X90管線管國(guó)產(chǎn)化質(zhì)量分析

劉騰躍，李小波

（中國(guó)石油技術(shù)開發(fā)公司管道分公司，北京，100028）

X90管線管國(guó)產(chǎn)化質(zhì)量分析

劉騰躍，李小波

（中國(guó)石油技術(shù)開發(fā)公司管道分公司，北京，100028）

為了提高國(guó)產(chǎn)化試制的X90管線管的質(zhì)量，以X90螺旋埋弧焊管為研究對(duì)象，從鋼管的成分、組織、力學(xué)性能等方面，總結(jié)了X90管線管國(guó)產(chǎn)化試制中存在的問(wèn)題，分析了管線管質(zhì)量控制要點(diǎn)。國(guó)產(chǎn)化試制鋼管存在的問(wèn)題表明，P含量偏高是造成沖擊性能不合格的主要原因；卷板生產(chǎn)時(shí)實(shí)際溫度較高，中層流冷卻速度較慢，組織中未出現(xiàn)板條貝氏體區(qū)，是造成X90管線管強(qiáng)度和韌性較低的主要原因。分析認(rèn)為，加強(qiáng)對(duì)管線鋼P(yáng)、Mn、CEpcm、Nb+V+Ti等的控制，調(diào)整優(yōu)化管線鋼軋制工藝，能夠有效改善X90管線管的整體質(zhì)量。

焊管；X90管線鋼；化學(xué)成分；熱處理參數(shù)

Abstract:In order to improve the quality of trial-manufactured X90 line pipe for localization,taking X90 SAWH pipe as research object,the problems existed in X90 line pipe localization trial-manufacture were summarized from steel pipe chemical composition,metallographic structure,mechanical properties,and the quality control key points were analyzed.The problems existing in localization trial-manufacture indicated that high content P caused unqualified impact performance;in actual production,the coiling temperature is higher,the middle laminar flow cooling rate is slow,and no lath bainite area appear in final obtained structure,it is the main reason for the lower strength and toughness.The analysis results considered that strengthening control of P,Mn,CEpcm,Nb+V+Ti,adjusting and optimizing rolling process of pipeline steel can effectively improve the whole quality of X90 line pipe.

Key words:welded pipe；X90 pipeline steel;chemical composition;heat treatment parameters

隨著石油天然氣需求的日益旺盛，單條輸送管道的設(shè)計(jì)輸送量大幅度提高，從原來(lái)的320億m3/a增長(zhǎng)到現(xiàn)在的 460億m3/a。近 20年，管線管輸送壓力從最初0.25 MPa提升至14 MPa[1-2]。 據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料[3-4]表明，鋼管每提高一個(gè)鋼級(jí)，管線管建設(shè)成本可以縮減7%。因此為了降低管線建設(shè)成本，并且滿足日益增長(zhǎng)的油氣需求，高性能管線管的開發(fā)和研究顯得尤為重要。目前，國(guó)內(nèi)已先后有11家企業(yè)參與了X90管線管的試制工作，且已初步具備大規(guī)模生產(chǎn)條件。本研究主要針對(duì)國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠試制的X90管線管的化學(xué)分析、力學(xué)性能、金相組織等幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)分析，統(tǒng)計(jì)出X90管線管國(guó)產(chǎn)化的質(zhì)量控制情況，同時(shí)提出X90管線管生產(chǎn)中的質(zhì)量控制要點(diǎn)。

1 X90管線管生產(chǎn)工藝

X90管線管的生產(chǎn)工藝和X80管線管基本一致，其生產(chǎn)工藝為：上料→鋼板超聲波探傷→銑邊→鋼板端部剪切及焊接→邊緣修正→螺旋成型→焊接→焊縫超聲波探傷→X射線探傷→鋼管擴(kuò)徑→水壓試驗(yàn)→焊縫超聲波探傷→X射線探傷→管端拍片→平頭倒棱→稱重測(cè)長(zhǎng)→噴標(biāo)→發(fā)運(yùn)。為了使X90管線管的性能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)重點(diǎn)制管工藝進(jìn)行質(zhì)量控制顯得尤為重要。

