管線鋼成分及標(biāo)準(zhǔn)

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1、一、管線鋼概述1、簡(jiǎn)介管線要求含碳量較低，而靠提高錳含量，添加鈮、鈦、釩、鉬等微量元素來(lái)保證其強(qiáng)度。對(duì)于管線鋼，除了要求強(qiáng)度、塑性指標(biāo)外，對(duì)于韌性指標(biāo)的要求是它的一個(gè)突出特點(diǎn)，包括了鋼板的沖擊功、沖擊轉(zhuǎn)變溫度和焊接熱影響區(qū)與焊接金屬的韌性指標(biāo)。此外，還有應(yīng)變時(shí)效、可焊性、應(yīng)力腐蝕等指標(biāo)要求。2、管線鋼類(lèi)型管線鋼可分為高寒、高硫地區(qū)和海底鋪設(shè)三類(lèi)。從油氣輸送管的發(fā)展趨勢(shì)、管線鋪設(shè)條件、主要失效形式和失效原因綜合評(píng)價(jià)看，不僅要求管線鋼有良好的力學(xué)性能（厚壁、高強(qiáng)度、高韌性、耐磨性），還應(yīng)具有大口徑、

2、可焊接性、耐嚴(yán)寒低溫性、耐腐蝕性（CO2）、抗海水和HIC（腐蝕環(huán)境下由氫誘導(dǎo)所致的裂紋）、SSCC（低溫環(huán)境下由硫?qū)е碌牧鸭y）性能等。這些工作環(huán)境惡劣的管線，線路長(zhǎng)，又不易維護(hù)，對(duì)質(zhì)量要求都很?chē)?yán)格。二、技術(shù)要求1、性能要求現(xiàn)代管線鋼屬于低碳或超低碳的微合金化鋼，是高技術(shù)含量和高附加值的產(chǎn)品，管線鋼生產(chǎn)幾乎應(yīng)用了冶金領(lǐng)域近20多年來(lái)的一切工藝技術(shù)新成就。目前管線工程的發(fā)展趨勢(shì)是大管徑、高壓輸送、高冷和腐蝕的服役環(huán)境、海底管線的厚壁化，因此目前對(duì)管線鋼的性能要求主要有以下幾方面：(1)高強(qiáng)度。管線

3、鋼的強(qiáng)度指標(biāo)主要有抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度；在要求高強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)管線鋼的屈強(qiáng)比（屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度）也提出了要求，一般要求在0.85-0.93的范圍內(nèi)。（2）高沖擊韌性。管線鋼要求材料應(yīng)具有足夠高的沖擊韌性（起裂、止裂韌性）。對(duì)于母材，當(dāng)材料的韌性值滿(mǎn)足止裂要求時(shí)，其韌性一般也能滿(mǎn)足防止起裂的要求。（3）低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。嚴(yán)酷地域、氣候條件要求管線鋼應(yīng)具有足夠低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。DWTT(落錘撕裂試驗(yàn))的剪切面積已經(jīng)成為防止管道脆性破壞的主要控制指標(biāo)。一般規(guī)范要求在最低運(yùn)行溫度下試樣斷口剪切面積≥極8

4、5%。（4）優(yōu)良的抗氫致開(kāi)裂（HIC）和抗硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSCC）性能。（5）良好的焊接性能。鋼材良好的焊接性對(duì)保證管道的整體性和焊接質(zhì)量至關(guān)重要。管線鋼的發(fā)展最顯著的特征之一就是不斷降低鋼中的C含量，隨著C含量的降低，鋼的焊接性得到明顯的改善。添加微量鈦Ti，可抑制焊接影響區(qū)韌性的下降，達(dá)到改善焊接性能的目的。這其中難點(diǎn)和重點(diǎn)是高韌性。隨著石油、天然氣輸送的不斷發(fā)展，對(duì)石油管線鋼性能的要求不斷提高，尤其是對(duì)韌性要求的提高。這些性能的提高就要求把鋼材中雜質(zhì)元素C、S、P、O、N、H含量降到

5、很低的水平。高強(qiáng)度、高韌性是通過(guò)控冷技術(shù)得到金相組織來(lái)保證的，同時(shí)應(yīng)降低鋼中碳的含量和盡可能去除鋼中的非金屬夾雜物，提高鋼的純凈度。輸送酸性介質(zhì)時(shí)管線鋼要抗氫脆，要求H含量低于0.0002%；對(duì)于鋼中的夾雜物，最大D小于100μm，并要求控制氧化物形狀，消除條形硫化物夾雜的影響。2、各種元素在管線鋼中的作用與控制高級(jí)管線鋼各成分的作用及其控制為滿(mǎn)足管線鋼高強(qiáng)度、高韌性、良好的焊接性能及抗HIC、SCC性能的要求，除了采用合理的冶金技術(shù)以外，還要嚴(yán)格控制管線鋼的成分。（1）管線鋼中碳的作用與控制碳

6、是增加鋼的強(qiáng)度的有效元素，但是它對(duì)鋼的韌性、塑性和焊接性有負(fù)面影響。降低碳含量可以改善脆性轉(zhuǎn)變溫度和焊接性極地管線和海洋管線對(duì)低溫韌性、斷裂抗力以及延性和成形性的需要，要求更低的含碳量。對(duì)于微合金化鋼，低的碳含量可以提高抗HIC的能力和熱塑性，按照API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，管線鋼中的碳通常為0.025％一0.12％，并趨向于向低碳方向或超低碳方向發(fā)展。在綜合考慮管線鋼抗HIC性能、野外可焊性和晶界脆化時(shí)，最佳C應(yīng)控制在0.01％一0.05％之間。（2）管線鋼中錳的作用與控制為保證管線鋼中低的含碳量，通常是

7、以錳代碳，Mn的加入引起固溶強(qiáng)化，用錳來(lái)提高其強(qiáng)度。錳在提高強(qiáng)度的同時(shí)，還可以提高鋼的韌性。但如果錳含量過(guò)高對(duì)管線鋼的焊接性能造成不利影響，有可能導(dǎo)致在管線鋼鑄坯內(nèi)發(fā)生錳的偏析，且隨著碳含量的增加，這種缺陷會(huì)更顯著。因此，根據(jù)板厚和強(qiáng)度，管線鋼中錳的加入量一般是1.1％-2.0％。（3）管線鋼中硫的作用與控制硫是管線鋼中影響抗HIC能力和抗SSC能力的主要元素。隨著硫含量的增加，HIC敏感性顯著增加；只有當(dāng)S<0.0012％時(shí)，HIC明顯降低。值得注意的是硫易與錳結(jié)合生成MnS夾雜物，當(dāng)MnS夾

8、雜變成粒狀?yuàn)A雜物時(shí)，隨著鋼強(qiáng)度的增加，單純降低硫含量不能防止HIC。如X65級(jí)管線鋼，當(dāng)硫含量降到20ppm時(shí)，其裂紋長(zhǎng)度比仍高達(dá)30％以上。硫還影響管線鋼的沖擊韌性，硫含量升高沖擊韌性值急劇下降。管線鋼中硫的控制通常是在爐外精煉時(shí)采用噴粉、真空、加熱造渣、喂絲、吹氣攪拌進(jìn)行，實(shí)踐中常常是幾種手段綜合使用。此外，條狀硫化物是產(chǎn)生氫致裂紋的必要條件，對(duì)鋼水進(jìn)行鈣處理將其改變?yōu)榍蛐危山档推湮：?。?）管線鋼中磷的作用與控制由于磷在管線鋼中是一種易偏析元素，在偏析區(qū)其淬硬性約為碳的二倍。由二倍磷含量