油氣輸送管用熱軋寬鋼帶新舊標準的對比分析

曹曉粉 ，李燁錚

（1.中國石油天然氣管道科學(xué)研究院，河北 廊坊065000；2.油氣管道輸送安全國家工程實驗室，河北 廊坊065000）

0 前 言

隨著石油天然氣需求量的不斷增長，為增加其輸送效率，管道的輸送壓力和管徑也不斷地增大，需要管線鋼具備高強度和優(yōu)異的低溫韌性，用作這類輸送管的管線鋼都向著厚規(guī)格和高強度的高鋼級方向發(fā)展[1－2]。目前，X70管線鋼已被廣泛應(yīng)用，X80管線鋼也已在多個項目中使用，X90和X100管線鋼的研究和試生產(chǎn)正在進行[3－4]。管線鋼的發(fā)展帶動了相應(yīng)標準的急速更新。2007年10月1日，API SPEC 5L第44版第一次與ISO 3183： 2007 （第 2 版修訂版） 等同發(fā)布[5－6]。為了適應(yīng)高鋼級管線鋼技術(shù)發(fā)展的要求，以及與國際標準接軌，我國在2013年5月9日發(fā)布了GB/T 14164—2013《石油天然氣輸送管用熱軋寬鋼帶》，并于2014年2月1日實施。該標準是參考API SPEC 5L第44版和ISO 3183：2007，并結(jié)合當(dāng)前石油天然氣輸送管道用熱軋寬鋼帶的發(fā)展，對GB/T 14164—2005進行了修訂，GB/T 14164—2013較GB/T 14164—2005內(nèi)容有較大變化[7－8]。

筆者就修改的主要內(nèi)容進行了對比分析，歸納整理出主要修訂內(nèi)容，希望能夠為新標準的宣貫與應(yīng)用起到積極的促進作用。

1 整體結(jié)構(gòu)的變化

GB/T 14164—2013《石油天然氣輸送管用熱軋寬鋼帶》按照GB/T 1.1—2009給出的規(guī)則起草，其結(jié)構(gòu)層次和編寫規(guī)則與2005版基本保持一致。其中針對于舊版的主要變化為：①正文部分中，新版標準將舊版標準中的第七部分 “其他要求部分”納入第六部分 “技術(shù)要求”6.10“特殊要求”中，并在特殊要求中對落錘撕裂試驗、夏比V形缺口沖擊試驗和硬度試驗做了詳細協(xié)議要求，包括沖擊和落錘試驗的試驗溫度、沖擊吸收能量、纖維斷面率的最低要求值和落錘撕裂試驗的最小剪切面積百分比以及最大允許硬度參考值和硬度打點圖，而舊版標準中只是在其他要求中對試樣斷口形貌的剪切值測定和硬度測定做了籠統(tǒng)概述；②新版標準中明確增加了第十部分數(shù)值修約規(guī)則的規(guī)定，指出數(shù)值修約應(yīng)符合YB/T 081的規(guī)定；③由于用戶可根據(jù)斷后伸長率公式自行計算斷裂伸長率，新版附錄部分中刪除了舊版標準中的規(guī)范性附錄A（斷后伸長率表），節(jié)省篇幅4頁，在不影響標準內(nèi)容的同時，使標準更加精簡。

2 標準內(nèi)容的變化

2.1 范圍及規(guī)范性引用文件

新標準在第一部分范圍中增加了熱軋寬鋼帶剪切鋼板，將標準適用范圍由 “熱軋寬鋼帶”調(diào)整為 “熱軋寬鋼帶及其剪切鋼板”，擴大了標準的適用范圍。

在引用標準方面，新版標準的引用標準為36個，比舊標準多引用8個標準，新增引用標準主要包括GB/T 9711，ISO 3183，API SPEC 5L等產(chǎn)品標準以及晶粒度、非金屬夾雜物和顯微組織等方法標準。這就需要使用方收集并熟悉相關(guān)引用標準的內(nèi)容， 為標準的全面貫徹實施提供文件依據(jù)。

