X80管线钢的研究现状.doc

X80管线钢的研究现状 摘要： 采用高强度管线钢，长距离高压大输量输送富气，可以节约钢材，大幅度减少管线工程的投入，增加管线的运行效益，提前回收投资。为了确保输送管线建设的经济性、运行的安全性和可靠性，X8高性能管线钢在管线建设上的应用将越来越普遍。本文介绍近年来出现的X80管线钢的研究与应用，包括该钢种的化学成分、组织特点、生产工艺、焊接中出现的问题等内容。 关键字： X80管线钢 控轧控冷工艺 焊接 应用 目前我国经济发展迅速，对石油天然气的需求日益旺盛。大直径管道作为石油天然气安全经济有效的输送途径之一，随着西气东送等大建设项目相继投入，国家已将其放在了优先发展的位置。为了降低管线建设和运营成本，提高管线安全性和可靠性，高压大口径管线用钢不仅要具有更高强度还要具有更高韧性[1,2]，所以建设高压长距离输送管线是解决长时期、大规模运输天然气的主要措施，并且我国今后将在国外寻找油资源通过海运或管道输送至国内。目前我国石油天然气管道中应用最广的是X65和X7O针状铁素体管线钢[l,3],因此，国内钢铁企业为了占据市场有利位置，纷纷投入巨资进行高等级管线钢的开发与生产。 X80管线钢的化学成分特点 X80管线钢典型的碳含量为0．04％～0．08％，有些含碳量达到 0．02％的超低碳水平。 由于近海和极地管线开发的需求，管线钢具有低的碳当量以便在恶劣的环境下无预热焊接，不进行焊后热处理和保证接头的低硬度、避免硫化物应力腐蚀开裂。C的减少使屈服强度下降，通过其它强化机制的应用予以补偿。最常用的是以Mn代C。Mn的加入引起固溶强化，Mn提高强度的同时还提高钢的韧性，降低钢的韧脆转变温度。由于Mn含量的增加会加速控轧钢板的中心偏析，因此根据板厚和强度的不同要求，钢中Mn的添加范围一般为1．1～2．0％[4]。 管线钢中的微合金元素主要指Nb、V、T i 等强氮化物形成元素。其作用之一是在控轧过程中阻止奥氏体晶粒长大。另一作用是在轧制钢板时延迟γ的再结晶。Nb具有显著的晶粒细化作用和中等的沉淀强化作用，在增加强度的同时还降低韧脆转变温度。钢中加T i可以在焊接峰值温度下能通过生成稳定的氮化物，从而有效控制晶粒长大。V有较高的沉淀强化和较弱的细化晶粒作用，因而其韧脆转变温度比含Nb和含Ti的钢都高，一般在管线钢设计中都不单独使用V。 X80管线钢的组织特点与性能要求 随着强度的提高，管线钢的组织也呈现不同的形态。X80管线钢的典型组织为针状铁素体或低碳贝茵体，成分设计上，以低碳的Mn—Nb—Ti系为主，适量添加Ni、Mo、Cu以强化基体，并在保障所需组织的基础上，结合超纯净和超细晶粒，达到高钢级管线钢的高强度、 高韧性和优良的焊接性能要求。传统的控轧铁素体一珠光体型管线钢，又称少珠光体型钢， 是7O年代初发展完善的第一代管线钢，由于该钢在保证高韧性和良好的焊接性能条件下， 强度极限水平为500—550 MPa，因此主要X7O以下级别的钢。 针状铁素体型管线钢则是8O年代后期发展完善的第二代，是X7O、X80钢的典型组织。这种钢具有比铁素体一珠光体型钢更好的焊接性能(Pcm≤O.20%)，抗HIC性能[5,6]和相当高的冲击韧性(夏比冲击功25O～450J左右)[7],是现代高压输气管线专用钢种。铁素体一珠光体型管线钢管的延性断裂止裂是通过在管道上间隔一定距离放置止裂环来实现的， 而用高韧性的针状铁素体型管线钢建造的管道可以充分满足对延性断裂的止裂要求[8]。 针状铁素体钢(一般C≤0.06％)的特点是，针状铁素体组织中含碳量低，铁素体板条相界不存在碳化物。同时由于转变温度低，晶内位错密度高。这类钢的典型成分为：0．06％C一1．9％Mn一0．3 Mo一0．06％Nb，高的Mn含量是因为Mn能推迟铁素体一珠光体转变， 降低BS点，有利于形成细晶粒的针状铁素体，同时起固溶强化的作用，但锰的含量不宜超过2.0％,因锰易在钢中形成偏析带，造成钢的组织和硬度不均匀性。少量的钼(O．2％～0.4)可促使针状铁素体的形成。这类钢采用在高温动态再结晶临界温度Tr上下温度区间进行控制轧制与在线强制加速冷却，来进一步细化晶粒，使铁素体基体的均匀化程度提高,位错密度增加。这类钢屈服强度可达650MPa。 针状铁素体管线钢在进行拉伸试验时，出现连续屈服，无自然屈服点，制管成型时由于迅速加工硬化抵消了包辛格效应，屈服强度下降幅度小或不发生下降。同时它具有相当优越的焊接性能，非常有利于焊管和现场铺设管线工程。 而对极地和近海的大口径、远距离长输管线，超低碳贝氏体钢(一般C≤O．03)将充分发挥其超低含碳量、低碳当量的优势。这类钢不仅具有优越的低温韧性，还具有良好的野外焊接性。这类钢在成分设计上选择了C、Mn、Nb、Mo、B、Ti的最佳配合，从而