管線鋼生產(chǎn)技術(shù)、現(xiàn)狀 和發(fā)展趨勢(shì),陳軍利 2007年6月,內(nèi) 容,國(guó)內(nèi)管線發(fā)展?fàn)顩r及未來(lái)需求預(yù)測(cè) 管線鋼發(fā)展歷史 管線鋼分類(lèi)和技術(shù)要求 管線鋼生產(chǎn)技術(shù) 國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀 管線鋼未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),國(guó)內(nèi)管線發(fā)展?fàn)顩r及未來(lái)需求預(yù)測(cè),1.國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 管線鋼主要用于加工制造油氣管線。油氣管網(wǎng)是連接資源區(qū)和市場(chǎng)區(qū)的最便捷、最安全的通道，它的快速建設(shè)不僅將緩解我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)膲毫?，而且有利于保障油氣市?chǎng)的安全供應(yīng)，有利于提高我國(guó)的能源安全保障程度和能力。 同石油一樣，我國(guó)也將從境外的俄羅斯、中亞國(guó)家進(jìn)口天然氣，并通過(guò)東南沿海港口進(jìn)口液化天然氣（LNG）。為了把這些天然氣輸送到主要的消費(fèi)區(qū)域，建設(shè)輸送管線是必不可少的。目前“西氣東輸”項(xiàng)目已經(jīng)建成，今后還將建設(shè)的主要管線有陜京二期、中俄天然氣管線（東線、西線）、以及中亞或俄羅斯至上海天然氣管線，最終與“西氣東輸”管線形成“兩橫、兩縱”的天然氣干線。,國(guó)內(nèi)管線發(fā)展?fàn)顩r及未來(lái)需求預(yù)測(cè),2.未來(lái)需求預(yù)測(cè) 目前，原油、天然氣管網(wǎng)已經(jīng)具有相當(dāng)規(guī)模，成品油輸送管道相對(duì)較少，目前僅占全部輸送量的40，將來(lái)計(jì)劃修建3萬(wàn)km，管徑在500mm左右，壁厚在10mm以下，以X65為主。未來(lái)10年，我國(guó)將建設(shè)5萬(wàn)km的油氣管道，平均每年需要鋪設(shè)近5000km，每年天然氣管道需要鋼材近400萬(wàn)t。,國(guó)內(nèi)管線鋼發(fā)展?fàn)顩r及未來(lái)需求預(yù)測(cè),2.未來(lái)需求預(yù)測(cè) 隨著管道輸送壓力的不斷提高，油氣輸送鋼管也相應(yīng)迅速向高鋼級(jí)方向發(fā)展。在國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家，20世紀(jì)60年代一般采用X52鋼級(jí)，70年代普遍采用X60X65鋼級(jí)，近年來(lái)以X70為主，而國(guó)內(nèi)城市管網(wǎng)以X52、X65為主。目前國(guó)內(nèi)主干線輸氣管最大壓力為10MPa，最大直徑能夠達(dá)到10161219mm，以X65、X70應(yīng)用為主，X80也有應(yīng)用，但用量不多。隨著國(guó)內(nèi)輸氣管的延長(zhǎng)和要求壓力的提高，X70、X80將成為主流管線鋼。,管線鋼的發(fā)展歷史,1. 國(guó)外管線鋼的發(fā)展歷史 60年代以前、采用C、Mn、Si 型的普通碳素鋼, 在冶金上側(cè)重于性能, 對(duì)化學(xué)成分沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定。 自20 世紀(jì)60 年代開(kāi)始, 隨著輸油、氣管道輸送壓力和管徑的增大, 開(kāi)始采用低合金高強(qiáng)鋼(HSLA) , 主要以熱軋及正火狀態(tài)供貨。這類(lèi)鋼的化學(xué)成分: C0.20%, 合金元素3%5%。 隨著管線鋼的進(jìn)一步發(fā)展, 到20 世紀(jì)60 年代末70 年代初, 美國(guó)石油組織在API 5LX 和API 5LS 標(biāo)準(zhǔn)中提出了微合金控軋鋼X56、X60、X65 系列。這種鋼突破了傳統(tǒng)鋼的觀念, 碳,管線鋼發(fā)展歷史,含量為0.10%0.14%, 在鋼中加入0.20%的Nb、V、Ti 等合金元素, 并通過(guò)控軋工藝使鋼的力學(xué)性能得到顯著改善。 到1973 年和1985 年, API 標(biāo)準(zhǔn)又相繼增加了X70 和X80 鋼, 而后又開(kāi)發(fā)了X100 管線鋼, 碳含量降到0.01%0.05%, 碳當(dāng)量相應(yīng)地降到0.37 以下, 開(kāi)發(fā)出真正現(xiàn)代意義上的多元微合金化控軋控冷管線鋼。 近期又開(kāi)發(fā)出X120和抗HIC和硫化氫等高鋼級(jí)管線鋼。,管線鋼發(fā)展歷史,2.國(guó)內(nèi)管線鋼發(fā)展歷史 我國(guó)管線鋼的應(yīng)用和起步較晚, “六五”以前鋪設(shè)的油、氣管線大部分采用Q235 和16Mn 鋼。 “六五”期間, 我國(guó)開(kāi)始按照API 標(biāo)準(zhǔn)研制X60、X65 管線鋼,并成功地與進(jìn)口鋼管一起用于管線鋪設(shè)。 20 世紀(jì)90 年代初寶鋼、武鋼相繼開(kāi)發(fā)了X70 管線鋼, 并在澀寧蘭管道工程上應(yīng)用。 21 世紀(jì)初寶鋼、武鋼、鞍鋼等又開(kāi)發(fā)了高鋼級(jí)X80 管線鋼, 并在西氣東輸工程上應(yīng)用。 目前他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)X100 等更高級(jí)管線鋼，而且寶鋼已成功開(kāi)發(fā)出世界上最高強(qiáng)度的管線鋼，并在今年又與梅鋼聯(lián)合成功軋制了X56抗硫化氫管線鋼。,管線鋼分類(lèi)及技術(shù)要求,1.