高级别管线钢概述
高钢级管线钢的发展及其生产要点-入门教材
高钢级管线钢的发展及其生产要点黄开文（加拿大、日本管线钢会议总结报告）前言：本文根据近年来我公司与国外钢铁生产企业和石油公司的技术交流、考察报告，结合近期我们参加在加拿大举行的IPC2002会议、在横滨举行的Pipe Dreamer会议的情况，简单介绍了高钢级管线钢化学成分、微观组织、力学性能的发展过程，着重从轧钢工艺角度叙述了X80、X100等高钢级管线钢的生产要点，同时介绍国外X80、X100、X120的研究开发情况以及目前存在的问题，希望对国内冶金行业以及相关研究、设计单位有所帮助。
管线钢的发展过程目前世界上60%已探明可再生石油储量集中在中东地区、余下主要分布在前苏联（独联体）、美国、沙特阿拉伯、南美、中国等地；天然气已探明储量80%集中在10个国家，其中独联体占40%、中东占30%。
专家预测，至2020年世界能源的需求将会增长60%，发展中国家的需求增长121%。
石油仍将作为一种主要能源得以发展，而天然气的需求将增长近104%。
从区域分布来分，石油需求主要在大西洋、亚太地区，而天然气最大的用户则在独联体（34%），余下大部分在北美、西欧[5]；从地域上来看，用户主要集中在工业发达的城市地区，而油气田则大部分在极地、冰原、荒漠、海洋等偏远地带。
因而作为石油和天然气的一种经济、安全、不间断的长距离输送工具，油气输送管线在近40年得到了巨大的发展，这种发展势头在将来的几十年中仍将持续下去。
自从二战期间美国建立了世界上第一条具有现代规模的长距离石油管线[1]以来，随着输送压力、输送介质以及自然环境的要求，管线钢的钢级在不断的提高。
从早期的A3钢、16Mn钢到1947年API 5L标准中的X42、X46、X52，从60年代起管线建设快速发展。
在1967、1968、1970年X56、X60、X65相继加入到API 5L标准中，之后X70、X80分别于1973、1985年被增加到API标准中。
目前X100、X120正处于试验、开发阶段，还没有世界通用的标准，仅仅是加拿大标准将X100(690MP)钢级纳入其标准CSA Z245.1-2002中。
太钢X70高级别管线钢的开发
收稿日期 ：2009-10-15 作者简介 ： 周瑰云 (1970-) ， 女 ， 山西夏县人 ， 高工 ， 主要从事轧钢工艺 技术 。
· 22·
2009 年第 6 期
周瑰云 ： 太钢 X70 高级别管线钢的开发
铸造设备与工艺
素体基体上 析出 的 弥 散 分 布 的 不 可 变 形 碳 氮 化 物 质点而使强度增加 。 由于析出强化每单位强度增加 所产生的韧 脆转 变 温 度 的 升 高 小 于 固 溶 强 化 和 位 错强化所产生的韧脆转变温度的升高 ， 因而由 Nb 、
Development of X70 High Grade Pipeline Steel
ZHOU Gui-yun
（Taiyuan Iron & Steel （Group ）Co.Ltd. ，Taiyuan, ShanXi 030003 ，China ）
Abstract: The chemical compositions, smelting and TMCP processes of X70 high grade pipeline steel in TISCO were presented in the paper. The microstructure of X70 pipeline steel consisted of acicular ferrite, polygonal ferrite and a little granular bainite, providing high strength, high impact toughness at low temperatures and excellent DWTT properties, the cleanliness of the steel was high and the level of banded structure was low. Key words: X70, pipeline steel
高级别管线钢X70研制
的 Ｄ Ｔ试 验 结 果 见表 ４ 系列 温度 下 的 Ｄ Ｔ ＷＴ ， ｗＴ
试验 结果 如 图 ３所示 。 表 ４ 规定 温 度 （一１ ５℃ ） 的 Ｄ Ｔ试 验结 果 下 ｗＴ
