管线钢生产技术、现状和未来发展趋势教材

1、管线钢生产技术、现状和发展趋势陈军利2007年6月 内 容国内管线发展状况及未来需求预测管线钢发展历史管线钢分类和技术要求管线钢生产技术国内管线钢生产现状管线钢未来发展趋势国内管线发展状况及未来需求预测 1.国内发展现状 管线钢主要用于加工制造油气管线。油气管网是连接资源区和市场区的最便捷、最安全的通道，它的快速建设不仅将缓解我国铁路运输的压力，而且有利于保障油气市场的安全供应，有利于提高我国的能源安全保障程度和能力。 同石油一样，我国也将从境外的俄罗斯、中亚国家进口天然气，并通过东南沿海港口进口液化天然气（LNG）。为了把这些天然气输送到主要的消费区域，建设输送管线是必不可少的。目前“西气东

2、输”项目已经建成，今后还将建设的主要管线有陕京二期、中俄天然气管线（东线、西线）、以及中亚或俄罗斯至上海天然气管线，最终与“西气东输”管线形成“两横、两纵”的天然气干线。国内管线发展状况及未来需求预测2.未来需求预测n目前，原油、天然气管网已经具有相当规模，成品油输送管道相对较少，目前仅占全部输送量的40，将来计划修建3万km，管径在500mm左右，壁厚在10mm以下，以X65为主。未来10年，我国将建设5万km的油气管道，平均每年需要铺设近5000km，每年天然气管道需要钢材近400万t。 国内管线钢发展状况及未来需求预测2.未来需求预测n 随着管道输送压力的不断提高，油气输送钢管也相应迅速

3、向高钢级方向发展。在国际发达国家，20世纪60年代一般采用X52钢级，70年代普遍采用X60X65钢级，近年来以X70为主，而国内城市管网以X52、X65为主。目前国内主干线输气管最大压力为10MPa，最大直径能够达到10161219mm，以X65、X70应用为主，X80也有应用，但用量不多。随着国内输气管的延长和要求压力的提高，X70、X80将成为主流管线钢。 管线钢的发展历史1. 国外管线钢的发展历史60年代以前、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的规定。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(

4、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20 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, 碳管线钢发展历史 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.

5、37 以下, 开发出真正现代意义上的多元微合金化控轧控冷管线钢。近期又开发出X120和抗HIC和硫化氢等高钢级管线钢。管线钢发展历史2.国内管线钢发展历史我国管线钢的应用和起步较晚, “六五”以前铺设的油、气管线大部分采用Q235 和16Mn 钢。“六五”期间, 我国开始按照API 标准研制X60、X65 管线钢,并成功地与进口钢管一起用于管线铺设。20 世纪90 年代初宝钢、武钢相继开发了X70 管线钢, 并在涩宁兰管道工程上应用。21 世纪初宝钢、武钢、鞍钢等又开发了高钢级X80 管线钢, 并在西气东输工程上应用。 目前他们已经开发X100 等更高级管线钢，而且宝钢已成功开发出世界上最高强

6、度的管线钢，并在今年又与梅钢联合成功轧制了X56抗硫化氢管线钢。管线钢分类及技术要求1.管线钢定义 制造石油、天然气集输和长输管或煤炭、建材浆体输送管等用的中厚板和带卷称为管线用钢（steelforpipeline）。一般采用中厚板制成厚壁直缝焊管，而板卷用于生产直缝电阻焊管或埋弧螺旋焊管。 管线钢分类及技术要求2.管线钢分类n按照强度级别可分为X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70、X80、X100、X120等。n按照输送介质可分为成品油、原油、甜性天然气、酸性天然气和水煤浆输送用管线钢，其中要求最高的为酸性天然气管线用钢。管线钢分类及技术要求3.技术要求 现代管线钢属于低碳

7、或超低碳的微合金化钢，是高技术含量和高附加值的产品，管线钢生产几乎应用了冶金领域近20多年来的一切工艺技术新成就。目前管线工程的发展趋势是大管径、高压富气输送、高寒和腐蚀的服役环境、海底管线的厚壁化。因此现代管线钢应当具有高强度、低包申格效应、高韧性和抗脆断、低焊接碳素量和良好焊接性、管线钢分类及技术要求3.技术要求 以及抗HIC和抗H2S腐蚀。优化的生产策略是提高钢的洁净度和组织均匀性，C009、S0005、P001、O0002，并采取微合金化，真空脱气CaSi、连铸过程的轻压下，多阶段的热机械轧制以及多功能间歇加速冷却等工艺。目前国内外管线规范中没有管线用钢材的韧性指标，仅对管材有具体要求