管線鋼定義 制造石油、天然氣集輸和長(zhǎng)輸管或煤炭、建材漿體輸送管等用的中厚板和帶卷稱(chēng)為管線用鋼（steelforpipeline）。一般采用中厚板制成厚壁直縫焊管，而板卷用于生產(chǎn)直縫電阻焊管或埋弧螺旋焊管。,管線鋼分類(lèi)及技術(shù)要求,2.管線鋼分類(lèi) 按照強(qiáng)度級(jí)別可分為X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70、X80、X100、X120等。 按照輸送介質(zhì)可分為成品油、原油、甜性天然氣、酸性天然氣和水煤漿輸送用管線鋼，其中要求最高的為酸性天然氣管線用鋼。,管線鋼分類(lèi)及技術(shù)要求,3.技術(shù)要求 現(xiàn)代管線鋼屬于低碳或超低碳的微合金化鋼，是高技術(shù)含量和高附加值的產(chǎn)品，管線鋼生產(chǎn)幾乎應(yīng)用了冶金領(lǐng)域近20多年來(lái)的一切工藝技術(shù)新成就。目前管線工程的發(fā)展趨勢(shì)是大管徑、高壓富氣輸送、高寒和腐蝕的服役環(huán)境、海底管線的厚壁化。因此現(xiàn)代管線鋼應(yīng)當(dāng)具有高強(qiáng)度、低包申格效應(yīng)、高韌性和抗脆斷、低焊接碳素量和良好焊接性、,管線鋼分類(lèi)及技術(shù)要求,3.技術(shù)要求 以及抗HIC和抗H2S腐蝕。優(yōu)化的生產(chǎn)策略是提高鋼的潔凈度和組織均勻性，C009、S0005、P001、O0002，并采取微合金化，真空脫氣CaSi、連鑄過(guò)程的輕壓下，多階段的熱機(jī)械軋制以及多功能間歇加速冷卻等工藝。目前國(guó)內(nèi)外管線規(guī)范中沒(méi)有管線用鋼材的韌性指標(biāo)，僅對(duì)管材有具體要求：,管線鋼分類(lèi)及技術(shù)要求,3.技術(shù)要求 （1）最低使用溫度下（5）DWTT85SA； （2）最低使用溫度下（5）夏比沖擊吸收功145J。 當(dāng)前管線鋼的技術(shù)條件普遍采用美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)APISpec5L，但是國(guó)內(nèi)具體工程或具體用戶(hù)的訂貨技術(shù)條件往往較API標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格得多。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),1.高鋼級(jí)管線鋼典型成分及性能要求 高鋼級(jí)管線鋼一般是以低碳錳鋼為基礎(chǔ)，通過(guò)添加Nb、Mo、Ti、V等微合金元素進(jìn)行細(xì)晶強(qiáng)化，對(duì)于抗硫化氫腐蝕的管線鋼還需添加Cu、Cr、Ni等微合金元素，以提高鋼的耐腐蝕性。由于不同廠家生產(chǎn)管線鋼的冶金原理和工藝設(shè)備不盡相同，因此各廠生產(chǎn)的管線鋼的成分也不完全相同。典型的成分和性能要求如下：,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),1.高鋼級(jí)管線鋼典型成分及性能要求 典型成分 X65管線鋼典型成分,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),X70管線鋼典型成分,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),X80管線鋼典型成分,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),X100管線鋼典型成分,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),高鋼級(jí)管線性能要求,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),2. 管線鋼中各元素的作用和控制 碳 碳是增加鋼的強(qiáng)度的有效元素, 但是它對(duì)鋼的韌性、塑性和焊接性有負(fù)面影響。同時(shí), 極地管線和海洋管線對(duì)低溫韌性、斷裂抗力以及延性和成形性的需要, 要求更低的含碳量, 圖1 表明了不同等級(jí)的管線鋼的含碳水平。微合金化和控軋控冷等技術(shù)的發(fā)展, 使管線鋼在含碳量降低的同時(shí)保持高的強(qiáng)韌性。目前在綜合考慮管線鋼抗HIC 性能、野外可焊性和晶界脆化時(shí), 最佳碳含量應(yīng)控制在0.01 %0. 05 %之間。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),圖1 管線鋼含碳量與屈服強(qiáng)度之間的關(guān)系,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),錳 錳不僅有固溶強(qiáng)化作用，可彌補(bǔ)管線鋼因含碳量降低而損失的屈服強(qiáng)度。還能降低鋼的- 的相變溫度,而使晶粒細(xì)化 并改變相變后的微觀組織。據(jù)資料介紹，添加1.02.0Mn， - 相變溫度降低50, 可細(xì)化鐵素體晶粒并保持多邊形; 當(dāng)添加1.5%2.0%Mn 時(shí), 可獲得針狀鐵素體組織。但Mn 含量過(guò)大會(huì)加速控軋鋼板的中心偏析, 從而引起鋼板和鋼管力學(xué)性能的各向異性, 錳的這種固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和相變強(qiáng)化對(duì)管線鋼屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的綜合效果如圖2所示。錳在提高強(qiáng)度的同時(shí), 還可以提高鋼的韌性, 降低鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),圖2. 