X80钢级弯管母管典型问题及解决方法

探讨了X80钢级弯管母管中添加的主要合金元素及其作用,介绍了现阶段X80钢级大壁厚弯管母管在生产过程中和机械性能检测时常出现的一些典型问题,包括母管加热后缩径、屈强比超标,焊接热影响区冲击性能不合格等,分析了造成这些问题的主要原因,并给出了具体的解决途径:适当放大母管外径,对热煨弯管进行扩径;用热模拟试验验证的方法验收母管;焊接母管时,采用低热输入量或多层多道焊接方式等。

热输入对X80焊缝金属低温冲击性能的影响

研究了热输入对X80级管线钢埋弧焊焊缝金属的显微组织、硬度和低温冲击性能的影响。结果表明,热输入对焊缝金属显微组织和力学性能性能有显著的影响。随着热输入增大,焊缝柱状晶宽度增大,焊缝中针状铁素体板条有粗化的趋势;焊缝金属硬度值随着热输入增大而降低;低温冲击吸收功先升高后降低,热输入为31kJ/cm时焊缝金属低温冲击性能最好。

基于有限元分析的X80高钢级管道剩余强度计算公式构建

为了更加精确地计算X80高钢级管道剩余强度,以有限元分析理论基础为依据,采用ANSYS WORKBENCH软件对含腐蚀缺陷的X80高钢级管道进行仿真模拟。基于X80高钢级管道有限元模型计算结果,选用1st Opt软件,用拟合的方法构建出以腐蚀缺陷长度、腐蚀缺陷深度、管径、壁厚等因素为变量的X80高钢级管道剩余强度计算公式,将拟合公式与PCORRC,DNV RP-F101和LPC-1等3种评价方法的准确性进行对比、验证和分析。结果表明:拟合公式的误差较小,具有较好的适用性。研究结果对改进现有评价方法具有参考作用。

X80管线钢焊接热影响区在含S^(2-)介质中的耐蚀性分析

采用三电极电化学测试方法研究了H06H1和H05MnNiMo两种焊丝对X80管线钢焊接接头热影响区在Na2S介质中的耐蚀性.结果表明,热影响区的金相组织为针状铁素体+粒状贝氏体,晶粒细小.焊接接头的热影响区在温度为20~60℃,Na2S质量分数为1.0%~2.0%的范围内,随着Na2S质量分数的增大和温度的升高,腐蚀速率加大,腐蚀速率在0.24~0.81 mm/a的范围内,腐蚀过程为阳极极化控制的腐蚀体系.在温度达40℃以上,出现阳极扩散控制的腐蚀过程.

外径1422 mm、X80高钢级输气管道的消磁技术

油气管道组对焊接过程中,管端管口处经常存在着剩磁,当剩磁较大时易发生磁偏吹,有可能影响焊接施工进度和焊接质量。中俄东线天然气管道工程首次采用外径1 422 mm大口径、X80高钢级管道,现有的消磁方法和消磁设备对其适用性难以确定。为此,通过分析管道剩磁产生的机理,探讨了不同消磁技术的原理和优缺点,选取直流消磁技术开展现场试验,分析了国内外典型直流消磁设备的消磁能力,进而开展了磁感应强度对焊接影响、经验判断方法和空间分布规律试验。研究结果表明:①现有的直流消磁设备消磁能力差异较大,试验所选用的A型号直流消磁设备针对外径1 422 mm、X80管道最大消磁能力可达490 mT,并且具有电压补偿功能,消磁能力和稳定性较高,而其余设备的消磁能力则相对较弱,难以满足大口径、高钢级输气管道强磁力情况下的现场消磁需求;②直流焊机以及永磁铁等消磁方法的消磁能力较弱,可以作为在施工现场没有专用消磁设备时的一种备选消磁法,仅适用于磁感应强度较低、局部开展消磁的情况;③为了确保焊接质量,实际作业过程中,当管口剩磁小于5 mT时方可进行焊接作业,此时剩磁对焊接影响可忽略;④剩磁在管端轴向和周向上分布不均匀,现场消磁时需局部调整。结论认为,该研究成果可以为大口径、高钢级输气管道消磁及焊接作业提供支撑。

国内X80级管线钢的发展及今后的研究方向

介绍了国内外油气管道及高钢级管材的发展情况,国内在X80级管线钢应用基础研究和产品开发方面所开展的工作,及X80级管线钢管的质量状况。分析了X80级管线钢应用中应关注的几个问题。指出:①大口径高压输送及采用高钢级管材是国际管道工程发展的一个重要趋势;②我国实施X80钢级管道工业性工程应用的条件已经基本成熟;③为确保X80级管道的安全可靠,在借鉴国际上先进成功经验的基础上,应进一步加强X80级管线钢应用基础研究和相关的技术攻关。