8、：管线钢分类及技术要求3.技术要求（1）最低使用温度下（5）DWTT85SA；（2）最低使用温度下（5）夏比冲击吸收功145J。当前管线钢的技术条件普遍采用美国石油协会标准APISpec5L，但是国内具体工程或具体用户的订货技术条件往往较API标准严格得多。高钢级管线钢生产技术1.高钢级管线钢典型成分及性能要求 高钢级管线钢一般是以低碳锰钢为基础，通过添加Nb、Mo、Ti、V等微合金元素进行细晶强化，对于抗硫化氢腐蚀的管线钢还需添加Cu、Cr、Ni等微合金元素，以提高钢的耐腐蚀性。由于不同厂家生产管线钢的冶金原理和工艺设备不尽相同，因此各厂生产的管线钢的成分也不完全相同。典型的成分和性能要求如

9、下：高钢级管线钢生产技术1.高钢级管线钢典型成分及性能要求a)典型成分nX65管线钢典型成分 C SiMn P SNiCu Mo NNb AlTi0.03 0.17 1.51 0.024 0.005 0.17 0.04 0.16 0.006 0.06 0.02 0.01高钢级管线钢生产技术X70管线钢典型成分厂家CSiMnPSCrMoNiNbVTiCu宝钢0.050.201.560.0110.0030.0260.210.140.0450.0320.0160.18鞍钢0.030.271.560.0050.0040.0250.250.130.0570.040.0210.14武钢0.030.211.

10、550.0100.0020.0210.270.230.0470.0380.0180.21住友0.060.151.620.0110.0010.020.010.20.0350.040.0220.28德国0.070.271.570.0110.0010.060.010.030.040.070.0130.03高钢级管线钢生产技术X80管线钢典型成分CSiMnPSNbTiNOMo,Cu和Ni0.050.281.850.0120.0010.070.120.0060.2,Ca/S控制在25之间；高钢级管线钢生产技术4.3 LF炉冶炼技术要点n钙处理后，保证净吹时间5min，以使钢中夹杂充分上浮，搅拌强度的控制

11、以钢包液面微微波动，不裸露钢水为宜；n为RH提供合适的钢水温度，保证RH处理过程的温降，严禁RH升温作业；高钢级管线钢生产技术4.4 RH真空处理技术要点n对于管线钢，RH的主要任务是脱气（N、H）和去夹杂及合金微调；n脱氮：当真空度大于0.4KPa时，真空处理基本无脱氮能力，有时钢中N含量反而会增加；当真空度小于0.4KPa时，采具有一定的脱氮能力，且真空度越高，脱氮效果越好，脱氮效率可达1540，但与初始氮含量和脱气时间有关，一般要求脱气时间大于8min;高钢级管线钢生产技术4.4 RH真空处理技术要点n脱氢：当真空度小于0.2KPa时，脱气时间大于8min，即可将钢中的氢脱至2ppm以下

12、（宝钢循环时间为2030min,纯脱气时间大于10min）；n去夹杂：研究结果表明，RH处理过程中夹杂物的去除主要发生在前12min，RH处理12min即可将绝大部分的夹杂物去除，且在28min夹杂物的去除速度最快，且夹杂物的去除效果具有最佳的提升气量和真空度；宝钢目前的提升气量为20Lmin。高钢级管线钢生产技术4.5 连铸工艺技术要点n采用下渣检测技术，减少大包向中间包的下渣量，从而影响铸坯质量；n连铸中间包钢水过热度以1525为宜，有利于获得等轴晶板坯组织，从而减少宏观中心偏析；n采用直弧形结晶器、低拉速、二冷水动态控制技术，有利于钢水中夹杂物充分上浮，减少铸坯内部缺陷；高钢级管线钢生产

13、技术4.5 连铸工艺技术要点n全过程保护浇铸是生产管线钢必不可少的条件，可降低浇铸过程中增氮；n采用电磁搅拌、轻压下等现代技术，减少铸坯内部偏析；n选择合适的结晶器保护渣，改善结晶器传热条件及结晶器与坯壳间的润滑，减轻铸坯表面裂纹产生；高钢级管线钢生产技术4.5 连铸工艺技术要点n采用低碳或无碳中间包覆盖剂、结晶器保护渣，减少浇铸过程增碳；n采用液面自动控制和电磁制动技术，减少液面波动造成的铸坯表面缺陷；高钢级管线钢生产技术4.6 轧制工艺技术要点a)生产管线钢采用的轧制工艺 目前在国内管线钢的生产工艺主要有：常规半连续热连轧、CSP连铸连轧、中厚板机组、炉卷机组。1）半连续轧机： 包括1机架