錳含量對(duì)管線強(qiáng)度的影響,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),另外, 錳含量對(duì)于管線鋼抗HIC 性能也有影響如圖3所示。主要分為三種情況: (1) 含C 0.05 %0.15 %的熱軋管線鋼, 當(dāng)Mn 為1. 0 %時(shí), HIC 敏感性會(huì)突然增加; (2) 對(duì)于經(jīng)過(guò)淬火和回火的管線鋼, 當(dāng)Mn 達(dá)到1.6 %時(shí), Mn 對(duì)鋼的抗HIC 能力沒(méi)有明顯影響; (3) 在偏析區(qū), C 低于0. 02 %時(shí), 由于鋼硬度降到低于300 Hv , 此時(shí)即使鋼中錳含量超過(guò)2.10% , 仍具有良好的抗H IC 能力。 根據(jù)管線鋼鋼板厚度和強(qiáng)度的不同要求, 鋼中錳的添加范圍一般為1.1 %2.0 %。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),圖3.Mn/C對(duì)管線鋼韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),硫 硫是管線鋼中影響抗HIC 能力和抗SSC 能力的主要元素。硫含量與裂紋敏感率如圖4 所示。當(dāng)鋼中S 5010- 6,隨著硫含量的增加, 裂紋敏感率顯著增加;當(dāng)鋼中S 2010- 6 時(shí), HIC 明顯降低。值得注意的是硫易與錳結(jié)合生成MnS 夾雜物, 當(dāng)MnS 夾雜變成粒狀?yuàn)A雜物時(shí), 隨著鋼強(qiáng)度的增加, 單純降低硫含量不能防止HIC。如X65 管線鋼, 當(dāng)硫含量降到20 10 - 6 時(shí), 其裂紋長(zhǎng)度比仍高達(dá)30 %以上。硫還影響管線鋼的低溫沖擊韌性, 從圖5可以看出硫含量升高沖擊韌性值急劇下降。因此在降低硫含量的同時(shí)必須對(duì)硫化物夾雜進(jìn)行變形處理，才能降低其危害。一般控制硫含量在0.005以下。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),圖4 硫含量對(duì)管線鋼裂紋敏感性的影響,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),圖5 -20橫向沖擊韌性與硫含量的關(guān)系,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),磷 磷在鋼中是一種易偏析元素, 偏析區(qū)的淬硬性約是碳的2 倍。除此之外磷還會(huì)惡化管線鋼的焊接性能, 顯著降低鋼的低溫沖擊韌性, 提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度, 使鋼管發(fā)生冷脆。對(duì)于高質(zhì)量的管線鋼應(yīng)嚴(yán)格控制鋼中的磷含量越低越好。通常采用鐵水預(yù)處理去除鱗。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),氫和氮 鋼中氫是導(dǎo)致白點(diǎn)和發(fā)裂的主要原因, 管線鋼中的氫含量越高, HIC 產(chǎn)生的幾率越大, 腐蝕率越高,平均裂紋長(zhǎng)度增加越顯著。圖6是氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與平均裂紋長(zhǎng)度的關(guān)系。經(jīng)真空處理后, 鋼中氫已可穩(wěn)定控制在0.0002 %以下。氮將導(dǎo)致鋼的時(shí)效性、降低鋼的冷加工性能并造成焊接熱影響區(qū)脆化，但當(dāng)鋼中存在釩、鋁、鈦、鈮等元素時(shí)與氮形成穩(wěn)定的氮化物，提高鋼的強(qiáng)度。因此應(yīng)將鋼中的氫和氮含量控制在最低水平。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),圖6 可擴(kuò)散的氫含量與平均裂紋長(zhǎng)度之間的關(guān)系,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),夾雜物的控制 鋼中的夾雜物主要由氧化物夾雜和硫化物夾雜組成，另外含有少量的氮化物夾雜。大多數(shù)情況下，HIC都起源于夾雜物。鋼中的塑性?shī)A雜和脆性?shī)A雜是產(chǎn)生HIC的主要根源。分析表明HIC端口表面有延伸的MnS和Al2O3點(diǎn)鏈狀?yuàn)A雜，而SSC的形成與HIC的形成密切相關(guān)，因此為了提高鋼的抗SSC和HIC能力，必須盡量減少鋼中的夾雜，精確控制夾雜物的形態(tài)。鈣處理可以很好地控制鋼中夾雜物的形態(tài)，從而改善管線鋼的抗SSC和HIC的能力，但必須保證適當(dāng)?shù)腃aS和CaAl。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),微合金元素 管線鋼的微合金元素主要是指Nb、V、Ti等強(qiáng)氮化物形成元素，其作用之一是在軋制過(guò)程中阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。在控軋?jiān)贌徇^(guò)程中, 未溶微合金碳、氮化物將通過(guò)質(zhì)點(diǎn)釘扎晶界的機(jī)制而明顯阻止奧氏體晶粒的粗化過(guò)程。其中Nb、Ti 抑制晶粒長(zhǎng)大的作用較強(qiáng), V 的作用較弱。另一個(gè)作用是在軋制鋼板時(shí)延遲的再結(jié)晶。Nb具有顯著的晶粒細(xì)化作用和中等的沉淀強(qiáng)化作用，在增加強(qiáng)度的同時(shí)還降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。鋼中加Ti可以在焊接峰值溫度下能通過(guò)生成穩(wěn)定的氮化物，從而有效控制晶粒長(zhǎng)大。