2.2 分類、牌號表示方法和代號

新標準中牌號不再采用舊標準中的由輸送管線中的 “輸”的首位拼音字母 “S”、屈服強度最小值，而是采用由代表輸送管線的 “Line”的首位英文字母、屈服強度最小值（單位為MPa）、交貨狀態(tài)組成，同時新版標準中也給出了其他常用牌號，由代表管線鋼的 “X”、 屈服強度最小值（單位為ksi）、交貨狀態(tài)組成，交貨狀態(tài)中字母分別表示：R（軋制），Q（淬火加回火），N（軋制正火、成型正火、正火或正火加回火）和M（熱機械軋制或熱機械成型），這樣在鋼的牌號上與國際通用標準取得了一致，方便標準的流通和應(yīng)用。另外新版標準中所涵蓋的鋼帶和鋼板的強度范圍比舊版要廣一些，增加了3個新的高強度等級：L625/X90，L690/X100和L830/X120。PSL1和PSL2兩種規(guī)范水平涉及的鋼管等級有L175～L830 （A25～X120）共 14個強度級別。PSL1鋼管等級范圍為 L175～L485 （A25～X70）， PSL2 鋼管等級范圍為 L245～L830（B～X120）。

2.3 訂貨內(nèi)容

新版標準除要求在訂貨時用戶提供標準編號、質(zhì)量等級、牌號、規(guī)格、交貨狀態(tài)等一般信息外，還提出了比舊版標準更多更具體的訂貨信息，包括產(chǎn)品類型 （鋼帶或鋼板）、邊緣狀態(tài)、厚度精度、拉伸、沖擊、落錘的試樣方向、用途（輸油、有類似要求的其他流體、輸氣）等內(nèi)容，這就要求購方根據(jù)管線基本情況，結(jié)合新版標準4“訂貨內(nèi)容”的要求，在訂貨時協(xié)商確定相關(guān)信息 （并在訂貨合同中注明）。

2.4 尺寸、外形、質(zhì)量及允許誤差等表格

舊版標準中表2～表5詳細列出了鋼帶的厚度、寬度允許偏差、縱切鋼帶的寬度允許偏差和鋼帶的塔形允許高度，占用篇幅2頁。因GB/T 709—2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、質(zhì)量及允許偏差》中對不同規(guī)格鋼板和鋼帶的尺寸、外形、質(zhì)量及允許偏差做了詳細規(guī)定[9]，且和舊版標準中規(guī)定的要求相一致，因而新版標準刪除了這些和引用標準GB/T 709相重復(fù)的內(nèi)容，只說明了鋼板和鋼帶的尺寸、外形、質(zhì)量及允許偏差符合GB/T 709的規(guī)定，使新版標準在保證內(nèi)容完整的情況下更加簡要明晰。

2.5 化學(xué)成分

對于PSL1，新版標準新增了對Cu，Ni，Cr和 Mo的最大含量限制，其中 w（Cu），w（Ni）以及w（Cr）都不應(yīng)大于 0.50%，w（Mo）不應(yīng)大于 0.15%，這與API SPEC 5L第44版中對PSL1的要求完全相同[10]。另外新增對B含量的規(guī)定，明確指出除非另有規(guī)定，否則不得隨意加入B，殘余w（B）應(yīng)不大于0.001%。同時新增了對L245/B鋼級關(guān)于w（Nb+V）應(yīng)不大于0.06%的規(guī)定，這比舊版標準對化學(xué)成分的限制更加嚴格，相關(guān)方在按照標準的生產(chǎn)和訂貨過程中都應(yīng)予以注意。但是在對C和Mn的含量關(guān)系規(guī)定中，新版標準對不同鋼級的劃分不夠清楚。如：C含量比規(guī)定最大C含量每降低0.01%，對于L245/B～L360/X52，最大的w（Mn）不超過 1.65%；對于 L360/X52～L485/X70，最大w（Mn）不得超過1.75%；對于L485/X70，最大w（Mn）不得超過2.00%，這就不能明確L360/X52和L485/X70劃分到哪個區(qū)間。

對于PSL2，新版標準中增加了L625/X90，L690/X100和L830/X120三個新鋼級，同時對鋼板和鋼帶不同交貨狀態(tài)的化學(xué)成分含量做了具體規(guī)定。新版標準中對PSL2各鋼級及不同交貨狀態(tài)的C，Si，Mn，P和S含量要求與API SPEC 5L第44版中的相關(guān)要求一致，具體含量要求可見GB/T 14164—2013中的表3。

新版標準除了對C，Si，Mn，P和S的質(zhì)量分數(shù)控制外，在表3中新增了對Ti，V和Nb含量的控制的要求，并且針對不同鋼級及交貨狀態(tài)新增了對Cu，Ni，Cr，Mo和B的最大含量限制。同時新版標準也針對L245R/BR和L245N/BN，新增了對w（Nb+V）應(yīng)不大于0.06%的要求。

