管線鋼成分及標準

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1、一、管線鋼概述1、簡介管線要求含碳量較低，而靠提高錳含量，添加鈮、鈦、釩、鉬等微量元素來保證其強度。對于管線鋼，除了要求強度、塑性指標外，對于韌性指標的要求是它的一個突出特點，包括了鋼板的沖擊功、沖擊轉變溫度和焊接熱影響區(qū)與焊接金屬的韌性指標。此外，還有應變時效、可焊性、應力腐蝕等指標要求。2、管線鋼類型管線鋼可分為高寒、高硫地區(qū)和海底鋪設三類。從油氣輸送管的發(fā)展趨勢、管線鋪設條件、主要失效形式和失效原因綜合評價看，不僅要求管線鋼有良好的力學性能（厚壁、高強度、高韌性、耐磨性），還應具有大口徑、

2、可焊接性、耐嚴寒低溫性、耐腐蝕性（CO2）、抗海水和HIC（腐蝕環(huán)境下由氫誘導所致的裂紋）、SSCC（低溫環(huán)境下由硫導致的裂紋）性能等。這些工作環(huán)境惡劣的管線，線路長，又不易維護，對質量要求都很嚴格。二、技術要求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，是高技術含量和高附加值的產(chǎn)品，管線鋼生產(chǎn)幾乎應用了冶金領域近20多年來的一切工藝技術新成就。目前管線工程的發(fā)展趨勢是大管徑、高壓輸送、高冷和腐蝕的服役環(huán)境、海底管線的厚壁化，因此目前對管線鋼的性能要求主要有以下幾方面：(1)高強度。管線

3、鋼的強度指標主要有抗拉強度和屈服強度；在要求高強度的同時，對管線鋼的屈強比（屈服強度與抗拉強度）也提出了要求，一般要求在0.85-0.93的范圍內。（2）高沖擊韌性。管線鋼要求材料應具有足夠高的沖擊韌性（起裂、止裂韌性）。對于母材，當材料的韌性值滿足止裂要求時，其韌性一般也能滿足防止起裂的要求。（3）低的韌脆轉變溫度。嚴酷地域、氣候條件要求管線鋼應具有足夠低的韌脆轉變溫度。DWTT(落錘撕裂試驗)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。一般規(guī)范要求在最低運行溫度下試樣斷口剪切面積≥極8

4、5%。（4）優(yōu)良的抗氫致開裂（HIC）和抗硫化物應力腐蝕開裂（SSCC）性能。（5）良好的焊接性能。鋼材良好的焊接性對保證管道的整體性和焊接質量至關重要。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，達到改善焊接性能的目的。這其中難點和重點是高韌性。隨著石油、天然氣輸送的不斷發(fā)展，對石油管線鋼性能的要求不斷提高，尤其是對韌性要求的提高。這些性能的提高就要求把鋼材中雜質元素C、S、P、O、N、H含量降到

5、很低的水平。高強度、高韌性是通過控冷技術得到金相組織來保證的，同時應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。輸送酸性介質時管線鋼要抗氫脆，要求H含量低于0.0002%；對于鋼中的夾雜物，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管線鋼各成分的作用及其控制為滿足管線鋼高強度、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以外，還要嚴格控制管線鋼的成分。（1）管線鋼中碳的作用與控制碳

6、是增加鋼的強度的有效元素，但是它對鋼的韌性、塑性和焊接性有負面影響。降低碳含量可以改善脆性轉變溫度和焊接性極地管線和海洋管線對低溫韌性、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標準規(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，最佳C應控制在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的加入引起固溶強化，用錳來提高其強度。錳在提高強度的同時，還可以提高鋼的韌性。但如果錳含量過高對管線鋼的焊接性能造成不利影響，有可能導致在管線鋼鑄坯內發(fā)生錳的偏析，且隨著碳含量的增加，這種缺陷會更顯著。因此，根據(jù)板厚和強度，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S<0.0012％時，HIC明顯降低。值得注意的是硫易與錳結合生成MnS夾雜物，當MnS夾

8、雜變成粒狀夾雜物時，隨著鋼強度的增加，單純降低硫含量不能防止HIC。如X65級管線鋼，當硫含量降到20ppm時，其裂紋長度比仍高達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采用噴粉、真空、加熱造渣、喂絲、吹氣攪拌進行，實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，對鋼水進行鈣處理將其改變?yōu)榍蛐?，可降低其危害。?）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