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执行俄罗斯标准的K60管线管JCO焊接工艺实践

尚才众;郑丽华;贾云刚;吴建国

【摘要】分析了俄罗斯标准K60管线管母材的焊接性,介绍了K60管线管焊材选

择、焊接坡口设计及焊接方法以及生产检测结果.认为:选用碱度值较高的焊剂,注意

调配焊缝金属中Mn、Si含量,以保证组织中含有较多的针状铁素体;焊接热输入对

K60钢级管线管焊缝组织影响明显,随着焊接热输入的增加,柱状晶比例减小,针状铁

素体呈先增后减的趋势.

【期刊名称】《钢管》

【年(卷),期】2015(044)004

【总页数】5页(P44-48)

【关键词】管线管;K60钢级;俄罗斯标准;国产化;焊接性;热输入;工艺参数

【作者】尚才众;郑丽华;贾云刚;吴建国

【作者单位】河北海乾威钢管有限公司,河北沧州061300;河北海乾威钢管有限公

司,河北沧州061300;河北海乾威钢管有限公司,河北沧州061300;河北海乾威钢管

有限公司,河北沧州061300

【正文语种】中文

【中图分类】TG44;TG457.11

2014年河北海乾威钢管有限公司（简称河北海乾威）承接了哈萨克斯坦的管线管

订单，钢级为K60，执行俄罗斯ГОСТ20295—1985《用于石油天然气的焊接钢

管》标准，钢管规格Φ820mm×12mm×12000mm（简称俄标K60钢管）。

合同约定按照技术条件和元素含量限值生产焊管，要求碳当量Ceq≤0.46%。

俄标K60钢管用于哈萨克斯坦—俄罗斯国际天然气管线，其合金含量低、性能要

求高，属于低成本管线钢管。管线设计方为提高管道的输送效率，要求采用较高的

输送压力。此外，中亚地区远距离输气管线，随着地理环境、季节的变化及温度的

起伏，使得管线材料的机械性能特别是韧性变化剧烈。因此，制造俄标K60钢管，

原料的选择和焊接工艺的制定显得尤其重要。

1俄标K60钢管的焊接性分析

为实现俄标K60钢管的国产化，河北海乾威选择秦皇岛首秦金属材料有限公司

（简称首秦公司）作为钢板供应商。其钢板添加了适量的Cr元素以及微量的Ni、

Nb元素，成分设计以低C-Mn-Si-Cr处理为体系，使K60管线钢更强韧化。

1.1Mn元素对焊缝性能的影响

K60管线钢是以Mn作为主要合金元素调整钢质性能的。Mn是奥氏体稳定元素，

在降低γ-α相变温度方面起着举足轻重的作用1［］，进而细化铁素体晶粒。焊缝

中增加Mn可以减少先共析铁素体（PF）和层状组分的数量，使针状铁素体（AF）

显著增加，弥补低碳造成的强度下降。由文献［2］可知：w（Mn）=1.5%时，

焊态和消除应力状态下焊缝的冲击韧性最好。

1.2Cr、Nb元素对焊缝性能的影响

Cr是强碳化物形成元素，能够显著提高K60管线钢的强度和硬度，降低其塑性和

韧性。在含Mn的K60管线钢焊缝中添加0.24%的Cr元素，可以减少焊缝PF，

增加AF的比例。

Nb是现代微合金化管线钢中最主要的元素之一，可以形成碳化物和氮化物的析出

物，对细化晶粒、提高钢材的强度和韧性作用明显。

1.3Al元素对焊缝性能的影响

Al主要是用来脱氧、脱氮和细化晶粒，有利于AF形核。图1所示为Al含量对焊

缝抗拉强度和屈服强度的影响。从图1可以看出：Al含量增加对焊缝金属强度影

响不大，呈非线性增加；Al的加入可能导致焊缝金属韧性的恶化。当w（Al）=0

时焊缝的韧性最佳；K60管线钢的w（Al）=0.03%时，其焊缝的韧性和强度均处

在相对较高的水平。

图1Al含量对焊缝抗拉强度和屈服强度的影响

合金元素Al、Cr、Ni、Nb可以与焊接熔池中的O、S、P、N结合，使焊缝金属

凝固生成氧化物、硫化物、氮化物及其复合物等夹杂物。这些夹杂物在焊缝固态相

变过程中充当了AF的核心，促进高比例AF的形成［3］。

1.4K60管线钢碳当量计算

根据国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量计算公式［4］：Ceq=C+Mn/6+

（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15（%），可计算出首秦公司生产的俄标K60管

线钢的碳当量为0.378%，满足合同约定的Ceq≤0.46%要求。

经过相关冷裂纹和热裂纹指数计算，俄标K