有關(guān)高強(qiáng)度海底管線鋼焊接性研究進(jìn)展

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1、北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)第18卷第3期Vo1．18No．3JournalofBeijingInstituteof2010年9月Sep．2010Petro—chemicalTechnology高強(qiáng)度海底管線鋼焊接性研究進(jìn)展*周燦豐焦向東陳家慶紀(jì)文剛姬宜朋羅雨高輝朱加雷(北京石油化工學(xué)院能源工程先進(jìn)連接技術(shù)北京高校工程研究中心，北京102617)摘要為了降低深水油氣田開發(fā)的成本，筆者對長距離天然氣輸送用高強(qiáng)管線鋼的焊接性研究進(jìn)展進(jìn)行了評述，包括材料、焊接性、焊接工藝等問題。研究表明，采用高強(qiáng)管線鋼能夠顯著降低材料運(yùn)輸、安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)的成本，采用合適的焊接工藝可獲得令人滿意的環(huán)焊縫接頭，

2、但是，在工程應(yīng)用之前需要重點(diǎn)解決韌性、裂紋和焊接缺陷等關(guān)鍵問題。關(guān)鍵詞深水；高強(qiáng)度管線鋼；焊接性；焊接工藝規(guī)范；環(huán)焊縫；焊接缺陷中圖法分類號(hào)TG457．6近年來，隨著深水油氣田開發(fā)需求的增加，對X80和XlOO管線鋼開展的研究包括材料設(shè)水深增加對管線內(nèi)部介質(zhì)壓力和溫度等條件也計(jì)、焊接性、環(huán)焊縫應(yīng)用性能等L7]。英國石油更加苛刻。對于深水開發(fā)而言，無縫管由于可靠公司(BP)和意大利CSM合作開發(fā)了天然氣輸性比焊接管高而廣泛用于海底管線和海洋立管送XlOO級管線鋼管，并對冶金理化性能、焊接之中。無論海底管線鋪設(shè)還是海洋立管安裝，減性以及環(huán)焊縫等進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用研究Ig。。此輕重量對于

3、縮短建造時(shí)間、降低建造成本非常重外，德國Europipe公司、意大利SNAM公司以要，因而管線鋼應(yīng)用和研究的趨勢是更高強(qiáng)度等及加拿大管道公司(TransCanadaPipelines級的鋼材，例如x8O和Xl00L1]。因?yàn)闊o需增加Limited，TCPL)等也開展『．高強(qiáng)度管線鋼研壁厚其輸送介質(zhì)壓力即可以達(dá)到15SPa以上，究和開發(fā)工作。高強(qiáng)度管線鋼最新的進(jìn)展是埃從而能夠有效地降低材料運(yùn)輸、制造等環(huán)節(jié)的成克森美孚公司(ExxonMobil)與日本新日本制本。我國西氣東輸二線管道工程包括1條干線鐵公司和日本住友金屬公司合作，進(jìn)行了天然和8條支干線，全長近9000km，其中近50

4、00km氣用X120級超強(qiáng)管線鋼研究l_1。的干線用鋼管的強(qiáng)度等級為X80級[5]。西氣東1高強(qiáng)管線鋼的演化歷程輸二線X80級管線鋼的技術(shù)研究、生產(chǎn)以及現(xiàn)場焊接完全由國內(nèi)單位承擔(dān)。我國海底管線鋼高強(qiáng)管線鋼的演化歷程如圖1和圖2所普遍應(yīng)用的則是X65_6]，不過我國已經(jīng)啟動(dòng)南海示。在過去3O年，高強(qiáng)鋼因?yàn)榇蟪叽?直徑深水油氣田勘探開發(fā)戰(zhàn)略，高強(qiáng)度管線鋼的應(yīng)用1420mm，56”)、高壓力介質(zhì)(7～i0MPa，需求迫在眉睫。1015～1450psi)氣體輸送管線的建設(shè)需要而從高強(qiáng)度管線鋼研究開發(fā)的角度而言，日得到迅速發(fā)展。在這些場合，廣泛使用X65和本新日本制鐵公司(NipponS

5、teelCorporation)X70級別的管線鋼，而現(xiàn)在X80級別(屈服強(qiáng)在1985年開始了XlO0級管線鋼的研究。日度560MPa，8Oksi，1ksi／0．145：==1MPa)則已本住友金屬公司(SumitomoMetalIndustries)經(jīng)獲得大量的商業(yè)應(yīng)用。圖l表明，管線鋼強(qiáng)度大約每1O年增加69MPa，目前商業(yè)開發(fā)成功的最高級別是X100，而且X120級別的研究收稿日期：2OlO—O3—1O*國家863高科技資助項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：2006AA09A105；國家也已經(jīng)在進(jìn)行之中。自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：40776054；北京市屬高等學(xué)熱機(jī)械扎制技術(shù)于20世紀(jì)7

6、O年代出現(xiàn)，校人才強(qiáng)教計(jì)劃資助項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：PHR201007134；北京市屬高等學(xué)校人才強(qiáng)教計(jì)劃資助項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：PHR20090519。該技術(shù)允許采用Nb和V微合金化方法制造28北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)2010年第18卷150管線鋼所要求的低溫屈服強(qiáng)度(一50℃，827】I，鹱MPa)，要求主要晶粒平均尺寸小于2ktm，扎制100過程中必須將薄餅厚度控制在6btm以內(nèi)。2高強(qiáng)管線鋼材料及其焊接性X100級別管線鋼在優(yōu)化之前，可以對多種化學(xué)成分和熱機(jī)械軋制(ThermoMechanical1950196019701980200o2020ControlledProcess，TMCP

7、)工藝途徑進(jìn)行評時(shí)間歷程估[1引，從而確定最終成分和TMCP路徑。例如，圖1高強(qiáng)鋼商業(yè)應(yīng)用演化歷程BP公司選擇的碳含量為0．055～0．060，碳當(dāng)量(C)值為0．46~0；47，冷卻終止溫度為400Xl00℃，冷卻速率為30~50℃／s，微觀結(jié)構(gòu)主要是細(xì)小針狀鐵素體和顆粒狀貝氏體。X80Europipe公司采用X100級別管線鋼鋼譬板，通過埋弧焊(SAW)制造了外徑914mmX6o(36)的焊接管，包括20mm和16mm2種壁逞咖如餐X5厚，其屈服強(qiáng)度分別為770MPa和780MPa，拉伸