Ｔ ｂ ４ ＤＷＴ ｓ ｖ ｌ ｅ ｕ ｄ ｒ 一１ ℃ ａ ｋ Ｔ ｔ ｔ ａｕ ｎ ｅ ｅ ５
变强 化 钢 的强 度 。一般 钢 中添 加 ０ １ ～０ ３ ．％ ．％
的 Ｍｏ 。
１ ５ ｉ ） ０ ｈｌ 针状 铁素 体管 线 用 钢 。本 文对 Ｘ ０管 ５ ｌ ３ ７ 线 钢控 轧控 冷工 艺与组 织性 能进 行 了研 究 。
１ 成分 设计
Ｓ是影 响 管 线 钢 抗 ＨＩ 氢 致 裂 纹 ） Ｓ Ｃ Ｃ（ 和 Ｓ
第 ３期
毛一标 等 ： 高级 别 管线钢 Ｘ ０研制 ７
５ ３
形 核 位置 。因此 ， 将精 轧 的开始 温度 定 为 ９ ０ ｏ ２ Ｃ， 确 保 两 阶段控 制轧 制 的温度 。
３ ３ 终 轧 温 度 的 控 制 ．
（） ３ 目前 沙钢 已掌握 了针状 铁 素 体管 线 钢 的 成分 设计 和轧 制 工艺 参 数 ， 生产 的 Ｘ ０管 线 钢 所 ７ 已应 用 于管道 工程 ， 品质量 满足 工程 的要求 。 产
３ ４ 轧后 冷却速 度 和加速 冷 却终 止温度 的控 制 ．
［２］王义康． 对高压输 气管线用 钢需求 和展望 ［ ∥ 全国低合 ｃ］
金钢 工 作 会 议 汇编 ． 京 ： 金 工业 部 ，９ ７ 北 冶 １９ ．
［ ３］贾志鑫 ， 海龙 ， 衣 曲鹏 ， 本钢 Ｘ ０管 线钢 的组 织 与性 能 等． ７
管线钢综述
综述管线钢指用于输送石油、天然气等的大口径焊接钢管用热轧卷板或宽厚板。
管线钢在使用过程中，除要求具有较高的耐压强度外，还要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能。
随着石油、天然气消费量的增长，其输送的重要性显越发突出，尤其是长距离输送。
而提高输送效率，提高输送的经济效益就要通过加大输送管道口径，提高输送压力来解决。
从而提高了对高级别、高性能管线钢的需求。
国外高级别管线钢呈现强劲的发展趋势，从20世纪70年代初期X65管线钢开始投入使用，80年代X70级管线钢逐渐被引入工程建设，1985年API标准中增加了X80钢级，随后X80开始部分在一些管线工程中使用，并很快就投入到X100和X120管线钢的开发试制工作。
有关X100最早的研究报告发表于1988年，通过大量工作已形成很好的技术体系。
高级别管线钢概述我国管道建设正处于大力发展阶段，因此管线钢的发展也非常迅速。
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级热轧板卷主要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级管线钢并逐渐向X80过度。
国内管线钢生产技术现状分析由于市场要求单管输气量不断提高。
我国早期四川、西北地区的天然气管道采用X52及以下钢级、426mm以下管径的管线钢管，设计年输气量在10亿m3/a以下；陕京一线第一次采用了X60钢级、D660mm管线钢管设计年输量提高到33亿m3/a；西气东输一线采用X70钢级、D1016mm管线钢管，设计年输量提高到170亿m3/a；最近建设的西气东输二线管道，采用X80钢级、D1219 mm管线钢管，设计年输量提高到300亿m3/a。
这种单管输气量不断提高的趋势仍在持续。
当前国际上新一轮巨型天然气长输管道，单管输气量将达到450亿-500亿m3/a的水平。
鞍钢2150高级别管线钢开发的开题报告
鞍钢2150高级别管线钢开发的开题报告
一、选题背景
随着我国经济的持续快速发展，能源、交通、城市供给等基础设施
建设的需求不断增加，而现有管线的老化、腐蚀、疲劳等问题也开始暴
露出来，迫切需要新材料的开发和应用。
钢材作为一种重要的建筑材料，广泛应用于各个领域，因此，开发高性能的管线钢材料具有重大意义。
鞍钢2150是一种高级别管线钢，其主要优点为高强度、高防腐性、高抗氢裂和高斯特林效应等，可用于城市燃气、石油、天然气、化工等
领域的管道建设。
本开题报告主要介绍鞍钢2150高级别管线钢的开发内容和目标。
二、研究内容
1. 钢材成分分析：使用光谱分析仪、扫描电镜等手段对鞍钢2150
进行分析，确定其成分，以便控制生产工艺。
2. 钢材热处理研究：通过对钢材进行淬火回火、正火、退火等热处
理工艺，研究其组织结构和力学性能的变化。
3. 钢材耐腐蚀性能测试：使用腐蚀试验仪、电化学腐蚀测试仪等仪
器进行钢材的耐腐蚀性能测试，评估其耐腐蚀性能。
