主页 > 管线管 >

高级别管线的研发与操纵

浏览1574 好评 0 点赞105

  

高级别管线的研发与操纵

高级别管线的研发与操纵

高级别管线的研发与操纵

高级别管线的研发与操纵

  2006作者简介:罗海文(19722) ,男,博士; E2mail 修订日期:2005212228高级别管线 的研发与应用 (钢铁研究总院先进钢铁材料技术国家工程研究中心,北京100081) 摘要:通过管线长距离运输天然气、石油是能源运输的主要方式之一。出于降低成本的需要,天然气输送管线 的工作压力不断提高,这就要求应用 80~X120 更高级别管线钢。根据有关的文献资料,系统整理并介绍了高 级别管线钢的性能指标、成分设计以及生产应用中的热点问题,并讨论了未来中国天然气管线所采用高级别钢的 可能选择。 关键词:管线;强度;韧性 中图分类号: 文献标识码:A文章编号:100629356 (2006) 0420009207 Devel opment X802X120High Grade inepipe Steel Applicat ions 802X100. 802X120 802X120 1002X120 802X120 roje Keywor ds:li 中国随着经济的强劲增长,对石油天然气等能源的需求也相应增加,而其中大半需从国外进口,尤 其是从中亚国家和俄罗斯进口。这意味着从中亚和 西西伯利亚到中国东北部将建设一巨大的长距离管 线输送的网络工程。而长距离管线输送的关键在于 不断提高其工作压力,降低单位输送成本,且通过减 少其管壁厚度来降低材料及相关建设费用。鉴于 此,长距离输送则要求更高钢级的高强度管线钢管, 同时还要求有高韧性, 特别是必须有很高的 。因此,近年来开发更高强度管线钢的经济驱动力不断增加,曾在国际标准中处于最高钢级的 70已被 80所取代, 120国际标准的草 稿业已推出。这一新版标准的问世不但伴随着对其 性能水平定义方法的完全改变,而且要求参与人员 要熟悉这些产品的实际表现,并掌握其内在特征的 最新和最可靠的知识 目前,世界工业发达国家在高钢级的高性能管线钢管的研发和应用上走在了前列: 加拿大的 于1995年至1999 月销售的供天然气输送的 80之和达 100 公司在1998年年报中披露已成功进行 钢管试生产,最终目标是生产各种规格的X 100 钢管。日本的N 、住友金属、新日铁、川崎等公司及欧洲钢管公司也相继研制成 120钢管 性能技术指标由于管道在高压下运行于地理环境复杂、气候 低寒的地带,长距离运输的是成分复杂且具腐蚀性 的石油或天然气,故对管线钢的强度和韧性特别是 低温韧性、抗腐蚀介质氢致裂纹性、焊接性等提出了 很高的要求。P li归纳出 70~X120 。需强调的是,目前对于 120还没有可使用的标准,这里所给出的 仅作参考。 化学成分和组织设计超级管线钢的成分设计大都是低碳( 超低碳) 系。同时还加入钼、镍、铜等元素提高淬透性 以便在钢厂现有的轧制和冷却条件下得到针状铁素体、贝氏体乃至 马氏体组织。 80~X100 超级管线钢的化学成分和力学性能,见表2 2Ni2(V )2M 略高。高强度高韧性是通过控轧控冷技术得到贝氏体铁素体组织来保证的, 同时应降低钢中碳的质量分数和尽量去除夹杂物, 提高钢的纯净度,强化钢的精炼技术,使其质量分数 达到要求: 2010 1010 70管线的组织将 是进一步通过优化合金成分和控轧控冷技术来提高 低温组织的体积分数,在不损失韧性前提下提高强 度。通常针状铁素体的形成伴随岛状硬相,这种弥 散分布的硬相是高碳马氏体和残余奥氏体的混合, 组元的集合体有时也称为粒状贝氏体。