本鋼X80管線鋼的開發(fā)與應(yīng)用

摘 要：本鋼新建2300熱連軋機組是目前世界上規(guī)模最大、軋制能力最強的熱連軋機組，本鋼通過合理設(shè)計的X80合金成分，采用TMCP技術(shù)生產(chǎn)的具有針狀鐵素體組織的X80管線鋼，具有高強度和高的抗沖擊韌性，其制成的Ф1219mm×18.4mm螺旋埋弧焊管各項性能優(yōu)良，完全滿足中石油西氣東輸二線管道工程用X80螺旋埋弧焊管技術(shù)條件。

關(guān)鍵詞：X80；管線鋼；TMCP

西氣東輸二線天然氣管線工程是我國建國以來最大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程之一，工程干線首次采用X80鋼級，是迄今世界上采用X80最大管道工程。項目規(guī)劃一干八支，其中干線長度約4000km，管徑1219mm，干線將使用18.4mmX80螺旋埋弧焊管。本文結(jié)合本鋼2300mm軋機，對合金設(shè)計和TMCP工藝中的相變做了詳細的研究。

1 X80管線鋼化學(xué)成分設(shè)計

X80級別鋼是從X65和X70的化學(xué)成分及管線鋼生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗發(fā)展過來的，X80管線鋼的化學(xué)成分設(shè)計以低C-Mn-Nb微合金化為基礎(chǔ)，高的Mn含量不僅能夠起到固溶強化的作用，而且還因為Mn能延遲γ向α轉(zhuǎn)變，從而通過細化鐵素體晶粒和促進B形成獲得進一步強化的作用[1]，還能減少板坯偏析和改善鋼的焊接性能。再添加適量Cu、Ni、Mo、Ti、V等合金元素，從而平衡不同的強化機制，達到最終所需的性能。具體成分見表1。

2. X80管線鋼熱軋板卷的組織與力學(xué)性能

2.1 組織

管線鋼的合金設(shè)計發(fā)展的最終結(jié)果是確定兩種基本組織類型，這兩種組織的鋼是目前世界范圍內(nèi)API標(biāo)準(zhǔn)管線鋼商業(yè)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，它們是鐵素體/珠光體鋼和鐵素體/針狀鐵素體鋼。針狀鐵素體也被定義為由晶內(nèi)形核產(chǎn)生的低碳貝氏體[2]。X80管線鋼的組織應(yīng)由針狀鐵素體+少量等軸鐵素體+少量MA組元構(gòu)成，MA組元是高碳馬氏體和殘余奧氏體的混合。如圖1，X80的金相顯微組織為針狀鐵素體加少量彌散分布的M-A島狀組織，組織均勻，晶粒細小，晶粒組織評定為12級，帶狀組織1.0級，完全滿足X80金相組織評定的技術(shù)條件。

圖1 a：邊部顯微組織；b：1/4處顯微組織；c：心部顯微組織

2.2 力學(xué)性能

X80管線鋼拉伸性能、夏比沖擊試驗V型缺口和DWTT取樣都是沿板卷30°方向。具體性能見表2。

屈服強度在570～690MPa之間，抗拉強度在670MPa～720MPa之間，管線鋼的屈強比是鋼管抵抗破裂的重要參數(shù)，它表示了材料從屈服到最后斷裂過程中的變形能力[3]。西氣東輸二線管道工程用熱軋板卷技術(shù)條件中屈強比要求≤0.92，根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，本鋼開發(fā)的X80管線鋼的屈強比下限為0.82，上限為0.90，全部符合要求。

3 Ф1219mm×18.4mmX80管線鋼SSAW制管

遼陽石油鋼管廠用本鋼X80制造的螺旋埋弧焊制管，規(guī)格Ф1219mm×18.4mm，取3個約2.5m長的螺旋縫埋弧焊管管段，來自其原料板卷的頭、中、尾部，送中國石油天然氣集團公司西安管材研究所進行試驗。

母材屈服強度為562MPa～655MPa，抗拉強度為702MPa～738MPa，屈強比為0.77～0.89， DWTT試驗結(jié)果，在-10℃和-20℃試驗溫度下，管體母材橫向斷口的剪切面積SA都為99%，管體縱向斷口的剪切面積SA都為100%；夏比沖擊功在-10℃和-20℃都大于270J，剪切面積SA均為100%，表明該螺旋埋弧焊管具有較高的強度和韌性，較高的抗撕裂能力。

4 結(jié)論

本鋼研制的X80管線鋼具有合適的成分設(shè)計，具有低的含碳量，通過Nb-V-Ti微合金化控制組織，采用TMCP技術(shù)獲得了高強度、高韌性、良好的抗撕裂能力和較好的焊接性能的X80管線鋼。

組織為針狀鐵素體加少量彌散分布的M-A島狀組織，具有管線鋼兩種基本組織之一的鐵素體/針狀鐵素體鋼的基本特征。

用本鋼研制的X80熱軋板卷制造的Ф1219mm×18.4mm螺旋埋弧焊管，各項性能指標(biāo)完全滿足中石油西氣東輸二線管道工程用X80埋弧焊管的技術(shù)條件。

參考文獻

[1]A.Massip and L.Meyer.Grobblech und Warmband aus bainitischen Stahlen mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt.Stahl und Eisen 98（1978），989-996

[2] Douglas G.Stalheim.The use of High Temperature Processing（HTP） Steel for High Strength Oil and Gas Transmission Pipeline Applications.Chinese Society for Metals Fifth International Conference On HSLA Steels 2005，Hainan，China，November 2005

[3]霍春勇，馬秋榮，袁彭斌，等.西氣東輸管線鋼技術(shù)調(diào)劑關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)研究。西氣東輸管道與鋼管應(yīng)用基礎(chǔ)級技術(shù)研究論文集，北京：石油工業(yè)出版社，2004，11

作者簡介

徐勇（1979-），男，遼寧省沈陽市人，現(xiàn)職稱：工程師，學(xué)歷：碩士，研究方向：石油天然氣管道用鋼。