宝钢X70石油天然气管线钢的开发及在西气东输工程中的应用.docx

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第17届中国焊接博览会专辑

管线钢的开发

在西气东输工程中的应用

宝山钢铁股份有限公司技术中心产品所(上海201900)郑磊

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本文简要介绍了宝钢开发研制的针状铁素体型X70管线钢，该钢种具有高的强度、高的低温冲击韧度、低的韧脆转变温度和优良的焊接性能，已成功地应用于西气东输管线工程中.

1.引言

管道运输是长距离输送石油、天然气的重要方式之一。为提高管道输送的运营效率，降低成本，管道运输正向大口径、高压输送方向发展。在高压、大口径输送条件下，采用高强度等级的钢材更为合理，同时对制管用钢材的强度、韧性和焊接性提出了更加严格的要求。日前X70管线钢已成为国际上石油、天然气管线用钢中使用量最多的钢级

西气东输管道工程全长4000km,途经沙漠、戈壁、黄土高原，要穿越长江、黄河、淮河三大水系，以及地震断裂带和高强度地震活动区，设计采用管径1016mm焊管，输送压力等级为10MPa,选用X70管线钢。为保证管道的安全性，希望其组织为针状铁素体，零下20℃冲击功要大于190J,以具有高止裂能力。这是我国目前为止要求最高的管线钢，也是目前国际管线钢的一流水平。

近年来，宝钢在管线钢研究和生产的基础上，针对西气东输管线用钢的具体要求，进行了针状铁素体X70管线钢的成分、工艺研究和设计，开发研制了满足西气东输管线工程要求的针状铁素体型X70管线钢，并已大批量地应用于西气东输管线工程。

2.针状铁素体X70管线钢的特点

现代管线工业的发展要求管线钢在具有高强度的同时，还需具有更高的韧性和良好的焊接性能，因此，需通过合理的成分设计与现代冶金工艺技术相结合，以获得强度、韧性和焊接性相平衡的最佳的组织结构。

从近代管线钢的发展可以看到，其成分体系是不断降低碳含量的过程(如图1所示)。碳含量的

降低可有效地提高钢的韧性，同时可显著地改善钢的焊接性能。当wc0.11%时管线钢可具有良好的焊接性，目前管线钢的wc0.11%。对需更高韧性的管线钢、通常采用wc:0.06%的超低碳贝氏体或针状铁素体钢的碳含量设计。

宝钢根据长期管线钢生产经验和具有低碳针状铁素体组织特征的管线钢试验室研究结果，针对西气东输管线工程用钢的具体要求，采用了超低碳含量、微合金化和控制组织的Mo合金化的成分设计。通过纯净钢冶炼技术和控轧控冷热机械处理工艺相结合，开发出具有高强度、高韧性、高止裂性和良好焊接性的针状铁素体组织特征的X70管线钢。

a)C050

a)C

050

区域Ⅱ:可焊接按区

030

X52(19601

发展轨迹区域Ⅲ:难焊接区

0.10

X70-X60

HSLA80/100

xaouLCB

oL

0.300400.50

区域1:易焊接区

D.60070

X52(1987

020

v..cE=c.M

v

.

.

图1钢中碳含量、碳当量与钢焊接性关系的Graville曲线图

3.针状铁素体X70管线钢的组织和性能

表1和表2分别为开发研制的针状铁素体型X70管线钢和铁素体+珠光体型X70管线钢的成分和基本性能比较。以超低碳、含Mo设计的X70管线钢具有典型的针状铁素体组织(见图2),而

342003年第5期机械工人(热加工)

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含碳量相对较高的X70管线钢则主要为等轴铁素体和部分珠光体组织(见图3)这两种成分管线钢板卷的拉伸强度相近，均满足制造X70大口径螺旋焊管的强度要求，而针状铁素体钢具有更低的碳含量、碳当量(Ceq)和低的冷裂纹指数(Pcm),从而使管线钢具有更加优良的焊接性能。

表I两种不同组织特征X70

试验钢的化学成分(质量分数)(%)

金相组织

C

Mn

P

S

其他元素

Geq