V具有較高的沉淀強(qiáng)化和較弱的細(xì)化晶粒作用，因而其韌脆轉(zhuǎn)變溫度比含Nb、含Ti的鋼都高，一般在管線鋼成分設(shè)計(jì)時(shí)都不單獨(dú)使用V。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),微合金元素 另外，根據(jù)鋼的性能要求，還通常添加Mo、Cu、Ni、Cr等微合金元素對(duì)鋼進(jìn)行微合金化。鉬是擴(kuò)大相區(qū)、推遲- 相變時(shí)先析出鐵素體形成、促進(jìn)針狀鐵素體形成的主要元素,添加Mo 可以增強(qiáng)Mn 的效果, 對(duì)控制相變組織起重要作用, 可通過(guò)組織相變強(qiáng)化進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度。在鋼中加入適量Cu，可以顯著改善管線鋼抗HIC的能力，隨著銅含量的增加，可以更有效地防止氫原子滲入鋼中，平均裂紋長(zhǎng)度明顯減少，當(dāng)銅含量超過(guò)0.2，能在鋼表面形成致密的保護(hù)層，HIC會(huì)顯著降低，鋼板的平均腐蝕率明顯下降，平均裂紋長(zhǎng)度幾乎接近于零。但是，對(duì)于耐CO2腐蝕的管線鋼，添加銅會(huì)增加腐蝕速度，當(dāng)鋼中不添加鉻時(shí)，添加0.5Cu會(huì)使腐蝕速度提高2倍，而添加0.5Cr以后，銅小于0.2時(shí)，腐蝕速度基本不受影響，當(dāng)銅達(dá)到0.5時(shí)，腐蝕速度明顯加快。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),3. 高鋼級(jí)管線鋼的生產(chǎn)工藝流程 冶煉高鋼級(jí)管線鋼的關(guān)鍵技術(shù)是使鋼純凈化，以使鋼的硫、磷、夾雜和氣體含量降到最低，將夾雜物全部轉(zhuǎn)化為球狀?yuàn)A雜，并通過(guò)合適的軋制工藝獲得滿(mǎn)足性能要求的金相組織。目前生產(chǎn)高鋼級(jí)管線鋼主要采用的工藝路線為： 鐵水預(yù)處理 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐 LF爐 RH（或VD爐）及鈣處理 板坯連鑄 板坯再加熱 控制軋制 控制冷卻 卷取 性能檢驗(yàn) 入庫(kù),高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),但由于各廠的工藝條件和設(shè)備狀況不同，因此管線鋼的生產(chǎn)工藝流程也不相同，如： 寶鋼：鐵水脫硫 SRP轉(zhuǎn)爐脫磷 轉(zhuǎn)爐脫碳 RH 板坯連鑄 板坯再加熱 控制軋制 控制冷卻 卷取 性能檢驗(yàn) 入庫(kù) 出廠 武鋼：鐵水預(yù)處理 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐 鋼包吹氬 RH真空處理 LF 板坯連鑄 板坯再加熱 控制軋制 控制冷卻 卷取 性能檢驗(yàn) 入庫(kù) 出廠,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),工藝流程 濟(jì)鋼：KR鐵水脫硫 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐 LF爐 VD處理 板坯連鑄 板坯再加熱 控制軋制 控制冷卻 卷取 性能檢驗(yàn) 入庫(kù) 出廠 太鋼：鐵水脫硫 復(fù)吹轉(zhuǎn)爐 LF爐 板坯連鑄 板坯再加熱 控制軋制 控制冷卻 卷取 性能檢驗(yàn) 入庫(kù) 出廠,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4. 生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn) 4.1 鐵水預(yù)處理 進(jìn)行鐵水三脫處理或脫硫處理，減輕轉(zhuǎn)爐負(fù)擔(dān)，保證入爐鐵水磷含量小于0.02（三脫處理時(shí)）、硫含量（一般管線鋼硫含量小于0.005，抗硫化氫腐蝕管線鋼要求硫含量小于0.002）。 扒渣必須徹底、干凈，以防轉(zhuǎn)爐回硫。（加稠渣劑、側(cè)吹氬技術(shù)等措施）,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.2 轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)要點(diǎn) 廢鋼采用自產(chǎn)廢鋼或低硫廢鋼； 輔料含硫量應(yīng)較低，防止輔料引起回硫； 造渣采用雙渣操作或雙聯(lián)工藝，以保證轉(zhuǎn)爐鋼水終點(diǎn)磷含量在0.015以下或0.005以下； 造高堿度渣，一般堿度應(yīng)大于3.5，提高脫磷效率；,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.2 轉(zhuǎn)爐冶煉操作要點(diǎn) 冶煉高鋼級(jí)管線鋼時(shí)，最好停止濺渣操作； 底吹采用氮?dú)迩袚Q技術(shù)或全程吹氬，并在后期進(jìn)行強(qiáng)攪拌和后攪拌； 出鋼口應(yīng)圓整； 出鋼進(jìn)行擋渣操作，嚴(yán)格控制出鋼下渣（寶鋼采用擋渣錐、擋渣帽進(jìn)行出鋼擋渣，出鋼后包內(nèi)渣后均小于100mm,平均為70mm）；,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.2 轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)要點(diǎn) 出鋼時(shí)采用“留氧”操作，以防出鋼過(guò)程增氮； 出鋼時(shí)對(duì)鋼水進(jìn)行改性處理（寶鋼在出鋼前向包內(nèi)加1000Kg石灰，出完鋼后在渣面加強(qiáng)脫氧劑200300Kg，以降低爐渣的熔點(diǎn)及渣中氧化鐵含量，提高流動(dòng)性及吸附夾雜物的能力 ）； 出鋼時(shí)鋼包底吹采用弱攪拌；,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.3 