這些新增的化學(xué)成分含量限制表明新版標準在一些元素含量要求上比舊版標準要略微嚴格，相關(guān)單位在使用標準過程中應(yīng)注意這些變化。

2.6 力學(xué)和工藝性能

2.6.1 拉伸性能

新版標準中對標距為50 mm的規(guī)定最小斷后伸長率的計算公式和舊版有所變化，新版公式中系數(shù)采用了API SPEC 5L第44版中的系數(shù)1 940，而不再采取舊版中的系數(shù)1 956，同時新版標準中對不同形狀和直徑試樣的橫截面積給出了具體數(shù)值和修約規(guī)則，這樣新版標準和API SPEC 5L第44版保持一致，促進了我國國家標準和國際標準的對接。新版標準中對L175/A25及L175P/A25P的抗拉強度最低值規(guī)定為310 MPa，比舊版標準的315 MPa降低5 MPa；同時新版標準對PSL2鋼管中L245/B～L485/X70抗拉強度的上限值規(guī)定都比舊版提高5 MPa，從而新版標準這些鋼級的抗拉強度也與API SPEC 5L第44版的規(guī)定相同。另外新版標準對PSL2鋼管提出了屈強比的要求，這也說明新版標準在對鋼帶的拉伸性能規(guī)定上要比舊版標準更加嚴格。

2.6.2 斷裂韌性

新版標準中的特殊要求部分對PSL2質(zhì)量等級的鋼帶和鋼板的斷裂韌性做了參考性要求。新版標準規(guī)定了鋼帶和鋼板在－10℃下的沖擊功和纖維斷面率，且各鋼級的沖擊功規(guī)定最低值比舊版標準中0℃下的規(guī)定最低值還要高，可以看出比舊版標準具有更高的沖擊韌性要求。同時新版標準新增對鋼帶和鋼板－5℃下DWTT試驗最小剪切面積的要求，并對輸油及其他流體管道和輸氣管道分別作了斷裂韌性要求。新版標準中的對鋼帶和鋼板的更高的斷裂韌性要求正是符合了目前油氣輸送對管線鋼的高韌性需求。但是新版標準中沒有給出V形夏比沖擊試驗的復(fù)驗規(guī)則。新舊標準中關(guān)于斷裂韌性要求的變化具體為：

（1）新版標準比舊版標準對輸油及其他類流體管道用PSL2鋼帶和鋼板的沖擊韌性有更高要求，相比舊版標準，新版標準在試驗溫度更低的情況下要求更高的沖擊功，具體對比見表1。

（2）新版標準中新增對輸氣管道用鋼帶和鋼板的斷裂韌性要求規(guī)定，要求沖擊吸收能量在鋼管沖擊功的基礎(chǔ)上加20 J，對L360/X52及以上級別鋼帶和鋼板沖擊纖維斷面率單值不低于80%，均值不低于90%。

（3）新版標準新增DWTT試驗的要求。具體要求為：對輸油及其他流體類管道用鋼板和鋼帶，試驗溫度為－5℃，剪切面積單值不低于60%，均值不低于80%；對輸氣管道用鋼板和鋼帶，剪切面積單值不低于70%，均值不低于85%。

表1 新舊標準中夏比V形缺口沖擊試驗對比

（4）舊版標準6.5.6中給出了夏比沖擊試驗測試結(jié)果未達到規(guī)定要求時的復(fù)驗規(guī)則，指出當(dāng)未達到規(guī)定要求時，應(yīng)從同一樣坯上再取3個試樣進行試驗。API SPEC 5L第44版指出夏比沖擊試驗不符合驗收極限時，制造商可選擇替換本試驗批涉及的材料，或從該試驗批中再抽取兩根鋼管進行試驗。新版標準雖然參考了API SPEC 5L第44版，但是未給出夏比沖擊試驗的復(fù)驗規(guī)則，也未指出復(fù)驗規(guī)則符合GB/T 17505的相關(guān)規(guī)定。

2.6.3 硬度試驗

硬度試驗也作為技術(shù)要求中的特殊要求，只針對于PSL2質(zhì)量等級的鋼帶和鋼板。新版標準新增了PSL2不同鋼級的鋼帶和鋼板的最大允許硬度（HV10）參考值，并給出了不同厚度鋼帶和鋼板的打點位置圖。而舊版標準中只在其他要求部分提到硬度試驗可由供需雙方協(xié)議規(guī)定，并未對硬度試驗做進一步詳細推薦性要求，可見新版標準相比舊版更加完善和嚴謹。