X70、X80钢级直缝埋弧焊管研发

针对国家重点高强度管道建设工程的需要,通过对原料化学成分设计、制管成型与焊接关键技术、匹配焊接材料的研制开发,使生产的X70、X80直缝埋弧焊管产品已经延伸到了断裂带、地震、滑坡等恶劣地质,并向着深海领域纵深方向发展。通过对低碳多元微合金化成分设计方法技术、控制轧制和特殊的在线冷却技术等研究,实现了具有大变形特点的"铁素体+贝氏体"双相组织,在国内首次成功开发出了国产X70、X80级大变形板材,并在中缅管道实现了批量化应用,打破了欧美、日本等钢管企业长期以来在基于应变直缝埋弧钢管高端产品的技术封锁与垄断。与国外同类产品相比性能相当,且经济性更好。

X80级管线钢的各向异性特征

通过对X80级管线钢不同方向拉伸性能、金相硬度、金相组织的试验和分析,得出了X80级管线钢的各向异性特征:横向强度大于纵向强度,纵向韧性优于横向韧性。并对该特征进行了分析讨论。

西气东输二线用高Nb X80级管线钢宽厚板的开发

介绍了宝钢高Nb成分X80级直缝埋弧焊管用管线钢厚板的开发目标和设计思想,论述了开发的X80级钢板和直缝埋弧焊管的工业化试制情况,重点分析了X80级钢板和直缝埋弧焊管的理化性能。分析结果表明,试制钢板具有超低的C含量、较高的Mn和Nb含量,且显微组织细小,具有较高的强度、韧性及良好的焊接性,试制钢板和钢管均满足《西气东输二线管道工程用直缝埋弧焊管技术条件》要求。

X80级管线钢焊接热影响区不同区域的韧性分布

研究了X80级管线钢焊接热影响区不同区域的韧性分布。结果表明,X80级管线钢在焊接过程中形成的热影响区由不同温度下形成的梯度组织组成。焊接加热温度为1 300℃时所形成的粗晶区韧性最低,是受焊区的薄弱环节。950℃以下的焊接热过程,对管线钢的韧性没有大的损害。引起热影响区性能恶化的主要原因是高温引起的晶粒长大以及由于晶粒粗大而引起上贝氏体等非平衡低温转变产物的增多。

低温环境用厚壁大管径X80直缝埋弧焊管宽厚板的开发

根据中亚天然气管道工程C线压气站用直缝管线钢管的技术条件,采用合理的成分设计、严格的炼钢质量控制及控轧控冷工艺,成功开发出具有良好低温韧性的X80宽厚板。产品微观组织以细小均匀的贝氏体为主,复合第二相弥散均匀分布的M/A组元。钢板具有高强度、低屈强比、优良的低温韧性和止裂韧性,在制管焊接过程中表现出良好的焊接性能,经过合理的JCOE工艺制成的直缝埋弧焊管成功应用于中亚C线压气站管线工程。

X80级Nb-Cr钢管不同强度匹配下的接头组织与性能研究

研究了不同强度匹配下X80级Nb-Cr钢手工焊环焊接头的显微组织和硬度。结果表明:不同强度匹配下填充层组织经过后续焊道的热处理作用,打破了焊缝柱状晶的形态,焊缝组织为针状铁素体+少量粒状贝氏体+少量先共析铁素体,粗晶区组织为粒状贝氏体+板条状铁素体;盖面层焊缝组织以针状铁素体组织为主,粗晶区组织以板条状铁素体+粒状贝氏体为主;盖面层高硬度组织板条铁素体和粒状贝氏体明显增多,硬度整体偏大。

高韧性针状铁素体X80级管线钢的试制

简要介绍了宝钢试制的以针状铁素体组织为特征的X80级管线钢热轧板卷。采用超低碳、微合金化和Mo的低合金化成分设计,结合纯净钢冶炼技术和适当的热机械控制工艺得到具有针状铁素体组织的高强度、高韧性X80级管线钢。用其制造的焊管具有满足API5L规范X80级钢的高强度,在-20℃低温下具有大于 220J的夏比冲击韧性和优良的抗动态撕裂能力,适用于高压大口径输气管线的建设。

Nb-Cr X80管线钢冷裂敏感性分析

采用碳当量法、焊接冷裂纹敏感指数法、最高硬度HV10(max)公式法、SHCCT曲线图、焊接热影响区最高硬度试验、斜Y形坡口对接裂纹试验、残余应力的数值模拟和插销试验评价了Nb-Cr X80管线钢产生冷裂纹的敏感性。理论分析与试验结果表明,Nb-Cr X80管线钢的冷裂倾向性较小。综合理论分析和试验数据,并考虑到管道安装焊接施工中钢管湿度高、装配拘束应力大的实际情况,认为Nb-Cr X80钢管0℃以上环境温度焊接时,采用低氢型焊接材料或进行根焊时预热温度≥50℃即可,采用纤维素型焊条进行根焊时预热温度≥100℃即可。