LF爐冶煉技術(shù)要點(diǎn) 控制好精煉渣的特性，形成發(fā)泡良好的精煉渣，保證埋弧加熱； 在LF爐處理過(guò)程中可加入適量的埋弧渣，以提高精煉渣的發(fā)泡能力； 處理過(guò)程采用弱攪拌，以防攪拌強(qiáng)度過(guò)大，使鋼水增氮； 保證渣中適當(dāng)?shù)腟iO2含量和鋼中Alt含量，減少Al、Ti的燒損；,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.3 LF爐冶煉技術(shù)要點(diǎn) 對(duì)鋼水成分進(jìn)行微調(diào)，以精確控制鋼水成分和溫度，將C、Si、Mn、Cr、Mo、V等元素波動(dòng)控制在0.03以?xún)?nèi)，溫度波動(dòng)控制在5以?xún)?nèi)，從而把鋼的性能波動(dòng)降到最低； 進(jìn)行鈣處理，對(duì)鋼中夾雜物進(jìn)行變形處理并控制合適的CaAl和CaS比，要求CaAl0.2,Ca/S控制在25之間；,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.3 LF爐冶煉技術(shù)要點(diǎn) 鈣處理后，保證凈吹時(shí)間5min，以使鋼中夾雜充分上浮，攪拌強(qiáng)度的控制以鋼包液面微微波動(dòng)，不裸露鋼水為宜； 為RH提供合適的鋼水溫度，保證RH處理過(guò)程的溫降，嚴(yán)禁RH升溫作業(yè)；,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.4 RH真空處理技術(shù)要點(diǎn) 對(duì)于管線鋼，RH的主要任務(wù)是脫氣（N、H）和去夾雜及合金微調(diào)； 脫氮：當(dāng)真空度大于0.4KPa時(shí)，真空處理基本無(wú)脫氮能力，有時(shí)鋼中N含量反而會(huì)增加；當(dāng)真空度小于0.4KPa時(shí)，采具有一定的脫氮能力，且真空度越高，脫氮效果越好，脫氮效率可達(dá)1540，但與初始氮含量和脫氣時(shí)間有關(guān)，一般要求脫氣時(shí)間大于8min;,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.4 RH真空處理技術(shù)要點(diǎn) 脫氫：當(dāng)真空度小于0.2KPa時(shí)，脫氣時(shí)間大于8min，即可將鋼中的氫脫至2ppm以下（寶鋼循環(huán)時(shí)間為2030min,純脫氣時(shí)間大于10min）； 去夾雜：研究結(jié)果表明，RH處理過(guò)程中夾雜物的去除主要發(fā)生在前12min，RH處理12min即可將絕大部分的夾雜物去除，且在28min夾雜物的去除速度最快，且?jiàn)A雜物的去除效果具有最佳的提升氣量和真空度；寶鋼目前的提升氣量為20Lmin。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.5 連鑄工藝技術(shù)要點(diǎn) 采用下渣檢測(cè)技術(shù)，減少大包向中間包的下渣量，從而影響鑄坯質(zhì)量； 連鑄中間包鋼水過(guò)熱度以1525為宜，有利于獲得等軸晶板坯組織，從而減少宏觀中心偏析； 采用直弧形結(jié)晶器、低拉速、二冷水動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，有利于鋼水中夾雜物充分上浮，減少鑄坯內(nèi)部缺陷；,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.5 連鑄工藝技術(shù)要點(diǎn) 全過(guò)程保護(hù)澆鑄是生產(chǎn)管線鋼必不可少的條件，可降低澆鑄過(guò)程中增氮； 采用電磁攪拌、輕壓下等現(xiàn)代技術(shù)，減少鑄坯內(nèi)部偏析； 選擇合適的結(jié)晶器保護(hù)渣，改善結(jié)晶器傳熱條件及結(jié)晶器與坯殼間的潤(rùn)滑，減輕鑄坯表面裂紋產(chǎn)生；,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.5 連鑄工藝技術(shù)要點(diǎn) 采用低碳或無(wú)碳中間包覆蓋劑、結(jié)晶器保護(hù)渣，減少澆鑄過(guò)程增碳； 采用液面自動(dòng)控制和電磁制動(dòng)技術(shù)，減少液面波動(dòng)造成的鑄坯表面缺陷；,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.6 軋制工藝技術(shù)要點(diǎn) 生產(chǎn)管線鋼采用的軋制工藝 目前在國(guó)內(nèi)管線鋼的生產(chǎn)工藝主要有：常規(guī)半連續(xù)熱連軋、CSP連鑄連軋、中厚板機(jī)組、爐卷機(jī)組。 1）半連續(xù)軋機(jī)： 包括1機(jī)架爐卷軋機(jī)及5機(jī)架精軋機(jī)。在半連續(xù)軋機(jī)上，鋼帶在精軋道次所經(jīng)歷的熱軋從鋼帶的一端到另一端實(shí)質(zhì)上是恒定的。在精軋機(jī)上道次間的時(shí)間通常少于3s。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.6 軋制工藝技術(shù)要點(diǎn) 2）CSP連鑄連軋： 在CSP生產(chǎn)線上對(duì)含有鈮、釩、鈦復(fù)合微合金化的低碳錳鋼，采用合適的控軋控冷和卷取工藝，可以保證鋼的力學(xué)性能和顯微組織符合現(xiàn)代X60管線鋼的技術(shù)要求，符合現(xiàn)代管線鋼發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)CSP連鑄連軋生產(chǎn)線目前已開(kāi)發(fā)到了X60管線鋼，而美國(guó)及國(guó)外其它CSP生產(chǎn)廠已經(jīng)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了高牌號(hào)管線鋼X60、X65乃至X70。 