2.6.4 金相組織要求

由于鋼帶和鋼板的金相組織對其力學(xué)性能和最終使用要求有決定性的作用，新版標準第6部分 “技術(shù)要求”中新增6.8小節(jié)對鋼帶和鋼板帶狀組織的要求。同時在6.6和6.7小節(jié)中對鋼帶和剪切鋼板的晶粒度的非金屬夾雜物做了具體參考要求，為制造商和用戶提供了推薦性指標。這作為通用要求出現(xiàn)在技術(shù)要求部分中，而舊版標準只在第七部分其他要求中指出晶粒度和非金屬夾雜的相關(guān)測定可由供需雙方協(xié)議規(guī)定，并未給出參考值。由此可見新版標準在技術(shù)要求方面更加完善。

2.7 數(shù)值修約

GB/T 14164—2013的數(shù)值修約規(guī)則采用YB/T 081。但是最新版YB/T 081—2013的一些數(shù)值修約規(guī)則在實施過程中存在不明確的地方。如：YB/T 081—2013中指出拉伸強度的修約間隔按照拉伸強度性能范圍的不同而不同，對于強度不大于200 MPa，修約間隔為1 MPa；對于拉伸強度在200～1 000 MPa，修約間隔為5 MPa；對于拉伸強度＞1 000 MPa，修約間隔為10 MPa。但是YB/T 081—2013同時又指出可采用GB/T 228.1—2010第22章的修約規(guī)則，GB/T 228.1—2010第22章中規(guī)定所有的強度性能值修約至1 MPa。YB/T 081—2013同時規(guī)定兩種不一致的修約規(guī)則使得標準使用方不能明確采用哪種修約規(guī)則，在有些情況下也給產(chǎn)品的合格判定帶來一定難度。因而建議GB/T 14164在以后的標準修訂中采用更加謹慎科學(xué)的修約規(guī)則標準。

3 結(jié) 語

GB/T 14164—2013《石油天然氣輸送管用熱軋寬鋼帶》仍舊存在一些不足及可探討之處，具體表現(xiàn)為：①在對鋼板和鋼帶的C和Mn含量關(guān)系規(guī)定中，不同鋼級的劃分不夠清楚，當(dāng)C含量比規(guī)定值降低時，不能明確L360/X52和L485/X70的Mn含量最高允許值；②當(dāng)夏比沖擊試驗結(jié)果不能滿足驗收極限時，未給出復(fù)驗規(guī)則，在涉及時無法明確實施；③采用的數(shù)值修約規(guī)則標準YB/T081—2013對修約存在不同規(guī)定，在實施過程中存在不明確的地方；④GB/T 14164應(yīng)及時跟蹤最新API標準情況進行修訂，以和國際接軌。

綜上所述，GB/T 14164—2013《石油天然氣輸送管用熱軋寬鋼帶》在2005版標準基礎(chǔ)上進行了較大幅度的修改，雖然仍舊存在一些不足之處以待修訂，但是整體上使標準更加科學(xué)、嚴謹，它借鑒了API SPEC 5L和ISO 3183：2007標準，并且與我國目前管線鋼發(fā)展的現(xiàn)狀有機地結(jié)合起來，使管線鋼的檢驗標準更加完善。受文章篇幅所限，筆者僅選取了一些主要方面進行了對照分析，其余就不一一贅述。相關(guān)單位在訂貨、生產(chǎn)及檢驗中對標準的變化應(yīng)予以注意，并根據(jù)管線鋼管的工況和設(shè)計要求，提出適當(dāng)?shù)难a充技術(shù)條件，以保證與訂貨產(chǎn)品標準的符合性以及鋼帶和鋼板的質(zhì)量。

［1］吳婭梅.超高強度管線鋼的發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢預(yù)測［J］.科技視界，2014（05）：23-26.

［2］YOO Jangyong，AHN Seongsoo，SEO Donghan，et al.New Development of High Grade X80 to X120 Pipeline Steels［J］.Materials and Manufacturing Processes.2011，26（01）：154-160.

［3］張斌，錢成文，王玉梅，等.國內(nèi)外高鋼級管線鋼的發(fā)展及應(yīng)用［J］.石油工程建設(shè)，2012，38（01）：13-16.

［4］張偉衛(wèi)，熊慶人，吉玲康，等.國內(nèi)管線鋼生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］.焊管，2011，34（01）：5-8.

［5］API SPEC 5L—2007，Specification for Line Pipe（44th）［S］.

［6］ISO 3183：2007，Petroleum and Natural Gas Industries—Steel Pipe for Pipeline Transportation Systems［S］.

［7］GB/T 14164—2005，石油天然氣輸送管用熱軋寬鋼帶［S］.

［8］GB/T 14164—2013，石油天然氣輸送管用熱軋寬鋼帶［S］.

［9］GB/T 709—2006，熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差［S］.

［10］APISPEC 5L—2012，Specification forLine Pipe（45th）［S］.