而管线钢的强度和韧性就是 由粒状贝氏体的体积分数、尺寸以及粒状贝氏体中 的亚结构,以及M X70~X120超级管线钢钢级的典型目标技术要求 Specificat ions X702X120high grade inepipesteel 项目参数 120Re 830Rm 915加工硬化 能力 屈强比 剪切面积85 塑性均匀伸长率/ 止裂韧性最新夏比冲击功/ 不适用,须使用止裂器焊缝低温抗 裂性能 按照1996 1996国际标准; 70钢级,钢管尺寸 56 15. ,工作压力75 10 72特定最小屈服强度) 按照X80 钢级,钢管尺寸56 26 14510 72特定最小屈服强度) 按照X100 钢级,钢管尺寸36 1814 ,20010 72特定最小屈服强度) 3183:2004208215 国际标准。 X80~X100超级管线钢的成分和力学性能 Chemicalcomposit ionsand mechanical pr oper X802X100devel oped Europe 编号 钢种 夏比冲击测试基体 热影响区 Rm AK 8016. 18594 765 78 45133 4592 10017. 20706 870 81 20179 20154 8015. 16588 646 91 20252 20147 10019. 19710 848 84 20133 10130 8019. 18584 656 89 20263 20169 10019. 20730 810 90 10162 8019. 18590 701 84 30319 30249 10020. 19718 887 81 40186 20175 8013. 10019. 21739 792 93 20235 20135 中国冶金第16 li的设计: 80的组织应为铁 100的组织应为全 120的组织应为快速冷 却至更低温度下的组织,即为下贝氏体+ 渗碳体 岛的体积分数对管线钢钢板的抗拉强度( Rm 和钢管屈服强度(Re X80管线钢钢板的抗拉强度和钢管屈服应力的关系 Relationship bet ween tensile strengt inepipesteel plate itspipe 提高钢纯净度以使夹杂物的质量分数达到要求: 2010 2010 1010 。这需强化钢的精炼技术,其中尤为重要的是: 高炉出来的铁水含有大量 碳硅,渣钢皆呈还原性气氛,是脱硫的热力学和动力 学条件最好的环节。在鱼雷罐中喷入 64 的脱硫剂可将0.025 铁水脱到2010 。必要时还需转炉后的双精炼工艺来保证钢的纯净度和成分要求 。通过钙处理来对夹杂物进行改性处理。即钢液在连铸前于大包 。另外,连铸过程中采用电磁搅拌和软压下技术来减轻铸坯的中心偏析。电磁 搅拌可抑制凝固过程中的溶质富集偏析,而软压下 技术则可将铸坯最后凝固的中心部分的溶质富集液 体挤出,从而消除中心偏析。 针对不同钢厂设备的轧制和冷却条件,制定符合企业实际操作条件的控轧控冷工艺。该工艺 包含几个参数的优化: 铸坯的再加热温度、开轧温 度和在奥氏体再结晶区的变形量、在非再结晶温度 区间的轧制和终轧温度的确定。初轧道次变形旨在 通过再结晶细化奥氏体晶粒,而终轧道次变形则是 要获得强烈变形的奥氏体组织,以使得后续的冷却 钙处理应导致硫含量和Ca/S位于无氢致裂纹区 Calcium treatment makesulf ur content reeHIC zone 过程中得到的相变组织单元体更为细小。轧后冷却决定了钢中最终的相/ 组织及其体积分数与分布, 从而决了完全不同的力学性能。德国 长冷却线,在板长度方向得到不同的冷却速度和冷却终止温度,来研究冷却速度和冷却中止温度对 强度的影响。结果表明,冷却终止温度显著影响钢 中的相或组织构成。X 80~X 120 强度的提高主要来 自于冷却速度的提高,以得到更高体积分数的贝氏 体乃至马氏体低温组织。在保持相同碳当量前提 下,提高冷却速度可将 100的强度提高到 。提高焊接热影响区韧性的最好方法就是细化其组织。在钢 中控制焊接热影响区组织的典型指导原则见图 粒子可阻止奥氏体晶粒的粗化(传统的 i2N处理钢) ,但在接近融合线处的粗晶区 其再加热温度超过1 400 对晶粒生长的抑制作用也会消失。日本新日铁已开发出通过钢中弥散分布的细小氧化钛粒子(即 i2O粒子) 来提高焊接热影响区韧性的技术。