其工藝特點(diǎn)是連鑄薄板坯存在中心偏析，消除連鑄薄板坯中心偏析是進(jìn)一步提高管線鋼質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.6 軋制工藝技術(shù)要點(diǎn) 3）中厚板機(jī)組： 主要生產(chǎn)寬厚板，用于直縫埋弧焊管的生產(chǎn)，直縫埋弧焊管質(zhì)量可靠，廣泛應(yīng)用于油氣高壓輸送主干線上。 4）爐卷軋機(jī)： 爐卷軋機(jī)包括一架往復(fù)式粗軋機(jī)及一架4輥往復(fù)精軋機(jī)。在精軋機(jī)兩邊的輸送線上安裝了兩臺(tái)熱卷軋機(jī)。輸出輥道通常包括一套層流冷卻系統(tǒng)和一個(gè)卷取站。在爐卷軋機(jī)上，鋼帶整個(gè)長(zhǎng)度上的熱機(jī)械歷史顯著變化，尤其是在微合金化鋼生產(chǎn)中，將強(qiáng)烈影響精軋機(jī)上產(chǎn)生的再結(jié)晶程度、晶粒長(zhǎng)大及析出，并且導(dǎo)致整個(gè)帶鋼長(zhǎng)度上最終顯微組織和性能的劇烈變化。其工藝特點(diǎn)是投資成本相對(duì)低。,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.6 軋制工藝技術(shù)要點(diǎn) 鋼坯再熱時(shí)，嚴(yán)格控制加熱溫度，既保證合金元素充分固溶，又要防止奧氏體晶粒粗化； 粗軋階段，保證在奧氏體再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行多道次大變形量軋制，可以使奧氏體晶粒充分破碎；,高鋼級(jí)管線鋼生產(chǎn)技術(shù),4.6 軋制工藝技術(shù)要點(diǎn) 精軋階段控制總的壓下率和終軋溫度，以獲得良好的性能。 采用軋后強(qiáng)制加速冷卻工藝，使變形奧氏體發(fā)生針狀鐵素體轉(zhuǎn)變，此時(shí)變形 的晶界和滑移帶為針狀 形成提供了大量形核位置，使針狀 晶粒細(xì)化，強(qiáng)韌性提高。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,隨著國(guó)內(nèi)冶金技術(shù)裝備水平的提高，我國(guó)能生產(chǎn)管線鋼板卷的企業(yè)逐漸增多，但是能夠生產(chǎn)X70及以上級(jí)別的鋼廠僅有寶鋼、武鋼、鞍鋼、舞鋼、南鋼、太鋼等。另外，寶鋼與武鋼、南鋼、鞍鋼和舞陽(yáng)鋼鐵公司也已試制了X80熱軋鋼板，并在巨龍鋼管公司試制了直縫埋弧焊管(JCOE)。近兩年來(lái)，南鋼加大了對(duì)管線鋼的研究開(kāi)發(fā)，X100級(jí)別的鋼板正在研制中，鞍鋼X100級(jí)別的鋼板已通過(guò)有關(guān)單位的驗(yàn)收。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,1）近幾年我國(guó)國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)產(chǎn)量情況，見(jiàn)表1。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,2）目前國(guó)內(nèi)主要管線鋼生產(chǎn)企業(yè)基本情況 寶鋼：管線鋼是寶鋼主要代表品種之一，近年寶鋼管線鋼開(kāi)發(fā)生產(chǎn)發(fā)展很快，無(wú)論是數(shù)量還是品種質(zhì)量在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)都占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。寶鋼經(jīng)過(guò)十多年管線鋼的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，已較好地掌握了高強(qiáng)度高韌性管線鋼板卷的微合金化成分設(shè)計(jì)、冶金工藝控制、生產(chǎn)質(zhì)量保證等關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)不斷的優(yōu)化、調(diào)整，已逐漸形成寶鋼X52、X65、X70系列管線鋼的成分、工藝體系和生產(chǎn)質(zhì)量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。產(chǎn)品滿(mǎn)足了國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求，質(zhì)量穩(wěn)定，先后在我國(guó)西氣東輸工程、印度輸油管線、土耳其輸氣管線等一系列國(guó)內(nèi)外重大長(zhǎng)輸管線工程中得到成功的應(yīng)用。2006年12月12日寶鋼成功試制了X120管線鋼，成為世界上第四家生產(chǎn)過(guò)世界最高強(qiáng)度的管線鋼。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,2）目前國(guó)內(nèi)主要管線鋼生產(chǎn)企業(yè)基本情況 武鋼：是國(guó)內(nèi)第二大管線鋼生產(chǎn)企業(yè)。近幾年，武鋼將管線鋼作為企業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展品種，其在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額提高很快。1997年武鋼管線鋼的產(chǎn)量?jī)H為2800t，市場(chǎng)占有率只有1，但1999年武鋼生產(chǎn)的管線鋼就上升到了63萬(wàn)t，僅在西部市場(chǎng)上就取得了11條管線工程的供貨權(quán)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率提高到了23左右。