收稿日期:2005-11-10作者简介:潘丽梅(1977～),女,助理工程师,从事板带钢生产技术研究工作。

国内管线钢标准应用现状分析潘丽梅谢艳峰　(首钢技术研究院　北京　100041)(冶金工业信息标准研究院　北京　100730)吴建伟(中国标准出版社秦皇岛标准资料发行所　河北秦皇岛　066001)摘　要:简要介绍了国内管线钢的组织分类及其特性要求,并对国内管线钢目前应用标准情况进行了分析研究。

关键词:管线钢;特性;标准应用中图分类号:TG 335.7　文献标识码:B 文章编号:1003-0514(2005)06-0030-03The actuality analyses about internal pipeline steel standard applicationPAN Li -mei(Shougang Research Institute of T echnology ,Beijing 100041,China )XIE Y an -feng(China Metallurgical In formation &S tandardization Research Institute ,Beijing 100730,China )W U Jian -wei(S tandards Press of China ,Qinhuangdao S tandards Fiter Issue Depantment ,Qinhuangdao 66001,China )Abstract :Introduce the internal pipeline steel structure and characteristic ,and analysis the present situation about the inter 2nal pipeline steel standard.K ey w ords :pipeline steel ;characteristic ;standard application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,管线钢主要采用的X52、X60、X65级热轧板卷大多数由宝钢和武钢生产供应。

“八五”期间成功研制和开发了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。

目前针对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。

本文针对目前国内管线钢标准应用现状进行了系统研究。

1　管线钢的组织分类及其特性随着合金设计、冶炼水平和轧制工艺的发展,具有不同特性,适用于多种条件的管线钢已经生产,它应用了微合金钢发展的一切成果。

铁素体-珠光体组织为第一代微合金管线钢,强度级别X42-X70;针状铁素体管线钢为第二代微合金管线钢,强度级别范围可覆盖X60-X90。

其中管线钢的组织结构是决定其使用性能和安全服役的内部根据。

目前,按照组织形态归类,管线钢具有以下3种典型的类型:1.1　铁素体-珠光体钢和少珠光体钢60年代后期在国外发展起来的第一代管线系列钢(X52-X70强度级),称为铁素体-珠光体管线钢。

03冶金标准化与质量 第43卷　它以高纯净(S≤0.010%,N≤60ppm,N+O+P+S≤150ppm)和细晶粒(10～15μm)的铁素体+(5%～15%)珠光体为基体,综合使用了微量碳(C0.05%～0.10%)和微量的铌、钒、钛(Nb+V+T i≤0.12%)。

国产的X52-X65级管线钢为控轧C-Mn-Nb-T i 或C-Mn-Nb-T i-V系列铁素体-珠光体型微合金钢。

少珠光体管线钢的典型化学成分有Mn-Nb、Mn-V、Mn-Nb-V等。

一般含碳量小于0.1%,Nb、V、T i的总含量小于0.10%,代表钢种是60年代末的X56、X60和X65。

这类钢突破了传统铁素体-珠光体钢热轧正火的生产工艺,进入了微合金化钢控轧的生产阶段。

具有铁素体-珠光体和少珠光体的管线钢,通过采用微合金化和控制轧制等强化手段,在保证高韧性和良好焊接性的条件下,可将20mm的宽厚板提高到500～550MPa的极限水平。

1.2　针状铁素体和超低碳贝氏体钢典型成分为C-Mn-Nb-M o,一般碳含量小于0.06%。

为了把碳当量保持在较低水平上,强度在X70级以上的制管带钢必须采用贝氏体-铁素体组织,钼合金化是获得这种组织最成功的技术。

依靠成分调整、降碳、提锰和添加M o以及轧后采取较高的冷却强度,易形成这种贝氏体类型的铁素体组织,是X65-X80级高强度韧性管线钢的主要成分规范。

针状铁素体钢通过微合金化和控制轧制,综合利用晶粒细化、微合金化元素的析出相与位错亚结构的强化效应,可使钢的屈服强度达到650MPa以上,-60℃的冲击韧性达80J。

针状铁素体管线钢是西气东输工程选用的管线钢种。

这种钢从合金设计、冶炼工艺、轧制工艺到管材显微组织状态都与第一代的管线钢不同。

该钢特征是进一步提高纯净度(C≤0.05%、S≤0.005%、P≤0.010%、N≤30ppm、P+S+O+N≤100ppm),使用钙处理硫化物,在连铸过程中采用电磁搅拌和动态软压下措施。

在钢的基体中加入微量钼(0.2%～0.4%)以促使针状铁素体的形成,并用适量铜、镍、铬强化基体;在高温动态再结晶临界温度上下温度区间进行控制轧制,通过在线强制加速冷却,进一步细化晶粒(平均3～8μm),使其铁素体基体的均匀化程度提高,位错密度增加。