在 理钢中,当焊接热影响区的奥氏体转变为铁素体时,以氧化钛粒子为形核核心放射状形成晶内铁素体, 见图4 。因此,焊接热影响区中的粗晶区通过晶内铁素体的形成而得到有效细化,从而细化了焊接 热影响区的组织。氧化钛粒子被电子衍射分析鉴定 为氧化钛,其平均尺寸为 。多数情况下氧化钛粒子和硫化锰、氮化钛共生,以复合析出物的形 式被观察到。纵向施工缝跟缩缝区别, 在焊接热影响区内形成晶内铁素体须有弥散分 80~X120 的研发与应用 120的工艺参数 冷却强度和成分碳当量对屈服强度的影响以及生产X100 X120的工艺参数 cooling intensity carbon equival ent Relation stress,cool ing rate carbon equival ent( i2N处理钢; i2O处理钢; HAZmicr ostr ucture contr ol 布的细小氧化钛粒子,晶内铁素体从这些粒子上均匀形核。而铝和氧间的很强亲合力可阻止氧化钛粒 子的形成,故应该尽可能减少钢中铝的质量分数。 i2O处理钢与一含镁的新钢种中初期 奥氏体组织的比较。二者均被加热至1 400 、保温 60 ,然后淬火到室温,以模拟近融合线处奥氏体晶粒的长大。可发现晶粒尺寸由于镁的加入而显著降 i2O处理钢中平均晶粒为 500μm 左右,而 在含镁的新钢种中平均晶粒不超过 200 为新钢种中具有钉扎效果的弥散分布的细小粒子,是超细氧化镁和氮化钛粒子的复合。含镁的氧化物 粒子非常细小,且不能在传统的钢中观察到。这些 超细氧化物粒子的直径只有传统钢中通常氧化物粒 子的百分之一,强烈抑制了在融合线附近的奥氏体 晶粒的生长。 对于 100来说,最有效提高热影响区韧性的 方法是降低碳质量分数, 因为在 100管线钢的热 影响区中有大量的M 2A 组元形成。当 04%以下时,M 2A 组元的形成被有效抑制 ,模拟 i2O处理钢; Ti2O处理钢和含镁的新钢种初始奥氏体组织的比较 Comparison prior austenite micr ostr ucture Ti2Osteel newcontainingmagnesium grade 中国冶金第16 在含镁新钢种中弥散分布的具有钉扎效果的细小颗粒 inepar iclesdisper sed Mgcontained steel wit 高强度X80~X 120 超级管线钢管道的断裂 行为和所需止裂韧性研究。高级管线钢在更高压力 下的断裂和止裂实验以及模拟研究任务紧迫。需定 量化评估钢的韧性在断裂过程所起的作用,并改进 对管线钢在管道断裂时所呈现出的抗裂能力的实验 室测量方法。天然气管道的断裂通常是始于机械损 伤或腐蚀缺陷处,当缺陷达到临界尺寸时裂纹开始 稳定扩展。裂纹扩展与止裂主要是由气体减压速度 和裂纹扩展速度来控制,如果裂纹扩展速度大于减 压波速度,则裂纹快速扩展而难于止裂; 反之,裂尖 处压力急剧降低可减小断裂驱动力 ,则裂纹在扩展 有限距离后将停止。因此,选择合适的表征断裂驱 动力和材料抗力的参数就极为重要。由于早期管道 钢材强度韧性不高,故常以夏比冲击或落锤撕裂能 表示抗裂能力,但随着钢材强韧性的提高,越来越多 的实验结果表明,小试样冲击断裂能很难表征存在 大应变行为的断裂过程。而诸如裂尖张开角度 等新的表征参数,可将裂纹扩展的局部微观机制和取决于几何形状的 应力及塑性流动结合起来,从而更好地描述管道材 料在延性断裂时的抗力。C 参数在与有限元模拟断裂过程的结合上有着很大的优势,美国西南研 究院开发了专用于管道断裂全尺寸模拟试验的 有限元软件,就是采用 作为裂纹扩展和止裂的判据, 并以两试样法得到材料的临界 值作为临界参数。这一表征参数将是对夏比冲击或落锤撕裂能的有效补充和验证 通过确定材料的最小韧性要求或使用止裂器,开发针对管线韧性或脆性断裂的控制设计标准。 lle双曲线法是目前针对中高强度管线钢的最 佳预测方法。它的有效范围现仅限于 ,因此将此延伸到在更高环向应力550 ,600 100、X120 问重重;实际上,将夏普冲击方法应用在原开发时的应用范围之外,其实验结果对于现场应用而言,并不 能保证十分安全。