2 X90管線管質(zhì)量控制

X90管線管典型生產(chǎn)工藝分為螺旋埋弧焊和直縫埋弧焊兩種，而按照X90管線管國(guó)產(chǎn)化各生產(chǎn)廠家實(shí)際生產(chǎn)情況來(lái)看，兩種性能差別較小。因此，本研究主要選取5個(gè)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家試制的X90螺旋埋弧焊管進(jìn)行分析。

2.1 化學(xué)成分控制

對(duì)200組國(guó)產(chǎn)化X90螺旋埋弧焊管化學(xué)成分的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，國(guó)產(chǎn)化X90螺旋埋弧焊管化學(xué)成分控制均滿足技術(shù)要求，并且對(duì)于C、Si、S、Cr、Mo等元素的控制明顯好于P、Mn、CEpcm、 Nb+V+Ti等元素。 C、 Si、 S、 Cr、 Mo等元素控制在中值附近，并且標(biāo)準(zhǔn)差控制的相當(dāng)?。籔、Mn、CEpcm、Nb+V+Ti等質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值都接近或達(dá)到技術(shù)要求上限，并且標(biāo)準(zhǔn)差也較大。從元素含量控制來(lái)看，整體控制較好，但還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)P、Mn、CEpcm、Nb+V+Ti等的控制。

表1 X90螺旋埋弧焊管化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)分析

2.2 力學(xué)性能控制

2.2.1 拉伸性能控制

對(duì)200組國(guó)產(chǎn)化X90螺旋埋弧焊管管體拉伸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的范圍均超出了標(biāo)準(zhǔn)要求（實(shí)測(cè)過(guò)程中屈服強(qiáng)度有4個(gè)數(shù)值超標(biāo)，不合格率為2%；抗拉強(qiáng)度有2個(gè)數(shù)值超標(biāo)，不合格率為1%）屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差也很大，屈服強(qiáng)度平均值控制在中值附近，抗拉強(qiáng)度平均值控制在偏下限位置。延伸率控制較好，均滿足要求。不合格品經(jīng)金相分析，組織中未出現(xiàn)板條貝氏體區(qū)或者比例很低，因此建議調(diào)整板材熱處理參數(shù)。

表2 X90螺旋埋弧焊管拉伸試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

2.2.2 沖擊性能控制

對(duì)200組國(guó)產(chǎn)化X90螺旋埋弧焊管-10℃下沖擊試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，沖擊試樣規(guī)格10 mm×10 mm×55 mm，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可以看出，母材橫向、焊縫橫向、熱影響區(qū)橫向均有不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的數(shù)值出現(xiàn)（實(shí)測(cè)過(guò)程中，母材橫向不符合5項(xiàng)，不合格率2.5%；焊縫橫向和熱影響區(qū)橫向不符合項(xiàng)各1項(xiàng)，不合格率0.5%），平均值均遠(yuǎn)高于技術(shù)要求，但標(biāo)準(zhǔn)差偏差較大。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，沖擊功從高到低排列順序?yàn)椋耗覆臋M向＞熱影響區(qū)橫向＞焊縫橫向。對(duì)韌性不合格管進(jìn)行化學(xué)分析和金相分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些試樣的P含量普遍較高，且接近上限值。另外，組織中未出現(xiàn)板條貝氏體區(qū)或者比例很低。因此，建議從管線鋼P(yáng)含量和熱處理工藝入手加強(qiáng)對(duì)韌性的控制。

表3 X90螺旋埋弧焊管-10℃沖擊試驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 硬度性能控制

對(duì)200組國(guó)產(chǎn)化X90螺旋埋弧焊管硬度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可以看出，X90螺旋埋弧焊管母材、焊縫、熱影響區(qū)的硬度值均符合技術(shù)要求，母材硬度值偏上限，焊縫、熱影響區(qū)硬度值情況良好。另外，X90螺旋埋弧焊管母材的硬度平均值為263.70HV10，焊縫硬度平均值為240.80HV10，熱影響區(qū)硬度平均值為228.45HV10，熱影響區(qū)硬度值分別比母材和焊縫低35HV10和12HV10，這主要是存在一定的熱軟化作用[5]。