这种钢具有比铁素体-珠光体型管线钢更好的焊接性能(Pcm≤0.20),对脆性断裂、硫化氢或二氧化碳引起的阳极腐蚀(点蚀)、应力腐蚀(SCC)、硫化氢应力腐蚀断裂(SSC)、氢诱发裂纹(HIC)、延性断裂(DDF)6个方面的“抗力”也比其它钢种高得多。

超低碳贝氏体钢在成分设计上,选择了C、Mn、Nb、M o、B、T i的最佳配合,从而在较大冷却速度范围内都能形成完全的贝氏体组织。

超低碳控轧贝氏体钢的屈服强度可望提高至700～800MPa,因而超低碳贝氏体钢被誉为21世纪的控轧钢。

与铁素体-珠光体和少珠光体管线钢相比,针状铁素体和超低碳贝氏体钢具有不同的强韧化方式。

控制针状铁素体或低碳贝氏体强韧性的“有效晶粒”是贝氏体铁素体板条束。

铁素体板条束的大小,不但可以借降低再加热温度、形变量和终轧温度等控轧参数来获得,而且还可以通过改变冷却速度等控冷参数来进行控制,因而针状铁素体或超低碳贝氏体钢的“有效晶粒”尺寸将大大细化。

1.3　低碳索氏体钢从长远的观点看,未来的管线钢将向着更高的强韧化方向发展。

如果控制轧制技术满足不了这种要求,可以采用淬火+回火的热处理工艺,通过形成低碳索氏体(Low Carbon S orbite)组织来获得。

2　国内管线钢标准应用现状分析2.1　管线钢标准应用现状油气输送钢管技术标准从制定方和适用范围方面进行划分,可分为国际标准、国家(地区)标准、行业标准、企业标准等。

如IS O3l83属国际标准,G BΠT 971l是国家标准,API SPEC5L可认为是行业标准, DNV OS-F1O1可认为是行业标准或企业标准,西气东输分公司制定的X Q15-2003是企业标准。

按标准所涵盖的内容划分,可以将输送钢管标准划分为两类:一类是仅限于钢管产品的标准如API SPEC5L、G BΠT97ll、IS O3l83等;另一类是管线系统标准如DNV OS-FI O1、CS A Z662等,在这些管线系统的标准中,除了将钢管产品作为标准内容的一部分外,标准中还涉及了作为管线系统的其它部分,如管线的设计、安装、甚至操作和维护等等内容。

目前在我国使用的油气输送钢管的主要技术标准有API SPEC5L、G BΠT97l1、DNV OS-F101,经常涉及到的标准还有IS O3l83、CS AZ662等,大致情况如下:(1)API SPEC5L(管线管规范)是美国石油学会制定的一个被普遍采用的规范。

规范仅仅针对钢管产品,不包括管线的设计、选用或安装等。

传统上API SPEC5L的技术要求比较合理,兼顾了管线钢的13　第6期 国内管线钢标准应用现状分析技术要求与制造厂的实际生产可能性,但相对管线与制管技术的发展,API SPEC5L中的技术要求显得比较松,已经很少单独适用于管线项目对钢管的要求。

(2)DNV OS-F101(海底管线系统)是挪威船级社专门针对海底管线而制定的规范。

涉及内容很广泛,包括管线设计、材料、制造、安装、检测、运行、维护等各方面。

单就对钢管的技术要求,通常比API5L 要严格。

(3)IS O3l83-l(-2、-3)(石油天然气工业输送钢管交货技术条件第一部分;A级钢管Π第二部分;B 级钢管/第三部分;C级钢管)是国际标准化组织制定的关于油气输送钢管交货条件的标准,根据钢管不同的服役条件,分成A、B、C三个级别。

该标准也不涉及管线设计、安装等。

技术条款制定得比较全面、详细。

(4)G BΠT9711.1(-2)是中国标准化委员会管材专标委等同采用IS O3l83-l(-2)标准制定的石油工业用输送钢管交货技术条件。

API SPEC5L《管线管规范》和IS O3183(输送钢管交货技术条件)是国际上具有较大影响的管线管规范,相比之下,世界上大多数石油公司都习惯采用API SPEC5L规范作为管线钢管采购的基础规范。

国内按API SPEC5L标准和工程设计要求生产管线钢仅20年历史,但API SPEC5L是一个通用标准,世界各地地理、气候等自然条件差别很大,输送介质的性质也不尽相同,因此,很多石油公司将API SPEC5L 视为一个基础标准,在该标准基础上,根据当地实际情况或管线的具体要求,制订质量技术补充技术规范(技术条件)。

我国西气东输管线钢管的“技术条件”也是以API SPEC5L《管线管规范》为基础,结合西气东输管线的具体情况来制订的。

2.2　目前管线钢标准存在的问题管线钢管目前存在的标准无论是API SPEC5L、G BΠT9711、DNV OS-F101或者IS O3183等等都是经过较长时间反复修订、改进和完善的结果,尽管各个标准存在差异,但各个标准本身都能形成各自独立的比较完整的体系。

作为产品交货验收的条件都是合理完善的。

其中的不足主要表现在大多数管线管标准只是针对钢管产品本身,而不涉及管线的设计、钢管的使用。