实验证明,夏普冲击方法并不能 总是保证现在的 100、X120 避免剪切断裂的快速 传播(图7) ,因此止裂器的设计将是重要问题 100的裂纹扩展控制依然是一需深入研 高级管线钢实测和通过Battel le双曲线法预测的夏普端口冲击能 Charpy energy TwoCur ve Appr oach 80~X120 的研发与应用 究的问题,特别是:传统的以夏普冲击功为基础的 预测标准不再能给出安全预测,且无法得到安全校 正因子; 全尺寸爆破测试正在广泛用于评估 100钢管的技术极限; 实验证明 100钢管已位于裂 纹扩展、止裂的上限,当利用系数较低和考虑使用贫 当应用或服役条件很严格(如富气、高利用系数和低的设计温度) 时,则不能排除 使用外部止裂器; 实验表明,控制 120的裂纹扩 展仅靠材料本身来止裂是不可能的,使用外部止裂 器是必不可少的; 必须对钢管在使用环境下的抗 腐蚀能力做出评估,如涂层破坏或过阴极保护所导 致的氢致裂纹 机械损伤是陆上天然气管线结构完整性失效的主要原因之一。掘土机的冲击可造成穿透管壁 的缺陷或在管道外表面的缺陷,这对整个管线段结 构完整性有致命影响,还可能导致即刻或滞后的失 效。在压力波动和过阴极保护下的有机械损伤的 100钢管的性能表现, 是一公开讨论的问题; 120钢管的这一问题显得更为必要 。但迄今为止,还没有相关数据和研究结果的任何报道,这是一 需深入研究的问题。 是控轧钢板常见的一种断口形貌。控轧管线钢的静拉伸试样、弯曲试样、夏比冲击试样、 试样以及实际管道爆破事故均可观察到断口分离。国内外对断口分离对管线钢断裂韧性和管 道安全性的影响有争论。其倾向性意见是断口分离 降低管线钢的断裂韧性和管道安全性。在确定高压 输气管道的止裂韧性值时,若断口分离现象较为严 100。为此,国内外的研究工作主要致力于如何消除或减轻管线钢的断口分离,以及如何大幅 度提高管线钢的夏比冲击功。 西安石油管材所与西安交通大学以三维破坏力 学为基础、数值与物理实验相结合,较深入地研究了 控轧钢断口分离形成机理,发现不同方向的“分离” 均是材料中弱界面被垂直于该面的三维应力约束撕 裂所致 。其初步结论是,断口分离是三维应力约束、钢板厚度方向强度共同作用的结果; 并认为,断 口分离可提高管线钢的断裂韧性,对管道安全性是 有利的 。但需注意的是,上述结论是用标准穿透裂纹试样得到,而实际油气输送管道材料内部缺陷、 焊接缺陷、加工损伤和腐蚀缺陷引发的裂纹是非穿 透性的。应对高强度管线钢非穿透裂纹体的断裂行 为进行深入研究,以确认上述结论的适用范围。应 使用实际钢管的天然气介质爆破试验进行验证。 实验中的剪切断裂面积 %与输气管线爆破断裂的形式密切相关,是管线钢抵抗脆性断裂能力的反映。这 一方法1968 年被美国石油学会采纳,用于评价管线 抵抗脆性断裂能力。在 5L中规定了 试验的试验方法、条件、要求及断口的评定方法进行了规 定。近年来,随着管线钢强韧性的提高,D 试样的断口中经常出现异常脆性断口,有时也称为反向 断口,就是在缺口根部以韧性起裂,随后的断裂扩展 中断裂的形式由韧性转变为脆性。A 出现异常脆性断口,试样应判为无效,复验时可选择采用“人”字形缺口( 试样。但是,复验中“人”字形缺口试样依然不能完全避免异常断口。当反向断口发生时,试样的吸收 功增加,但剪切面积比减小。这说明反向断裂可能 间接影响其韧性。由于现行的A 标准并未涉及到反向断裂,所以存在很多争议。但在反向断裂 是落锤冲击引起的加工硬化所致,在这一点上意见 一致。实验中试样因加工硬化引起的应变在实际中 并不存在,如果不计反向断裂,那么试样的 性能受反向断裂的影响。只有完善现行的 或发展新方法,才能精确预测管线钢的韧脆转变温度和对塑性 裂纹断裂扩展的阻力 70钢级,输送到上海的天然气价格显著高于上海从海 外购买的液化天然气(L 价格,导致西气东输的天然气经济竞争力大打折扣。未来在中国铺设的天 然气管线,必然要采用更高的钢级,基于 100之间选择。