表4 X90螺旋埋弧焊管硬度檢測(cè)結(jié)果

2.3 金相組織控制

對(duì)X90螺旋埋弧焊管管體、焊縫等區(qū)域進(jìn)行了金相試驗(yàn)，各部位金相照片如圖1所示。管體非金屬夾雜物A類、B類、C類、D類均符合技術(shù)要求，管體組織為B粒+PF，帶狀組織0.5級(jí)，晶粒度12.0級(jí)，焊縫組織為IAF+B粒+PF，熔合區(qū)為B粒，細(xì)晶區(qū)為PF+M/A。X90螺旋埋弧焊管體、焊縫等區(qū)域的軟化主要發(fā)生在熱影響區(qū)，應(yīng)該從合金成分的調(diào)整和焊接熱輸入等方面進(jìn)行解決。

圖1 X90螺旋埋弧焊管各部位金相照片

3 X90管線管試制問(wèn)題及分析

3.1 化學(xué)成分問(wèn)題

從化學(xué)成分分析可以得到，C、Si、S、Cr、Mo等元素的控制明顯好于 P、Mn、CEpcm、Nb+V+Ti等的控制。 C、 Si、 S、Cr、Mo等元素控制在中值附近，并且標(biāo)準(zhǔn)差控制相當(dāng)小。而P、Mn、CEpcm、Nb+V+Ti等質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值都接近或達(dá)到上限，且標(biāo)準(zhǔn)差也較大。而通過(guò)查詢國(guó)外X90管線管專利技術(shù)可以看出，國(guó)外各主要制造廠，如日本住友金屬、韓國(guó)POSCO等公司管線鋼化學(xué)成分盡量降低合金元素，而增加主要元素的含量，化學(xué)成分控制較為精確，X90管線鋼應(yīng)該借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。另外，試制時(shí)P含量偏高，容易造成偏析，并且對(duì)韌性有很大的破壞作用，應(yīng)該是沖擊性能不合格的主要原因，所以應(yīng)該特別加強(qiáng)對(duì)P的控制。

3.2 力學(xué)性能不合格問(wèn)題

在X90螺旋埋弧焊管試制過(guò)程中，拉伸性能、沖擊性能出現(xiàn)了不同程度的不合格，影響了產(chǎn)品的成材率和批量生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)實(shí)際分析發(fā)現(xiàn)，管線鋼生產(chǎn)過(guò)程中卷曲溫度較高，而中層流冷卻速度很慢，造成板條貝氏體區(qū)未經(jīng)歷，因此，最終獲得的組織中未出現(xiàn)板條貝氏體區(qū)，從而造成管線管強(qiáng)度和韌性不同程度的出現(xiàn)偏低。所以，應(yīng)局部修正熱處理工藝，建議將工藝修改為超快速終冷溫度720℃，超快冷卻階段冷速28℃/s；在層冷前段10組水全開，而在層流段時(shí)，減少冷卻水組數(shù)，并增加冷卻水量；控制層終冷溫度為450℃，冷卻速度≥12℃/s，這樣可以提高板條貝氏體比例。

4 結(jié) 論

（1）通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)的X90螺旋埋弧焊管化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織等方面的質(zhì)量控制分析，可以看出金相組織良好，但化學(xué)成分、力學(xué)性能控制尚存在不合格品，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)化學(xué)成分、力學(xué)性能的質(zhì)量控制。

（2）從化學(xué)成分問(wèn)題和力學(xué)性能不合格問(wèn)題兩個(gè)方面剖析了X90管線管國(guó)產(chǎn)化試制存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決措施。

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Quality Analysis of X90 Pipeline Localization

LIU Tengyue,LI Xiaobo
（China Petroleum Technology Development Company Pipeline Branch,Beijing 100028,China）

TE973.1

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.07.011

2017-03-08

修改稿

2017-06-17

編輯：張 歌

劉騰躍（1966—），碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)任中國(guó)石油技術(shù)開發(fā)公司管道分公司總經(jīng)理。