格，常规的X80X100级管道的临界应变量8 20.6%，很明显不能满足要求。 至于X70级又是螺旋焊管是否能承受轴向压缩负载就可想而知了。目前国内有一 种舆论说，日本在东京闹市区用X80级管线钢管敷设天然气分输管线，以证明 X80级管线钢管已经可以用在任何场合。事实上

14、日本敷设这条管线使用的是特制 的X80级抗大变形管线钢（见表3），其抗轴向压缩变形能力较常规管线钢管高 50%。在地下40m敷设，而且近视试验性质，管道的管外径/管壁厚（D/t）值为 40.日方还说，试验证明，强度级别高于X65的管线钢管的抗轴向压缩变形能力 达不到日本对抗轴向压缩变形性能要求。然而，尽管日本JFE开发了抗轴向压缩 变形能力很强的抗变形管线钢管系列（见表2,该公司近几年向库页岛及日本本 土地址条件恶劣地区供应的抗变形钢管仍然以强度级低于X65级、D/t50的抗 变形钢管为主（见表3）。表2日本JFE公司开发的抗变形系列管线钢管性能钢中及型号屈服强度/MPa抗拉强度/MPa屈强比加工硬化系数抗变形X65钢HN14556140.740.22抗变形X70钢HN25487240.760.16抗变形X80钢HN35537520.740.21抗变形X80钢HN45797550.770.16普通X65钢LN14815540.810.08普通X65钢LN25165960.870.08普通X65钢LN35576370.870.07普通X65钢LN45786460.900.06表3日本JFE钢厂2000年以来在地址条件恶劣地区供应管线钢管情况管线工程名称施工时间/ 年地区特点钢级管线规