中国在西气东输工程中所采用 70并非是西方传统意义上的 70,其无论在显 微组织上还是在性能指标上都接近于西方国家的 80,因此在未来天然气管线,对中国钢 铁生产、管道生产和施工等企业来说, 困难不是很 大,技术风险亦较小。其问题是 80和现有 100则会显 著降低管线的建设和运行成本。意大利 中国冶金第16 70低压运行和采用 100进行高压运行的成本, 结果表明采用 100输送每 百万英热单位的天然气成本为 1168 欧元, 而采用 70的成本为2109 欧元,降低20 。因此,针对中国经济发展前景和能源需求状况, 现在启动对 80~X120 高级管线钢的生产和应用方面的研究正 值其时。 参考文献: 2Pip 中国石油学会储运专业委员会, 2005. 2232239. 天然气输送管研究与应用中的几个热点问题.高压高 级别长距离输送用管线钢的中意研讨会文集[ 北京:钢铁研究总院,2005. 120.高压高级别长距离输送用管 线钢的中意研讨会文集[ 2001,41 ,炼钢,2002,18 特殊钢,1993 etal 1802183. l2le 中国石油学会储运专业委员会, 2005. 3132348. 焊管,2004,27(2) :15220. 高压高级别长距离输送用管线钢的中意研讨会文集[ 北京:钢铁研究总院,2005.全国重点钢铁企业轧钢技术经济指标前10 10综合合格 2004新兴铸管 100 99.92 浦东 99. 90 济钢 99. 90 99.90 济源 99. 89 99.87 99.83 99.82 营口中板 99. 82 2005 新兴铸管 100 济源99. 97 99.96 酒钢 99. 94 浦东 99. 92 99.92 99.91 99.90 99.88 南昌 99. 83 综合成材 99.26 三明 99. 24 南昌 98. 81 98.57 98.45 98.05 97.99 97.92 97.83 97.73 2005 99.90 三明 99. 40 99.12 南昌 98. 83 98.31 98.17 98.09 98.01 酒钢 97. 07 泰山 97. 01 日历作业 2004新兴铸管 91. 81 长治 85. 89 85.31 84.71 安阳 83. 75 83.73 略阳 83. 63 浦东 83. 56 83.05 82.05 2005 浦东 95. 62 新兴铸管 91. 82 长治 88. 75 安阳 87. 41 85.49 85.48 84.70 济源 83. 96 82.36 三明 82. 33 小时产量/ 2004本钢 216 武钢 161 营口中板 144 1022005 本钢 228 武钢 183 134泰山 133 114济钢 108 三明 103 842江阴兴澄 687新兴铸管 935三明 1910 2005 799梅山 837江阴兴澄 688酒钢 363新兴铸管 80~X120 的研发与应用 高级别管线的研发与应用,管线管线钢,管线机,地下管线,地下管线探测仪,管线探测仪,地下管线探测,鸿业市政管线,管线综合

本站文章于2019-11-06 06:11,互联网采集,如有侵权请发邮件联系我们,我们在第一时间删除。 转载请注明:高级别管线的研发与操纵
已点赞:105 +1

上一篇:

下一篇:



关于我们

  • 关于我们
  • 品牌介绍
  • 诚聘英才
  • 联系我们

学生/家长

  • 帮我选学校
  • 帮我选专业
  • 投诉/建议

教育机构

  • 如何合作
  • 联系方式

其他

  • 投稿合作
  • 权利声明
  • 法律声明
  • 隐私条款
全国统一客服电话
4006-023-900
周一至周六 09:00-17:00 接听
IT培训联盟官方公众号
扫描访问手机版
家电维修|北京赛车pk10
天津快乐十分 彩票高赔率好平台 时时彩app下载 奔驰彩票 腾讯三分彩开奖网址国民彩票官网 澳洲时时彩官网 真人赌钱游戏 北京pk10彩票网站 恭喜,站点创建成功! 博猫彩票