劉西暢 陳震 李喜慶 馮寧波

摘 要：隨著輸油輸氣行業(yè)的迅速發(fā)展，管線鋼作為主流用鋼，其經濟性、可靠性和穩(wěn)定性越來越受到關注。本文從我國管線鋼的發(fā)展歷程出發(fā)，以寶鋼為例，介紹了現(xiàn)階段我國管線鋼的生產情況和應用情況，并通過組織成分、生產工藝以及焊接工藝等方面重點介紹了現(xiàn)階段超高強管線鋼的研究現(xiàn)狀，并肯定了其未來廣闊的發(fā)展前景。

關鍵詞：管線鋼；超高強度；X100/X120；研究現(xiàn)狀

1 引言

隨著近年來石油和天然氣需求量的日益增長，輸油輸氣管線也在迅速發(fā)展。由于惡劣的開采環(huán)境，開采作業(yè)中管線鋼的經濟性、可靠性和穩(wěn)定性越來越受到關注。研究表明，與X80相比，X120的強度提高了近50%，可節(jié)省管線工程投資10%左右。近年來，使用高等級、大壁厚管線用鋼呈現(xiàn)出越來越強的發(fā)展態(tài)勢[1]。

2 我國管線鋼的發(fā)展歷程

我國管線鋼的發(fā)展十分迅速。上世紀六七十年代主要采用國內生產的A3、16Mn，隨后因強度不足很快淘汰。八十年代后按美國API標準生產的管線鋼板開始興起，但由于國內技術落后，多使用進口板。九十年代后，國內管線板生產發(fā)展很快，各大鋼廠相繼開發(fā)生產高鋼級管線鋼。以寶鋼為例，寶鋼于1995年開始批量生產X52管線鋼，在十多年的時間里，寶鋼生產的常規(guī)和抗腐蝕高鋼級管線鋼總量超過400萬噸。近兩年在寶鋼人的努力下，不僅產量得到飛躍，還成功開發(fā)了超高強管線鋼種。目前管線鋼板卷已經用于西氣東輸管線，中俄管線等國內外輸油輸氣重大工程[2-3]。

3 超高強度管線鋼的研究現(xiàn)狀

超高強管線鋼對于降低輸送管線的建設成本和確保安全性方面優(yōu)勢明顯，其將來必定會成為管線產業(yè)的新寵。

3.1 超高強度管線鋼的化學成分與微觀組織

不同強度級別的管線鋼不僅化學成分不同，也有著完全不同的微觀組織，不同的顯微組織決定了其不同的機械性能。根據(jù)顯微組織的不同，管線鋼可分為鐵素體-珠光體型管線鋼、針狀鐵素體型管線鋼、貝氏體-馬氏體型管線鋼及回火索氏體型管線鋼[4]。

為保證X120鋼高強度和高韌性的設計要求，采用低Pcm的低C-Mn-Ni-Mo-Nb-V-B設計，如表1[5-7]。

由上表可以看出，與X100鋼相比，X120鋼中添加了B元素。文獻[6]指出B元素的作用是提高鋼材的淬透性，促進M及下貝氏體的形成，并提高其韌性。與X100的上貝氏體組織相比，通過B元素的添加，X120可獲得M+下貝氏體組織，從而獲得更優(yōu)異的機械性能。

3.2 超高強度管線鋼生產工藝

現(xiàn)階段管線鋼軋制工藝比較成熟的有TMCP、HTP等技術。

TMCP就是在熱軋過程中，在控制加熱溫度、軋制溫度和壓下量的控制軋制的基礎上，再實施空冷或控制冷卻及加速冷卻的技術總稱。其通過控制軋制溫度和軋后冷卻速度、冷卻的開始溫度和終止溫度來控制鋼材高溫的奧氏體組織形態(tài)和相變過程，最終控制鋼材的組織類型、形態(tài)和分布，提高鋼材的組織和力學性能[8]。而HTP是通過增加Nb含量，從而提高終扎溫度，配合扎后快速冷卻，得到細小的針狀鐵素體型組織，提高力學性能[9]。

目前X120管線鋼的熱處理方法可分為以下兩種：DQ-T和TMCP工藝。經綜合評定研究發(fā)現(xiàn)，得到下貝氏體+M的TMCP工藝生產出的X120管線鋼更為理想[1]。

3.3 超高強度管線鋼的焊接及接頭強韌機制

由表1可知，X100/X120管線鋼含碳量和Pcm值較低，焊接性較好。管線鋼的強度主要依靠細晶強化及位錯強化等，而由于焊接的不均勻性，焊縫組織會產生復雜的變化，從而破壞其原有強度。

文獻[10-11]指出，焊縫金屬以貝氏體及板條馬氏體為強化相，通過細小的針狀鐵素體對晶粒的分割作用增加韌性。熔敷金屬通過位錯強化、細晶強化和固溶強化來獲得強度。而不含碳化物的貝氏體條能有效阻止裂紋萌生和擴展以獲得韌性。焊材選擇以Mn-Ni-Mo-Cr為主要合金系。Ni的作用是提高其低溫韌性，適量的Ti，B，V等微合金元素用以提高貝氏體的含量。更多有關超高強度管線鋼的焊接及接頭研究請參閱文獻[10-12].

4 展望

目前世界范圍內石油和天然氣的開發(fā)還在繼續(xù)，由此帶動了管線產業(yè)的蓬勃發(fā)展。而由于增加內徑、提高管線的長度與輸送壓力具有安全便捷、成本低等優(yōu)勢。因此，使用高等級管線用鋼已成為發(fā)展趨勢。雖然由于技術問題，超高強度管線鋼的應用還很受限，但我相信超高強度管線鋼的前景將會一片光明。

參考文獻：

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