武鋼在管線鋼品種質(zhì)量上也取得了很大的進(jìn)展。武鋼生產(chǎn)的高韌性管線鋼已達(dá)到德國(guó)、日本主要鋼廠的同類(lèi)鋼材的實(shí)物水平。2000年武鋼管線鋼開(kāi)發(fā)生產(chǎn)量達(dá)16萬(wàn)多噸。在澀寧蘭管線、北京永清管線、伊朗管線、伊拉克管線及大慶石油油井套管等多項(xiàng)大工程中中標(biāo)。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,2）目前國(guó)內(nèi)主要管線鋼生產(chǎn)企業(yè)基本情況 武鋼：是國(guó)內(nèi)第二大管線鋼生產(chǎn)企業(yè)。近幾年，武鋼將管線鋼作為企業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展品種，其在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額提高很快。1997年武鋼管線鋼的產(chǎn)量?jī)H為2800t，市場(chǎng)占有率只有1，但1999年武鋼生產(chǎn)的管線鋼就上升到了63萬(wàn)t，僅在西部市場(chǎng)上就取得了11條管線工程的供貨權(quán)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率提高到了23左右。武鋼在管線鋼品種質(zhì)量上也取得了很大的進(jìn)展。武鋼生產(chǎn)的高韌性管線鋼已達(dá)到德國(guó)、日本主要鋼廠的同類(lèi)鋼材的實(shí)物水平。2000年武鋼管線鋼開(kāi)發(fā)生產(chǎn)量達(dá)16萬(wàn)多噸。在澀寧蘭管線、北京永清管線、伊朗管線、伊拉克管線及大慶石油油井套管等多項(xiàng)大工程中中標(biāo)。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,2）目前國(guó)內(nèi)主要管線鋼生產(chǎn)企業(yè)基本情況 武鋼：同時(shí)，厚板X(qián)65H和高性能管線鋼X70的試制也取得成功，用戶(hù)試用后表明，其性能指標(biāo)完全滿(mǎn)足了澀寧蘭管線、大慶油井注水管線工程技術(shù)要求。2004年武鋼管線鋼的研制開(kāi)發(fā)取得重大突破，順利實(shí)現(xiàn)了175mm厚X70高性能管線鋼大批量穩(wěn)定供貨。連續(xù)承接了蘇丹管線、中哈管線、陜京管線、沿江管線、雙蘭管線、冀寧管線等10余條管線的供貨權(quán)，全年合同量達(dá)70余萬(wàn)t，居國(guó)內(nèi)首位。隨后又積極開(kāi)展153mm和175mm高強(qiáng)度、高韌性的X80熱軋厚板卷的研試工作，并順利通過(guò)中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司鑒定。鑒定委員會(huì)專(zhuān)家認(rèn)為，武鋼開(kāi)發(fā)的X80管線鋼153mm厚熱軋卷板可完全滿(mǎn)足X80螺旋焊管制管的要求，已具有批量生產(chǎn)穩(wěn)定性，能按要求實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)與供貨。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,2）目前國(guó)內(nèi)主要管線鋼生產(chǎn)企業(yè)基本情況 鞍鋼：2002年11月，ASP線已為長(zhǎng)呼輸氣管道工程提供了4000多噸X52級(jí)管線鋼，目前已開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出X70、X80高等級(jí)管線鋼板、卷，并可工業(yè)化生產(chǎn)。7月7日，在我國(guó)新建“川氣出川”大型天然氣管道試驗(yàn)段鋪設(shè)工程中，鞍鋼獨(dú)攬32萬(wàn)t極限規(guī)格X70螺旋焊接用管線鋼卷板供貨權(quán)。同時(shí)，鞍鋼還承攬下195萬(wàn)tX70直縫焊接管線鋼的生產(chǎn)合同?！按獬龃ā碧烊粴夤艿拦こ淌俏覈?guó)“十一五”重要輸氣工程，工程鋪設(shè)管道全長(zhǎng)1937km。目前在國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)304mm厚X70寬厚板并供貨的廠家只有鞍鋼一家。2006年7月13日，鞍鋼生產(chǎn)的X100管線鋼寬厚板及用它卷制的直縫焊鋼管順利通過(guò)了國(guó)內(nèi)權(quán)威科研機(jī)構(gòu)中石油管材研究所試驗(yàn)評(píng)價(jià)。 X100管線鋼研制開(kāi)發(fā)成功，使鞍鋼管線鋼鋼級(jí)形成了X60、X65、X70、X80和X100的系列化，為角逐國(guó)內(nèi)外高端管線鋼市場(chǎng)增添了一件“利器”。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,2）目前國(guó)內(nèi)主要管線鋼生產(chǎn)企業(yè)基本情況 本鋼： 本鋼石油管線鋼的開(kāi)發(fā)研制始于80年代末，是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)發(fā)石油管線用鋼的鋼鐵企業(yè)。歷時(shí)十幾年的發(fā)展，本鋼先后研制開(kāi)發(fā)了符合石油、天然氣輸送管線用的A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70管線鋼，形成了石油、天然氣輸送管線用鋼的系列化。2006年下半年X80管線鋼通過(guò)國(guó)家鑒定驗(yàn)收。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,2）目前國(guó)內(nèi)主要管線鋼生產(chǎn)企業(yè)基本情況 邯鋼：2000年就在CSP機(jī)組上開(kāi)發(fā)出了厚度為79mm的X52、X60管線鋼，并投入了批量生產(chǎn)。 