国内管线管生产现状文档

1、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5070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。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余顶国家基础研究与攻关、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

2、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。下面就国内管线钢生 产技术要求及其标准应用现状进行了系统的分析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股的内部根据。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）铁素体-珠光体钢和少珠光体钢60年代后期在国外发

3、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。它以高纯净（SK0.010%，N60ppm，N+O+P+S150ppm）和细晶粒（10 15pm）的铁素体+（5%15%）珠光体为基体，综合使用微量碳（C 0.05%0.10%），微 量的铌，钒，钛（Nb+V+Ti0.12%）。国产的X52-X65级管线钢为控轧C-Mn-Nb-Ti或C- Mn-Nb-Ti-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，M n-V，Mn-Vb-V等。一般含碳量小于0.1%，铌、钒、钛的总含量小于0.10%，代表钢钟是 60年代末的X56、X60和X65。这类

4、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500550MPa的极限水平。（2）针状铁素体和超低碳贝氏体钢典型成分为C-Mn-Nb-Mo, 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、提锰和添加钼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

5、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，-60C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%，S0.005%，P0.010%，N30ppm，P+S+N100ppm），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

6、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，进一步细化晶粒度（平均38pm），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（Pcm0.20），其对脆性断裂，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（DD F）六个方面的“抗力”要比其它钢种高得多。超低碳贝氏体钢在成分设计上，选择上碳、锰、铌、钼、硼、钛的最佳配合，从而在较 大冷却速度范围内部都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 700800MPa，因而超低碳贝氏体钢被誉为2

7、1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，因而针对铁素体或超低碳贝氏体钢的有效 晶粒”尺寸将大大细化。（3）低碳素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，通过形成低碳素氏体组织来获得。2、国内管线钢生产技术现状分析2.1冶炼X65/X70级管线钢生产

8、中，首先要进行铁水预处理。铁水预处理是获得低硫和低磷管线 钢的经济的冶金方法，它包括脱硫、脱磷和脱硅的“三脱”操作。若原始高炉铁水PK0.08%、 S0.04%，以喷镁剂脱硫的效果最佳。预处理后，要求入转炉铁水P： 0.06%0.08%，S 0.005%。转炉冶炼时，要求顶底复吹少渣冶炼，脱碳升温，在无底吹条件下采用炉后钢包 底吹氩，使钢中夹杂充分上浮，也可同时进行喷粉脱磷，以Si-Fe、Mn-Fe、Ca-Si添加的 顺序调整成分和最终脱氧。目前在LD转炉中将顶吹和底部搅拌结合起来可以获得低碳和低 磷管线钢。采用这种方法可使碳含量达到0.02%0.03%，磷含量降至0.005%或更低。2.2精

9、炼钢包精炼过程主要涉及到氩或电磁搅伴、真空处理和喷吹处理。钢包精炼除了通过RH 真空装置和TN法进行合金成分微调外，还进行杂质元素、气体含量以及氧化物、硫化物形 态的精确控制。LF炉精炼使钢水脱硫，控制钢水中磷、硫的含量达到规定的目标；也可以 LF+RH精炼，控制钢水中磷、硫的含量，同时降低氮、氧含量。脱氧和脱硫是互相关联的， 因为只有低的氧含量才能将硫脱到低的水平。精炼的应用可生产出碳含量在0.002%0.00 3%，杂质含量达到0.001%S、0.003%P、0.003%N、23ppmO和1ppmH的洁净钢。管线钢的精炼工序必不可少，低硫工艺路线是管线钢生产的关键，夹杂物变态处理（钙 处理

10、或稀土处理）对提高横向韧性和抗氢诱裂纹腐蚀起决定性的作用。故管线钢生产，应根 据不同的成分规范和钢材品种，选用合适的精炼条件的组合，尤要防止钢水二次氧化和连铸 过程产生各种缺陷。（1）真空脱气精炼设备和工艺技术真空处理设备与LF相匹配的钢包脱气（VD）装置，主要完成对钢水的脱氢、脱氮（由 C-O反应去除）、脱硫、合金微调、促使夹杂物聚集上浮等功能。与传统的RH法相比，V D法有充分的渣一金反应，可以对钢水进行深脱硫，经VD处理后钢水的脱硫效率可以达到 40%左右。（2）钢水的渣精炼及再加热设备工艺技术钢包炉（LF）处理装置与相应容量的转炉相应，主要完成钢水的加热升温、脱氧、脱硫、 促使夹杂物上

