海洋环境用HFW钢管质量浅析

1、中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司1 1YangfangYangfang中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司2 2中海石油金洲管道有限公司是中海油能源发展股份有限公司与金洲集中海石油金洲管道有限公司是中海油能源发展股份有限公司与金洲集团共同投资建立的合资企业。团共同投资建立的合资企业。公司公司ERW610机组的生产线图纸由美国机组的生产线图纸由美国BRONX公司设计，关键设备从国外进口，可生产直径公司设计，关键设备从国外进口，可生产直径219610mm、壁厚壁厚5.6mm20mm，长度，长度6m18.5m。 公司简介公司简介中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限

2、公司3 3随着炼钢工艺、钢卷热轧工艺、钢管的制造工艺和质量控制体系的提高，高频直缝焊接钢管（HFW）已经应用于海洋和酸性油气介质的输送。但由于高频直缝焊接钢管焊缝的耐腐蚀性和稳定性的问题，在国内应用时间并不是很长。本文主要介绍在海洋环境中HFW钢管的耐腐性、焊缝抗断裂性能CTOD、焊缝质量稳定性和质量保障体系。中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司4 4高频直缝电阻焊钢管在输油输气管线中已经广泛应用，尤其在海洋和含CO2、H2S等酸性环境已经开始应用，但是由于高频电阻焊钢管的焊缝耐腐蚀性能和质量稳定性在海洋环境中使用受到限制。中海石油金洲管道有限公司根据几年生产海底管线钢管的经验，基

3、本解决这一问题，并且保障十五万吨海底管线钢管正常服役。本文主要描述如何减小钢管焊缝的腐蚀和提高焊缝质量稳定性，解决焊缝低温冲击韧性和断裂韧性。0 0 引引 言言 中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司5 5海底管线钢管要求所使用的管线钢管的化学成分、焊缝热处理状况和生产工艺路线对焊缝沟槽腐蚀是不敏感的。在很多文献中提出海水环境中会产生沟槽腐蚀现象，HFW钢管的沟槽腐蚀主要产生在焊缝的位置（见图1）。1 1 高频直缝高频直缝HFWHFW钢管焊缝沟槽腐蚀钢管焊缝沟槽腐蚀图图1 HFW1 HFW焊缝沟槽腐蚀后图片理学焊缝沟槽腐蚀后图片理学中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司6

4、61 1 高频直缝高频直缝HFWHFW钢管焊缝沟槽腐蚀钢管焊缝沟槽腐蚀一般认为，HFW钢管焊缝沟槽腐蚀产生的有以下几个方面的原因：HFW钢管焊缝组织不同于母材铁素体+珠光体组织，同时由于快速加热和冷却而导致焊缝处存在较大的残余应力；另外由于热轧钢卷存在沿着轧制方向的金属流线，在焊接时挤压力作用下与内外表面形成上升的角度。图图2 2 焊缝具有上升金属流线的图片焊缝具有上升金属流线的图片中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司7 71 1 高频直缝高频直缝HFWHFW钢管焊钢管焊缝沟槽腐蚀缝沟槽腐蚀在金属流线中存在着非金属夹杂物如MnS等，当钢管处于腐蚀环境时，沟槽腐蚀就会沿着非金属夹杂物

5、MnS富集区的金属流线开始腐蚀。沟槽腐蚀的产生和扩大可以描述为三个步骤，一是在焊接时MnS熔解后的快速沉淀形成富S区域；二是MnS富集区产生坑腐蚀；三是在焊缝和母材之间形成巨大的腐蚀坑即形成沟槽。中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司8 8采取焊缝热处理和改变化学成分的方法可以有效减小焊缝的沟槽腐蚀。焊缝热处理可以有效降低S富集区，减少焊缝和母材之间的组织差异，降低焊缝的残余应力。但由于高频直缝焊管的焊缝在线热处理时间较短，因此不能完全消除沟槽腐蚀。降低钢中硫含量可以有效的减少MnS附近S的富集，因此可以帮助减小沟槽腐蚀的产生。1 1 高频直缝高频直缝HFWHFW钢管焊缝钢管焊缝沟槽

6、腐蚀沟槽腐蚀中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司9 9海底管线钢管多数使用双层管，外面作为套管，里面的钢管是输送使用，内管和外管之间采用保温层。作为输送油气使用的内管在酸性环境下要求具有良好的HIC腐蚀性能。在较小直径的HFW钢管生产中，需要采购两倍工作宽度的钢卷进行纵剪，由于钢带存在中心偏析，纵剪后的钢板有一边存在偏析，在焊接时通过加热和挤压，非金属夹杂物残留在焊缝熔合线周围及钢管表面。因此这些非金属夹杂物影响了焊缝的抗HIC性能。2 2 高频直缝高频直缝HFWHFW钢管焊缝钢管焊缝抗抗HICHIC腐蚀性能腐蚀性能中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司1010为了提高焊

