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        本鋼X80管線鋼的開發(fā)與應(yīng)用

        2015-06-29 09:21:50徐勇
        卷宗 2015年6期

        摘 要:本鋼新建2300熱連軋機(jī)組是目前世界上規(guī)模最大、軋制能力最強(qiáng)的熱連軋機(jī)組,本鋼通過合理設(shè)計(jì)的X80合金成分,采用TMCP技術(shù)生產(chǎn)的具有針狀鐵素體組織的X80管線鋼,具有高強(qiáng)度和高的抗沖擊韌性,其制成的Ф1219mm×18.4mm螺旋埋弧焊管各項(xiàng)性能優(yōu)良,完全滿足中石油西氣東輸二線管道工程用X80螺旋埋弧焊管技術(shù)條件。

        關(guān)鍵詞:X80;管線鋼;TMCP

        西氣東輸二線天然氣管線工程是我國建國以來最大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程之一,工程干線首次采用X80鋼級(jí),是迄今世界上采用X80最大管道工程。項(xiàng)目規(guī)劃一干八支,其中干線長度約4000km,管徑1219mm,干線將使用18.4mmX80螺旋埋弧焊管。本文結(jié)合本鋼2300mm軋機(jī),對(duì)合金設(shè)計(jì)和TMCP工藝中的相變做了詳細(xì)的研究。

        1 X80管線鋼化學(xué)成分設(shè)計(jì)

        X80級(jí)別鋼是從X65和X70的化學(xué)成分及管線鋼生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗(yàn)發(fā)展過來的,X80管線鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)以低C-Mn-Nb微合金化為基礎(chǔ),高的Mn含量不僅能夠起到固溶強(qiáng)化的作用,而且還因?yàn)镸n能延遲γ向α轉(zhuǎn)變,從而通過細(xì)化鐵素體晶粒和促進(jìn)B形成獲得進(jìn)一步強(qiáng)化的作用[1],還能減少板坯偏析和改善鋼的焊接性能。再添加適量Cu、Ni、Mo、Ti、V等合金元素,從而平衡不同的強(qiáng)化機(jī)制,達(dá)到最終所需的性能。具體成分見表1。

        2. X80管線鋼熱軋板卷的組織與力學(xué)性能

        2.1 組織

        管線鋼的合金設(shè)計(jì)發(fā)展的最終結(jié)果是確定兩種基本組織類型,這兩種組織的鋼是目前世界范圍內(nèi)API標(biāo)準(zhǔn)管線鋼商業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ),它們是鐵素體/珠光體鋼和鐵素體/針狀鐵素體鋼。針狀鐵素體也被定義為由晶內(nèi)形核產(chǎn)生的低碳貝氏體[2]。X80管線鋼的組織應(yīng)由針狀鐵素體+少量等軸鐵素體+少量MA組元構(gòu)成,MA組元是高碳馬氏體和殘余奧氏體的混合。如圖1,X80的金相顯微組織為針狀鐵素體加少量彌散分布的M-A島狀組織,組織均勻,晶粒細(xì)小,晶粒組織評(píng)定為12級(jí),帶狀組織1.0級(jí),完全滿足X80金相組織評(píng)定的技術(shù)條件。

        圖1 a:邊部顯微組織;b:1/4處顯微組織;c:心部顯微組織

        2.2 力學(xué)性能

        X80管線鋼拉伸性能、夏比沖擊試驗(yàn)V型缺口和DWTT取樣都是沿板卷30°方向。具體性能見表2。

        屈服強(qiáng)度在570~690MPa之間,抗拉強(qiáng)度在670MPa~720MPa之間,管線鋼的屈強(qiáng)比是鋼管抵抗破裂的重要參數(shù),它表示了材料從屈服到最后斷裂過程中的變形能力[3]。西氣東輸二線管道工程用熱軋板卷技術(shù)條件中屈強(qiáng)比要求≤0.92,根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn),本鋼開發(fā)的X80管線鋼的屈強(qiáng)比下限為0.82,上限為0.90,全部符合要求。

        3 Ф1219mm×18.4mmX80管線鋼SSAW制管

        遼陽石油鋼管廠用本鋼X80制造的螺旋埋弧焊制管,規(guī)格Ф1219mm×18.4mm,取3個(gè)約2.5m長的螺旋縫埋弧焊管管段,來自其原料板卷的頭、中、尾部,送中國石油天然氣集團(tuán)公司西安管材研究所進(jìn)行試驗(yàn)。

        母材屈服強(qiáng)度為562MPa~655MPa,抗拉強(qiáng)度為702MPa~738MPa,屈強(qiáng)比為0.77~0.89, DWTT試驗(yàn)結(jié)果,在-10℃和-20℃試驗(yàn)溫度下,管體母材橫向斷口的剪切面積SA都為99%,管體縱向斷口的剪切面積SA都為100%;夏比沖擊功在-10℃和-20℃都大于270J,剪切面積SA均為100%,表明該螺旋埋弧焊管具有較高的強(qiáng)度和韌性,較高的抗撕裂能力。

        4 結(jié)論

        本鋼研制的X80管線鋼具有合適的成分設(shè)計(jì),具有低的含碳量,通過Nb-V-Ti微合金化控制組織,采用TMCP技術(shù)獲得了高強(qiáng)度、高韌性、良好的抗撕裂能力和較好的焊接性能的X80管線鋼。

        組織為針狀鐵素體加少量彌散分布的M-A島狀組織,具有管線鋼兩種基本組織之一的鐵素體/針狀鐵素體鋼的基本特征。

        用本鋼研制的X80熱軋板卷制造的Ф1219mm×18.4mm螺旋埋弧焊管,各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足中石油西氣東輸二線管道工程用X80埋弧焊管的技術(shù)條件。

        參考文獻(xiàn)

        [1]A.Massip and L.Meyer.Grobblech und Warmband aus bainitischen Stahlen mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt.Stahl und Eisen 98(1978),989-996

        [2] Douglas G.Stalheim.The use of High Temperature Processing(HTP) Steel for High Strength Oil and Gas Transmission Pipeline Applications.Chinese Society for Metals Fifth International Conference On HSLA Steels 2005,Hainan,China,November 2005

        [3]霍春勇,馬秋榮,袁彭斌,等.西氣東輸管線鋼技術(shù)調(diào)劑關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)研究。西氣東輸管道與鋼管應(yīng)用基礎(chǔ)級(jí)技術(shù)研究論文集,北京:石油工業(yè)出版社,2004,11

        作者簡介

        徐勇(1979-),男,遼寧省沈陽市人,現(xiàn)職稱:工程師,學(xué)歷:碩士,研究方向:石油天然氣管道用鋼。

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