11、浮去除、合金成分调整等任务，在冶炼和连铸间起缓冲作用LF与其它精炼 的区别在于LF具有很强的渣精炼功能，渣精炼可以实现扩散脱氧、脱硫以及吸附钢水中的 夹杂物。由于底吹氩的搅拌作用及电弧的加热形成局部高温，使LF的渣金反应具有很好的 动力学条件。LF通常采用埋弧加热，可以保护钢包内衬、减少耐火材料消耗、减少电极消 耗和电耗。LF的造渣制度（精炼基础渣和精炼埋弧渣）是完成LF冶金功能的关键技术， 合理的造渣制度既能很好地完成脱氧、脱硫等冶金功能，又能实现LF的全程埋弧操作。目前宝钢经过LF处理的钢水，脱硫效率可以达到60%80%甚至更高，超低硫钢中硫 含量可以达到10 x10-6以下，钢水的全氧含

12、量可以达到1525x10-6o钢包炉处理过程会造成钢水增碳、增氮、增氢等，宝钢的LF处理过程的增氮量在10 x1 0-6左右，15x10-6甚至更高。故冶炼质量要求高的钢种时，在LF处理结束时，要对钢水 进行真空处理，通常采取LF+VD处理的工艺路线。2. 3连铸连铸是目前管线钢生产广泛采用的一项新技术。连铸可提高热轧成材率10%，降低成本 8%，而且生产率高，易于进行生产连续化和自动化的控制。连铸的成功经验和自动化的控 制。连铸的成功经验是低的过热度、缓流浇注和适宜的二次冷却，采用低频率、高质量的电 磁搅拌，可以得到均匀的等轴的凝固区。在管线钢连铸生产中，如何防止大颗粒夹杂物、成分偏析、表面

13、和内部裂纹，是目前提 高材质的首要环节。防止钢水从钢包到中间包以及中间包到结晶器的二次氧化非常重要，一 般采用氩气保护，中间包净化技术。此外，连铸坯在1300 r以上时，应避免快速喷水冷却， 以免产生表面裂纹。同时，连铸过程中采用电磁搅拌、轻压下技术以及防止液相穴内富集溶 质母液的流动等技术对降低合金元素偏析有很大作用。改善连铸坯的成分偏析，提高管线钢的止裂性能和抗硫化氢腐蚀性能。近年来，我国在 高强度管线钢生产中采取了低碳（0.06%）、超低硫（0.002%）、钙处理以及低的板卷 卷取温度等工艺进的、强有力的控制冷却手段来调整铁素体晶粒尺寸、贝氏体类型及其比例、 碳氮化物析出相的数量和粒度分

14、布。管线钢通常都要求采用含Nb的微合金钢，在再结晶控轧的基础上，应变诱导相变和析 出的未再结晶控轧，以及（Y+a）两相区形变，已成为目前管线钢生产的主要发展方向。控 制轧制可显著提高低碳微合金钢的强韧性，尽管两相区轧制可达到较高的强度水平，而最优 的韧性还必须通过Y未再结晶区才能获得。低C-Mn-Mo-Nb钢具有较优的强度和韧性的配合，对加工条件不甚敏感。采取II型控制 轧制，降碳和降铌只稍微改变曲线的位置，而添钼可以抑制铁素体转变、促进贝氏体转变区 高温段形成，是一种无碳贝氏体，以扩散和切变的混合形成生成。但对另一些钢种，采用三 阶段轧制工艺，既可进一步挖掘金属的内在潜力，又能获得强度和韧性

15、的良好匹配。如管线 用钢APIX70-90可以用三阶段控制轧制工艺来生产。经两相区轧制虽可以得到位错、亚结 构和织构的强化效应，使钢材的强度得到进一步提高。但由于终轧温度的降低，管线钢的精 轧过程是在未再结晶条件下进行，变形抗力要较非控轧钢高30%左右，因而精轧机组的实 际轧制力需达3000t以上，才有可能使钢获得热机械处理的效果，这对老式轧机仍然是个问 题。为了弥补轧机的这一不足，可在轧机后增设能使卷取温度冷至550r左右的自动化程度 较高的强力层流冷却装置。当然，在强力轧机后设置加速冷却装置，将会相得益彰。传统的 TMCP在冷却能力和最终冷却方面得到了发展，这称为“先进的MACS”（“多目的加速冷却 系统”）。