14、炉卷轧机及5机架精轧机。在半连续轧机上，钢带在精轧道次所经历的热轧从钢带的一端到另一端实质上是恒定的。在精轧机上道次间的时间通常少于3s。 高钢级管线钢生产技术4.6 轧制工艺技术要点 2）CSP连铸连轧： 在CSP生产线上对含有铌、钒、钛复合微合金化的低碳锰钢，采用合适的控轧控冷和卷取工艺，可以保证钢的力学性能和显微组织符合现代X60管线钢的技术要求，符合现代管线钢发展趋势。我国CSP连铸连轧生产线目前已开发到了X60管线钢，而美国及国外其它CSP生产厂已经开发和生产了高牌号管线钢X60、X65乃至X70。 其工艺特点是连铸薄板坯存在中心偏析，消除连铸薄板坯中心偏析是进一步提高管线钢质量的关

15、键技术问题。 高钢级管线钢生产技术4.6 轧制工艺技术要点3）中厚板机组： 主要生产宽厚板，用于直缝埋弧焊管的生产，直缝埋弧焊管质量可靠，广泛应用于油气高压输送主干线上。4）炉卷轧机： 炉卷轧机包括一架往复式粗轧机及一架4辊往复精轧机。在精轧机两边的输送线上安装了两台热卷轧机。输出辊道通常包括一套层流冷却系统和一个卷取站。在炉卷轧机上，钢带整个长度上的热机械历史显著变化，尤其是在微合金化钢生产中，将强烈影响精轧机上产生的再结晶程度、晶粒长大及析出，并且导致整个带钢长度上最终显微组织和性能的剧烈变化。其工艺特点是投资成本相对低。 高钢级管线钢生产技术4.6 轧制工艺技术要点钢坯再热时，严格控制加

16、热温度，既保证合金元素充分固溶，又要防止奥氏体晶粒粗化；粗轧阶段，保证在奥氏体再结晶温度以上进行多道次大变形量轧制，可以使奥氏体晶粒充分破碎；高钢级管线钢生产技术4.6 轧制工艺技术要点精轧阶段控制总的压下率和终轧温度，以获得良好的性能。采用轧后强制加速冷却工艺，使变形奥氏体发生针状铁素体转变，此时变形 的晶界和滑移带为针状 形成提供了大量形核位置，使针状 晶粒细化，强韧性提高。国内管线钢生产现状 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、南钢、太钢等。另外，宝钢与武钢、南钢、鞍钢和舞阳钢铁公司也已试制了X

17、80热轧钢板，并在巨龙钢管公司试制了直缝埋弧焊管(JCOE)。近两年来，南钢加大了对管线钢的研究开发，X100级别的钢板正在研制中，鞍钢X100级别的钢板已通过有关单位的验收。 国内管线钢生产现状 1）近几年我国国内管线钢生产产量情况，见表1。 年月 各机组产量（万吨）中板厂热轧板炉卷板合计2001年1.3145.1746.482002年0.5376.7477.272003年2.87108.11110.982004年3.5582.5986.142005年8.48146.762.82158.062006年1-5月1.2457.275.8264.33国内管线钢生产现状 2）目前国内主要管线钢生产企

18、业基本情况 宝钢：管线钢是宝钢主要代表品种之一，近年宝钢管线钢开发生产发展很快，无论是数量还是品种质量在国内市场都占绝对优势。宝钢经过十多年管线钢的开发和生产，已较好地掌握了高强度高韧性管线钢板卷的微合金化成分设计、冶金工艺控制、生产质量保证等关键技术。通过不断的优化、调整，已逐渐形成宝钢X52、X65、X70系列管线钢的成分、工艺体系和生产质量控制技术，实现了产品的更新换代。产品满足了国内外市场需求，质量稳定，先后在我国西气东输工程、印度输油管线、土耳其输气管线等一系列国内外重大长输管线工程中得到成功的应用。2006年12月12日宝钢成功试制了X120管线钢，成为世界上第四家生产过世界最高强

19、度的管线钢。 国内管线钢生产现状 2）目前国内主要管线钢生产企业基本情况 武钢：是国内第二大管线钢生产企业。近几年，武钢将管线钢作为企业的重点发展品种，其在国内的市场份额提高很快。1997年武钢管线钢的产量仅为2800t，市场占有率只有1，但1999年武钢生产的管线钢就上升到了63万t，仅在西部市场上就取得了11条管线工程的供货权，在国内市场占有率提高到了23左右。武钢在管线钢品种质量上也取得了很大的进展。武钢生产的高韧性管线钢已达到德国、日本主要钢厂的同类钢材的实物水平。2000年武钢管线钢开发生产量达16万多吨。在涩宁兰管线、北京永清管线、伊朗管线、伊拉克管线及大庆石油油井套管等多项大工程