4. 钢材氢致脆性测试：使用加速氢脆试验仪、电化学氢脆试验仪等
仪器进行钢材的氢致脆性测试，评估其抗氢裂能力。
5. 钢材斯特林效应测试：使用X射线衍射仪、电子背散射衍射仪等
仪器进行钢材的斯特林效应测试，评估其抗斯特林效应能力。
三、研究目标
1. 确定鞍钢2150的主要成分，优化生产工艺，提高产品质量。
2. 研究钢材的热处理工艺，提高其力学性能和抗氢裂能力。
3. 研究钢材的耐腐蚀性能和斯特林效应能力，提高其使用寿命。
4. 研制出优质的鞍钢2150高级别管线钢，推广应用于城市燃气、石油、天然气、化工等领域的管道建设。
国内外高钢级管线钢的发展及应用
国 内外高钢 级管线钢成 分均 为超低碳微 合金化 。
通过降低 Ｃ的含量 ，改善钢 的低 温韧性 、断裂抗力 、
延展性及成型性 ；增加 Ｍｎ的含量 ，以弥补管线钢 因 降低 Ｃ含量 而 损 失 的屈 服 强度 ； 同时控 制 Ｖ、Ｎ 、 ｂ ｒ 等微 合金 化元 素 的含量 ，使 管线 钢获 得最佳 的韧 ｒ ｉ
三 种高 钢级 管线 钢性 能指标 见 表 ２ 。
表 １ 高 钢 级 管 线 钢 的 化 学 成 分 指 标
标
准 钢 级
Ｘ８ Ｏ ＡＰＩＳ Ｃ Ｌ一 ｏ ７ ＰＥ ５ ２ ０ Ｘｌ ｏ ０ Ｘ１ ０ ２ Ｌ ５ ５５ ＧＢ，＇ ２ ７ ２０ ７ Ｉ ２１ ３ － ｏ Ｌ９ ６Ｏ ０．０ １ ０． ４０ ２１ ．Ｏ ００ ０ ．２
第３ 卷第１ ８ 期
石 油 工 程 建 设
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张 斌 ，钱 成文 ， 王玉梅 ，张 玉志
（ 中国石油管道研 究中心 ，河北廊坊 ０５０ ） ６０ ０
摘 要 ：长输 油 气 管道 正在 向大 口径 、高压 力 的 方 向发展 ，为 满足 这 一要 求 ，高钢 级 管线 钢 的应 用 逐 渐 成 为油 气 管道 建设 的发 展 趋 势。 目前 陆上 天 然 气管道 已经发 展 到 Ｘ ０钢 级 ，国 内外对 更 高钢 级 ８ Ｘｌ０ ０ 、Ｘ１ ０的研 究也取 得 了新 的进展 。本 文 系统 整 理 并介 绍 了国 内外 Ｘ８ 、Ｘ ０ 、Ｘ１０等 三种 高 ２ ０ １０ ２ 钢 级 管线 钢 的开发 、 生产及 应 用现 状 ，并展 望 了它们 的发展 方 向 。 关键 词 ：Ｘ８ ０管线钢 ；Ｘ１ ０管线钢 ；研 究 ；应 用 ０ ｄ ｉ ０３ ６ ４ｉｓ ．０ １ ２ ０ ．０ ２０ ．０ ｏ： ．９ ９ ． ｎ１ ０ － ２ ６２ １ ．１０ １ １ ｓ
高级别厚规格X80管线钢研制开发_陈勇
陈勇，张爱梅，邱双全，吾塔（宝钢集团八钢公司制造管理部）CHEN Yong ，ZHANG Ai-mei ，QIU Shuang-quan ，WU TA(M anufacturing M anagement Department ,Bayi Iron &Steel Co.,Baosteel Group)Abstract:Development of hot rolled strip for X80pipeline conveying oil by using of the low carbon compositions andTM CP technique.The acicular ferrite and bainite structure obtained by the composition design of low carbon microalloy strengthening,control molten steel cleanliness and segregation of slab,reasonable two-stage controlled rolling and con-trolled cooling technology.Test results show that strength and low temperature toughness etc.of mechanical properties are excellet ,the test results accord with technical condition of Petro-China “west second line ”pipeline project hot rolled strip.every test is well after making pipe.Key words:X80pipeline steel ；acicular ferrite ；low carbon microalloy strengthening ；high strength高级别厚规格X80管线钢研制开发摘要:介绍了采用低碳成分设计和TM CP 工艺开发X80钢级石油输送管用热轧卷板的关键控制技术和工艺路线。