7、缝抗HIC腐蚀性能，需要从原料、焊接工艺参数和焊缝热处理工艺方面入手。首先要做到的是提高原料的纯净度，减小或消除带钢中心偏析，为焊接奠定良好的基础。新的焊缝在线热处理工艺即焊缝淬火+回火的热处理工艺来代替正火热处理工艺，可以有效提高焊缝的抗HIC腐蚀性能。再者焊接工艺参数直接影响夹杂物的形成，也是提高焊缝抗HIC性能的关键，最终研究表明较窄的熔合线宽度和较大的金属流线角度可以明显提高焊缝抗HIC腐蚀性能。2 2 高频直缝高频直缝HFWHFW钢管焊缝钢管焊缝抗抗HICHIC腐蚀性能腐蚀性能中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司11CTOD是指张开型裂纹的尖端在外力作用下所张开的距离。在

8、CTOD试验中，把要测试的材料或焊接接头做成带有预制裂纹的试样，加上外力后，可以测定裂纹尖端张开位移CTOD值。CTOD值的大小反映了受试材料或焊接接头的抗开裂能力（即韧性）的高低。CTOD值越大，表示裂纹尖端处材料的抗开裂性能越好，即韧性越好；反之，CTOD值越小，表示裂纹尖端处材料的抗开裂性能越差，即韧性越差。3 3 高频直缝高频直缝HFWHFW钢管焊缝的钢管焊缝的CTODCTOD（裂纹尖端张开位移）试验（裂纹尖端张开位移）试验中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司12123 3 高频直缝高频直缝HFWHFW钢管焊缝的钢管焊缝的CTODCTOD（裂纹尖端张开位移）试验（裂纹尖端张

9、开位移）试验在海底管线规范DNV-OS-F101中要求首批检验时对焊缝、管体进行CTOD试验，以检验管体和焊缝抗开裂的能力，规范要求在0度时CTOD值应不小于0.2mm，我公司在丽水项目海底管线对HFW钢管焊缝进行试验，CTOD的值在所0.7mm（见图3）以上，满足标准要求。图3中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司1313应用于海底管线的钢管质量要求高于陆地管线，要具有稳定的产品质量首先要具备良好的设备做为保障，以影响产品质量和检验的关键设备说明如下： 4 4 海底管线钢管质量稳定性和保障体系海底管线钢管质量稳定性和保障体系铣边：在线铣边机设备，铣边形状为直边和5度V形边，以保障钢

10、管成型后接近平行对接；同时可以去除带钢边缘的缺陷，有效保障带钢工作宽度；焊接：具有自动热量输出控制系统，温度监控系统，保障焊接的稳定性；中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司1414钢管管端：钢管管端手动超声波检验和磁粉检验；4 4 海底管线钢管质量稳定海底管线钢管质量稳定性和保障体系性和保障体系热处理：自动热量输出控制系统，温度监控系统和焊缝自动跟踪系统；钢板检验：在线板材超声波探伤系统，保障使用带钢的质量；焊缝检验：在线超声波焊缝探伤系统和离线焊缝超声波探伤系统；中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司15保障海底管线钢管的质量不仅需要良好的设备作基础，还需要严格的检验流

11、程保障产品质量。154 4 海底管线钢管质量稳定性和保障体系海底管线钢管质量稳定性和保障体系我公司HFW钢管生产线按制管工艺路线设置专检的检验站点共10项,其中包括原料检验1项、定径检验1项、无损检验4项、水压检验1项、成品检验1项入库检验1项和发货检验1项。产品质量实施三检制,分别为操作者自检、上下工序互检和质量检中心专检,产品质量三检制控制流程保障产品检验质量。中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司16在理化性能控制方面，取样试验频次最多50支为一批次，试验频次要远高于陆地管线的要求。164 4 海底管线钢管质量稳定性和保障体系海底管线钢管质量稳定性和保障体系我公司建有质量数据库

12、，具有质量数据录入和查询系统,此系统包括了原料和产品针对项目合同号的所有检验和试验数据,可以以钢管管号和原料炉号、钢卷号为跟踪依据实施全程质量追溯,试验现场控制结果与数据库联网控制,每个工作日质检中心数据库管理员负责与试验室、生产部统计和仓库管理员数据核对一次,最后的成品交付,出证开单以质量数据库为准。中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司1717原料检验1项10 项 检 验 站 点定径检验1项无损检验4项水压检验1项成品检验1项入库检验1项发货检验1项4 4 海底管线钢管质量海底管线钢管质量稳定性和保障体系稳定性和保障体系中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司1818操作者自检产品质量三检制上下工序互检质量检中心专检4 4 海底管线钢管质量稳定性和保障体系海底管线钢管质量稳定性和保障体系中海石油金洲管道有限公司中海石油金洲管道有限公司1919高频直缝HFW钢管逐步应用于海洋环境和酸性环境，HFW钢管的焊缝耐腐蚀性能和质量稳定性还需要进一步的研究，以下几个方面的措施有助于提高焊缝的耐腐蚀性能和质量稳定性：（1）HFW钢管使用的钢卷要具有更低的硫含量，降低夹杂物附近S的聚集而减小沟槽腐蚀的产