X80级厚壁焊管生产中的气孔和夹渣原因分析

根据西气东输二线用X80钢级、φ1 219 mm×18.4 mm螺旋埋弧焊管生产过程中产生一定量的气孔和夹渣缺陷,分别从成型稳定性、卷板质量、焊接规范、焊剂等方面对其形成原因进行了分析,并提出了一些应对措施。

X80级管线钢管工程应用的几个问题

在对国内外大量文献和实际管道建设情况调研分析的基础上,结合国内X80级管线钢管的研究开发和产品试制结果,对我国管道界普遍关心的X80级管线钢管工程应用中的几个问题进行了论述。结果表明,采用高压输送及选用高钢级管材可以大量节约建设成本,是天然气管道发展的重要趋势。X80级已是国际上成熟的和标准的管线钢钢级,国际上在管道设计、生产、施工和运营等方面已有成熟经验。国内经过几年的研究开发首批试制的X80级管线钢管质量指标满足要求严格的X80级管线钢管应用工程标准要求,钢管实物质量与国外同类产品处于同一水平。国际上对输送普通天然气的X80级管道的断裂控制问题已经解决,根据对X80级管道启裂韧性和止裂韧性的分析研究及管道运行安全性的分析,用减薄壁厚的X80级替代X70级是安全的,也是可行的。未来X80级管线钢管在国际上的应用将会越来越广泛。实施X80级管线钢管工程应用是十分必要的。建议在未来大口径高压输气管线中优先选用X80级管线钢管。

小批量试制X80级板卷及焊管的拉伸性能分析

采用矩形试样和圆棒试样对国内小批量试制的X80级板卷和螺旋埋弧焊管进行了拉伸试验,从两种试样类型对试验结果的影响、板卷不同厚度强度的分布、沿板卷长度及对应钢管的强度分布、制管前后材料拉伸性能的变化等方面进行了详细的阐述和分析,分析结果表明,对于板卷建议采用矩形试样测试材料的拉伸性能,对于管体横向建议采用直径尽可能大的圆棒试样测试钢管的拉伸性能。

X80级管线钢埋弧焊焊缝韧性波动研究

研究分析了西气东输二线用X80级钢18.4mm厚热轧卷板的成分和组织特点。TEM分析表明,18.4mm厚X80级热轧卷板在板厚1/4和1/2处,晶界均比较纯净,组织以针状铁素体为主。针对这种高钢级厚板管线钢埋弧焊接条件下出现的焊缝韧性波动,采用SEM、能谱分析等对焊缝微观组织、冲击断口形貌、成分偏析、焊缝夹杂物、焊丝纯净度等进行了分析。研究结果表明,焊缝原始奥氏体晶粒大小对韧性有显著影响,晶界AlN、硫化物析出是形成焊缝光滑脆性断口的主要原因,焊缝中高熔点氧化物夹杂也会引起冲击值下降。

X80级管线钢热加工敏感性研究

采用热模拟技术研究了不同化学成分的X80级管线钢对热加工的敏感性,以及不同加热温度对X80级管线钢的性能及金相组织的影响。试验结果表明,不同化学成分的X80级管线钢对热加工的敏感性不同。经过加热后,X80级管线钢的强度均有下降,特别是屈服强度值下降幅度较大;当加热温度为900-1 000℃时,屈服强度较低,但随着加热温度的升高,屈服强度和抗拉强度逐步增大;当加热温度达1 050℃以上时,强度值较高。随着加热温度的上升,材料金相组织的晶粒尺寸均呈增大的趋势,但增大幅度不同;当加热温度在1 000-1 050℃时,X80级管线钢的冲击韧性良好。综合组织特征的变化与材料的力学性能结果,当材料的淬火系数Di在1.1-1.3时,X80级管线钢对加热温度的敏感性较小;加热温度在1 000-1 050℃时,X80级管线钢的金相组织与力学性能较好。

X80级管线钢、钢管技术条件制订中的关键技术问题

在成功研究、制订西气东输用X70级针状铁素体型管线钢、钢管技术条件的基础上,结合“X80级管线钢管应用工程”具体情况,通过大量试验研究,编制了X80级管线钢、钢管“技术条件”。就X80级管线钢、钢管“技术条件”中几个关键技术问题,如X80级针状铁素体型管线钢的成分、组织、力学性能等的确定原则进行了论述。通过钢铁公司、制管厂的实践应用和对产品的检测,证明X80级管线钢、钢管“技术条件”不仅满足工程要求,而且也适应生产情况。