馬鋼：于2006年1月到2007年12月，將在CSP生產(chǎn)線開(kāi)發(fā)并商業(yè)化生產(chǎn)鈮微合金化X52X56管線鋼（由于受到取樣剪的剪切能力限制，馬鋼CSP管線鋼生產(chǎn)最大厚度只能生產(chǎn)到X56級(jí)的商用厚度）；馬鋼新區(qū)傳統(tǒng)熱軋生產(chǎn)線研發(fā)鈮微合金化X70X80管線鋼。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,2）目前國(guó)內(nèi)主要管線鋼生產(chǎn)企業(yè)基本情況 南鋼：于2005年10日28日，在中厚板卷廠成功軋制出厚度87mmX60管線鋼、95mm鋼卷，目前X70管線鋼也已經(jīng)開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)，X80已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，但生產(chǎn)量不是太多，最大厚度為40mm，最大寬度為3300mm。X100已經(jīng)列入科研課題，正準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)。 濟(jì)鋼：中板廠和中厚板廠于2006年5月份生產(chǎn)了近500tX52級(jí)管線鋼板，經(jīng)檢驗(yàn)，鋼板的表面質(zhì)量、外形尺寸、內(nèi)部質(zhì)量、組織性能全部滿(mǎn)足了用戶(hù)需求，為下一步開(kāi)發(fā)更高級(jí)別的管線鋼奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,2）目前國(guó)內(nèi)主要管線鋼生產(chǎn)企業(yè)基本情況 太鋼：目前太鋼已具備生產(chǎn)X56、X60、X65高等級(jí)管線鋼的生產(chǎn)工藝條件，并于2001年9月29日生產(chǎn)的第一批L360管線鋼發(fā)到寶雞。經(jīng)滄淄輸氣項(xiàng)目部監(jiān)理及寶雞鋼管廠首檢，母材及管材的機(jī)械性能等各項(xiàng)指標(biāo)全部合格。在“滄州一淄博”輸氣管道工程中，太鋼中標(biāo)L360管線鋼7300余噸，由寶雞鋼管廠制管。2007年1月9日，太鋼熱連軋廠2250新系統(tǒng)成功試制了X80高牌號(hào)高強(qiáng)度管線鋼。,國(guó)內(nèi)管線鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀,2）目前國(guó)內(nèi)主要管線鋼生產(chǎn)企業(yè)基本情況 安鋼：在2006年1月到2007年12月，和鋼鐵研究總院合作，在其爐卷軋機(jī)上開(kāi)發(fā)生產(chǎn)X70、X80高等級(jí)管線鋼板、卷，目前正處于實(shí)驗(yàn)階段。 攀鋼：目前已能批量生產(chǎn)從B級(jí)到X65級(jí)6個(gè)大品種的管線鋼。,管線鋼未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),管線鋼未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是高純凈，高強(qiáng)度、高韌性，可焊接性強(qiáng)和高抗腐蝕性方向發(fā)展。 高純凈度 高純凈是指鋼中W（S+P+O+H+N）等雜質(zhì)將降低到50ppm以下，目前寶鋼可使上述雜質(zhì)平均水平為82ppm。,管線鋼未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),2. 高強(qiáng)度和高韌性 為滿(mǎn)足國(guó)際管道工程向大口徑高壓輸送及采用高鋼級(jí)管材發(fā)展趨勢(shì)，要求管線鋼具有更高的強(qiáng)度和韌性，因此高強(qiáng)度、高韌性將成為管線鋼今后的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)對(duì)管線用鋼的需求以X70級(jí)為主，新線目標(biāo)定位在X80級(jí)熱軋寬鋼帶和X100級(jí)寬厚板的生產(chǎn)，以適應(yīng)目前10MPa和近期14MPa以上輸送壓力的設(shè)計(jì)。未來(lái)管線鋼將發(fā)展到X120、X130級(jí)、甚至更高。為獲得高強(qiáng)度的管線鋼板坯組織將由鐵素體和少量珠光體向針狀鐵素體和超低碳貝氏體方向轉(zhuǎn)變，同時(shí)為滿(mǎn)足高韌性的要求，晶粒尺寸向超結(jié)晶粒方向發(fā)展，晶粒尺寸可達(dá)到10微米以下。,管線鋼未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),3. 可焊接性強(qiáng) 焊接性是管線鋼的最重要特性之一，管線鋼焊接性能的好壞將直接影響到管線鋼的使用性能，為提高管線鋼的焊接性能需控制合適的碳當(dāng)量并加入適量的Ti，目前國(guó)外管線鋼的碳當(dāng)量控制在0.40.48，用于高寒地區(qū)則要求在0.43以下，且由碳當(dāng)量和碳含量降低的趨勢(shì)。,管線鋼未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),4. 高抗腐蝕性 今后輸送的天然氣不再是經(jīng)脫水、脫H2S處理的“甜氣”（PH2S300Pa），而將是未經(jīng)處理的“富氣”（PH2S300Pa），為此必須提高管線用鋼的抗氫致開(kāi)裂和抗H2S應(yīng)力腐蝕的性能。目前國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)該種管線鋼的企業(yè)只有寶鋼一家，且國(guó)外能生產(chǎn)的企業(yè)也只有幾家，因此高抗腐蝕性管線鋼將時(shí)未來(lái)研究和發(fā)展的主要方向。,謝 謝,