L245M、BM管线钢化学成分L245M、BM管线钢力学性能L245M、BM管线钢用途范围
L245M/API5L-BM管线钢板
一、L245M/API5L GrBM钢板简介：
L245M/API5L GrBM是生产石油、天然气输送管用厚度为6mm-50mm的宽厚钢板，属于质量等级PSL2.管线钢按质量等级分：质量等级1（PSL1）和质量等级2（PSL2）。
按产品用途分：天然气输送管道用钢、原油和成品油输送管道用钢、其他流体输送焊管用钢。
按交货状态分：热轧（R）、正火和正火轧制（N）、热机械轧制（M）、淬火+回火（Q）按边缘状态分：切边（EC）、不切边（EM）
钢的牌号表示方法
L：代表输送管线Line的首位英文字母
245：代表钢板规定的屈服强度值
M：代表交货状态，仅适用于PSL2质量等级
X：代表管线钢
65：代表钢板规定的屈服强度值，单位ksi
M：代表交货状态，仅适用于PSL2质量等级。
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高级别管线钢概述管线钢是指用于输送石油、天然气等的大口经焊接钢管用热轧卷板或宽厚板。
管线钢在使用过程中，除要求具有较高的耐压强度外，还要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能。
随着石油、天然气消费量的增长，其输送的重要性显越发突出，尤其是长距离输送。
而提高输送效率，提高输送的经济效益就要通过加大输送管道口径，提高输送压力来解决。
从而提高了对高级别、高性能管线钢的需求。
1、国内发展概况我国管线钢的起步较晚，国内生产符合API5L标准的管线工程设计要求的管线钢仅有10多年的历史，X60～X70级管线钢已在国际市场上占有一定的地位，目前国内已投入生产的X80级管线钢质量也达到了国际先进水平，X100级管线钢已经研制出来。
随着国内冶金技术装备水平的提高，我国能生产管线钢板卷的企业逐渐增多，但是能够生产X70及以上级别的钢厂仅有宝钢、武钢、鞍钢、舞钢、等。
近两年来，许多钢铁厂加大了对高级别管线钢的研究开发，宝钢已研发出X120级别的管线用钢板。
21世纪是我国输气管建设的高峰时期。
“西气东输”管线采用大口径、高压输送管的方法，这条管线全长4167km，输送压力为10MPa，管径为1016mm，采用的钢级为X70、厚度4.6mm，-20℃的横向冲击功≥120J。
从西气东输工程钢材与钢板的国产化率统计看（表1.1）[1]，此项目X70钢材与钢管的总国产化率并不高，说明我国迫切需要加速高钢级管线钢宽厚板生产能力的建设。
从总体上来看，我国X80级别以上高级别管线钢与国际上还有很大的差距，同级别管线钢的开发与应用整整比发达国家晚了近30年。
表1.1西气东输工程钢材与钢板的国产化率统计2、国外发展概况国外高级别管线钢呈现强劲的发展趋势，从20世纪70年代初期X65管线钢开始投入使用，80年代X70级管线钢逐渐被引入工程建设，1985年API标准中增加了X80钢级，随后X80开始部分在一些管线工程中使用，并很快就投入到X100和X120管线钢的开发试制工作。
有关X100最早的研究报告发表于1988年[2]，通过大量工作已形成很好的技术体系。
表2.1为报道的部分X100管线钢的成分，相对应的力学性能列于表2.2。
其成分特点是低碳、高锰，铌的质量分数为0.040%～0.06%，钛含量<0.02%以及含有钼、镍等元素。
表2.2 与表2.1对应序号成分的X100管线钢的力学性能欧洲钢管自1995年开始进行X100的开发试制，通过试验认为采用表2.1的成分通过TMCP工艺可得到强度、韧性和焊接性较好配合的X100管线钢，并按此进行X100的试生产，到2002年已生产了数百吨壁厚在12.7～25.4 mm的X100管线钢[3]。
2002年9月,TransCanada用JFE/NKK提供的口径1219 mm、壁厚14.3 mm的X100钢管在加拿大WESTPATH项目中铺设了1 km长的试验段，进行了世界上首次X100的应用试验。