20、中中标。国内管线钢生产现状 2）目前国内主要管线钢生产企业基本情况 武钢：是国内第二大管线钢生产企业。近几年，武钢将管线钢作为企业的重点发展品种，其在国内的市场份额提高很快。1997年武钢管线钢的产量仅为2800t，市场占有率只有1，但1999年武钢生产的管线钢就上升到了63万t，仅在西部市场上就取得了11条管线工程的供货权，在国内市场占有率提高到了23左右。武钢在管线钢品种质量上也取得了很大的进展。武钢生产的高韧性管线钢已达到德国、日本主要钢厂的同类钢材的实物水平。2000年武钢管线钢开发生产量达16万多吨。在涩宁兰管线、北京永清管线、伊朗管线、伊拉克管线及大庆石油油井套管等多项大工程中中标

21、。国内管线钢生产现状 2）目前国内主要管线钢生产企业基本情况 武钢：同时，厚板X65H和高性能管线钢X70的试制也取得成功，用户试用后表明，其性能指标完全满足了涩宁兰管线、大庆油井注水管线工程技术要求。2004年武钢管线钢的研制开发取得重大突破，顺利实现了175mm厚X70高性能管线钢大批量稳定供货。连续承接了苏丹管线、中哈管线、陕京管线、沿江管线、双兰管线、冀宁管线等10余条管线的供货权，全年合同量达70余万t，居国内首位。随后又积极开展153mm和175mm高强度、高韧性的X80热轧厚板卷的研试工作，并顺利通过中国石油天然气集团公司鉴定。鉴定委员会专家认为，武钢开发的X80管线钢153mm

22、厚热轧卷板可完全满足X80螺旋焊管制管的要求，已具有批量生产稳定性，能按要求实现批量生产与供货。 国内管线钢生产现状 2）目前国内主要管线钢生产企业基本情况 鞍钢：2002年11月，ASP线已为长呼输气管道工程提供了4000多吨X52级管线钢，目前已开发生产出X70、X80高等级管线钢板、卷，并可工业化生产。7月7日，在我国新建“川气出川”大型天然气管道试验段铺设工程中，鞍钢独揽32万t极限规格X70螺旋焊接用管线钢卷板供货权。同时，鞍钢还承揽下195万tX70直缝焊接管线钢的生产合同。“川气出川”天然气管道工程是我国“十一五”重要输气工程，工程铺设管道全长1937km。目前在国内能够生产30

23、4mm厚X70宽厚板并供货的厂家只有鞍钢一家。2006年7月13日，鞍钢生产的X100管线钢宽厚板及用它卷制的直缝焊钢管顺利通过了国内权威科研机构中石油管材研究所试验评价。 X100管线钢研制开发成功，使鞍钢管线钢钢级形成了X60、X65、X70、X80和X100的系列化，为角逐国内外高端管线钢市场增添了一件“利器”。国内管线钢生产现状 2）目前国内主要管线钢生产企业基本情况 本钢： 本钢石油管线钢的开发研制始于80年代末，是国内较早开发石油管线用钢的钢铁企业。历时十几年的发展，本钢先后研制开发了符合石油、天然气输送管线用的A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70管线钢，

24、形成了石油、天然气输送管线用钢的系列化。2006年下半年X80管线钢通过国家鉴定验收。 国内管线钢生产现状 2）目前国内主要管线钢生产企业基本情况 邯钢：2000年就在CSP机组上开发出了厚度为79mm的X52、X60管线钢，并投入了批量生产。 马钢：于2006年1月到2007年12月，将在CSP生产线开发并商业化生产铌微合金化X52X56管线钢（由于受到取样剪的剪切能力限制，马钢CSP管线钢生产最大厚度只能生产到X56级的商用厚度）；马钢新区传统热轧生产线研发铌微合金化X70X80管线钢。国内管线钢生产现状 2）目前国内主要管线钢生产企业基本情况 南钢：于2005年10日28日，在中厚板卷厂

25、成功轧制出厚度87mmX60管线钢、95mm钢卷，目前X70管线钢也已经开始工业化生产，X80已经开发出来，但生产量不是太多，最大厚度为40mm，最大宽度为3300mm。X100已经列入科研课题，正准备开发。济钢：中板厂和中厚板厂于2006年5月份生产了近500tX52级管线钢板，经检验，钢板的表面质量、外形尺寸、内部质量、组织性能全部满足了用户需求，为下一步开发更高级别的管线钢奠定了坚实的基础。国内管线钢生产现状 2）目前国内主要管线钢生产企业基本情况 太钢：目前太钢已具备生产X56、X60、X65高等级管线钢的生产工艺条件，并于2001年9月29日生产的第一批L360管线钢发到宝鸡。经沧淄输气项目部监理及宝鸡钢管厂首检，母材及管材的机械性能等各项指标全部合格。在“沧州一淄博”输气管道工程中，太钢中标L360管线钢7300余吨，由宝鸡钢管厂制管。2007年1月9日，太钢热连轧厂2250新系统成功试