通过现场焊接试验，认为只要采取适当的措施，X100现场焊接的焊缝强度和韧性可以获得满意的结果。
表2.3 X120的目标性能1993年埃克森美浮公司开始X120超高强度管线钢的研发工作，并于1996年分别与日本新日铁和住友金属签订了X120管线钢的联合开发协议[4-7]。
X120管线钢的研究目标见表2.3，要求在满足高强度的同时还需具有-30℃大于231 J 的高止裂韧性。
新日铁开发的X120管线钢的母材和焊缝基本成分分别见表2.4和2.5[6]。
表2.4 新日铁开发的X120管线钢母材的基本成分（wt%）3、高级别管线钢生产工艺上关键问题高级别管线钢生产朝着超纯净度、超细晶粒、焊接无裂纹、高抗腐蚀等方向发展，这对高级别管线钢的冶炼、轧制和焊接等工艺过程提出了更高的要求。
对于冶炼工艺来说，就是要严格控制管线钢的化学成分。
随着现代冶金技术的发展，对于高级别管线钢的元素控制，已经能够确保S、P等杂质元素，O、N、H等气体元素和Pb、As、Sn、Sb、Bi等残余元素低或超低含量的管线钢的生产。
碳是增加钢强度的有效元素，但是它对钢的韧性、塑性和焊接性有负面影响。
同时，极地管线钢和海洋管线对低温韧性、断裂抗力以及延性和成形性的需要，管线钢的碳含量成逐步下降的趋势。
目前在综合考虑管线钢抗HIC性能、野外可焊性和晶界脆化时，最佳碳含量应控制在0.01%～0.06%之间[7]。
硫是管线钢中影响钢的抗HIC能力和抗SCC能力的主要元素，对钢的低温冲击韧性也有影响。
有研究表明[8]，当钢中硫含量大于0.005%时，随着钢中硫含量的增加，HIC的敏感性显著增加。
当钢中硫含量低于0.002%时，HIC明显降低，甚至可以忽略此时的HIC。
脱硫一直是冶金生产中一个重要环节，技术发展很快，在目前大生产的条件下，将管线钢的硫含量控制在0.001%以下已经能够实现。
磷在管线钢中是一种易偏析元素，偏析区的淬硬性约是碳的2倍。
除此之外，磷会恶化管线钢的焊接性能，显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的脆性转变温度，使钢管发生冷脆。
对于高级别的管线钢应更加严格控制钢中的磷含量，目前有报道的X100管线钢对磷含量的要求在0.002%以下。
钢中氢是导致白点和发裂的主要原因。
管线钢中的氢含量越高，HIC产生的几率越大，腐蚀率越高，平均裂纹长度增加越显著。
利用真空精炼脱气可很好地控制钢中的氢含量，目前已经能将钢中的氢含量降到0.0001%～0.0002%。
钢中氧含量过高会生成氧化物夹杂以及宏观夹杂增加，严重影响管线钢的洁净度。
钢中氧化物夹杂是管线钢产生HIC和SSC的根源之一，危害钢的各种性能。
尤其是当夹杂物直径大于50μm后，严重恶化钢的各种性能。
为了减少氧化物夹杂数量，一般控制钢中氧含量在0.001%～0.002%。
对于轧制工艺来说，近年来发展起来的热机械控制工艺（TMCP）是一项节约材料、简化工序和节省能源消耗的先进轧钢技术。
它通过工艺手段充分挖掘钢材潜力，大幅度提高钢材的性能，给冶金企业和社会带来了巨大的经济效益，代表了HSLA钢的发展方向。
TMCP技术是一种定量地、预定程序地控制热轧钢的形变温度、压下量、形变道次、形变间歇停留时间、终轧温度以及终轧后冷却速度等工艺参数。
TMCP工艺包括控制轧制工艺和轧后的控制冷却工艺，最早应用于管线钢的生产。
目前，管线钢的TMCP工艺技术已发展到一个新的阶段。
热轧过程的计算机控制与热加工物理冶金学相结合，已有可能对轧制过程中温度的变化、组织形态、晶粒尺寸、奥氏体未再结晶区的累积应变和铁素体中残余应变，以及微合金元素碳氮化物的沉淀析出动力学等进行有效控制和准确地预测，为开发超细晶粒的管线钢，同时提高高级别管线钢的强度和韧性开辟了更广阔的途径。
对于焊接工艺来说，随着人们对管线钢质量要求的提高，对高级别管线钢的焊接安全也越来越严格。
与此同时，为了提高焊接效率，单面埋弧焊（SAW）、气电焊（EGD）及电渣焊（ESW）等大线能量焊接技术已被逐步采用，但是大线量焊接使管线钢的焊接热影响区（HAZ）性能严重恶化，对高级别管线钢的安全性问题构成严重威胁。
是否具有良好的可焊性已经成为管线钢质量好坏的重要判据，焊接性问题已经成为高级别管线钢开发的重要课题。
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