管線鋼

國內擁有70萬t／a口徑在1800mm以內的螺旋焊管的生產能力，近年已建立了口徑在1600mm以內的直縫厚壁焊管的生產線。國內能生產符合API5L標準的管線工程設計要求的管線鋼僅有10多年的歷史，首推寶鋼，還有鞍鋼、武鋼、攀鋼、酒鋼、舞鋼等，穩定生產X60～X70級管線鋼並在國際市場上佔有一定的地位，目前已投進生產的X80級管線鋼質量也達到了國際先進水平，X100級管線鋼已經研製出來，尚未投進批量生產。

2．管線鋼的技術要求現代管線鋼屬於低碳或超低碳的微合金化鋼，是高技術含量和高附加值的產品，管線鋼生產幾乎應用了冶金領域近20多年來的一切工藝技術新成就。目前管線工程的發展趨勢是大管徑、高壓富氣輸送、高冷和腐蝕的服役環境、海底管線的厚壁化。因此現代管線鋼應當具有高強度、低包申格效應、高韌性和抗脆斷、低焊接碳素量和良好焊接性、以及抗HIC和抗H2S腐蝕。優化的生產策略是進步鋼的潔凈度和組織均勻性，C≤0．09％、S≤0．005％、P≤0．01％、O≤0．002％，並採取微合金化，真空脫氣＋CaSi、連鑄過程的輕壓下，多階段的熱機械軋制以及多功能間歇加速冷卻等工藝。目前國內外管線規範中沒有管線用鋼材的韌性指標，僅對管材有具體要求：（1）最低使用溫度下（－5℃）DWTT≥85％SA；（2）最低使用溫度下（－5℃）夏比衝擊吸收功≥145J。當前管線鋼的技術條件普遍採用美國石油協會標準APISpec5L，但是國內具體工程或具體用戶的訂貨技術條件往往較API標準嚴格得多。

管線鋼主要用於加工製造油氣管線。油氣管網是連接資源區和市場區的最便捷、最安全的通道，它的快速建設不僅將緩解我國鐵路運輸的壓力，而且有利於保障油氣市場的安全供給，有利於進步我國的能源安全保障程度和能力。

同石油一樣，我國也將從境外的俄羅斯、中亞國家進口自然氣，並通過東南沿海港口進口液化自然氣（LNG）。為了把這些自然氣輸送到主要的消費區域，建設輸送管線是必不可少的。目前“西氣東輸”項目已經建成，今後還將建設的主要管線有陝京二期、中俄自然氣管線（東線、西線）、以及中亞或俄羅斯至上海自然氣管線，終極與“西氣東輸”管線形成“兩橫、兩縱”的自然氣幹線。目前，原油、自然氣管網已經具有相當規模，成品油輸送管道相對較少，目前僅佔全部輸送量的40％，將來計劃修建3萬km，管徑在Ф500mm左右，壁厚在10mm以下，以X65為主。未來10年，我國將建設5萬km的油氣管道，均勻每年需要展設近5000km，每年自然氣管道需要鋼材近400萬t。隨著管道輸送壓力的不斷進步，油氣輸送鋼管也相應迅速向高鋼級方向發展。在國際發達國家，20世紀60年代一般採用X52鋼級，70年代普遍採用X60～X65鋼級，近年來以X70為主，而國內城市管網以X52、X65為主。目前國內主幹線輸氣管最大壓力為10MPa，最大直徑能夠達到Ф1016～1219mm，以X65、X70應用為主，X80也有應用，但用量未幾。隨著國內輸氣管的延長和要求壓力的進步，X70、X80將成為主流管線鋼。2．管線管的生產情況目前，我國油氣輸送所使用的管線管主要由石油自然氣團體公司的6個焊管廠生產，它們是寶雞石油鋼管廠、貴陽石油鋼管廠、華北石油鋼管廠，遼陽石油鋼管廠，沙市石油鋼管廠，勝利石油鋼管廠等，總設計生產能力約為120萬t左右。生產的油氣管以螺旋焊管和高頻直縫焊管為主，而管徑大、管壁厚的直縫埋弧焊管的生產在我國時間較短。2000年，我國第一條大口徑直縫埋弧焊管生產線在番禺珠江鋼管公司建成，此生產線從澳大利亞引進，可生產厚壁大口徑長輸管線鋼管，鋼管外徑457～1800mm，特殊規格可達3000mm，壁厚4．5～37mm，特殊規格還可增厚，單管最長可達12m。但生產這種焊管所需管線用寬厚鋼板目前基本還需依靠進口。近日，日本住友金屬和住友商事又與中國石油自然氣團體公司(CNPC)下屬的寶雞鋼管廠合作生產石油自然氣用中徑焊接鋼管，主要生產油氣輸送管線的支線用焊管，產量可由目前的5萬t進步到2～3年後的12萬t。1)管線管的生產工藝焊接鋼管按工藝區分主要有電阻焊(ERW)、螺旋埋弧焊(SSAW)和直縫埋弧焊(LSAW)三種工藝。這三種工藝生產的焊管，因其原料、成型工藝、口徑大小以及質量的不盡相同，在應用領域裡各有定位。（a）直縫電阻焊管(ERW)電阻焊管是我國最早生產、應用範圍最廣、生產機組最多(2000餘家)、產量最高(占焊管總產能的80％左右)的鋼管品種，產品規格為Ф20～610mm，在國民經濟建設中發揮了重要作用。ERW219－610mm機組自20世紀80年代以來，約有30餘套是從國外引進的較先進技術。經過多年生產實踐，裝備技術水平又有較大進步，產品質量也在不斷改善。因其投資少，見效快，應用範圍廣而發展迅猛。隨著板材CSP生產工藝的發展，為其提供了低本錢、質量可靠的原料，並為其今後進一步發展創造了良好的條件。這部分產品已由流體輸送、結構領域向無縫管應用領域的油井管、管線管發展。其典型生產工藝流程應為：板帶原料→原料預處理→冷彎成型→焊接→焊縫熱處理→焊縫(管體)探傷→精整→成品焊管。（b）螺旋埋弧焊管(SSAW)螺旋埋弧焊管設備投資較少，因採用價格較低的窄帶(板)卷連續焊接生產大口徑(Ф1016～2400mm)焊管，生產工藝簡單、運行用度低，具有低本錢運行上風。目前，我國油氣輸送螺旋焊管已形成了以石油系統所屬鋼管廠為主的基本格式。採用低殘餘應力成型和管端機械擴徑等先進技術，經過嚴格質量控制的螺旋焊管在質量上可與直縫焊管相媲美，我國西氣東輸等油氣長輸管道工程中獲得了廣泛應用，是我國油氣長輸管道工程採用的主要管型。其目前的產能已經能夠滿足我國油氣長輸管道工程建設的需要，並已大量出口。（c）直縫埋弧焊管(LSAW)直縫埋弧焊在我國事較晚發展起來的先進位管技術，過往主要採用UOE技術製造。近年來漸進式JCOE在我國和全世界逐漸成為另一種新的主流技術。直縫埋弧焊管質量可靠，廣泛應用於油氣高壓輸送主幹線上。該焊管機組由於投資相對較大，使用的原材料為本錢較高的單張寬厚板，工藝較複雜，生產效率低，產品本錢較高。由於我國高壓油氣輸送管線每年需要大中口徑焊管100萬t左右，主要採用螺旋焊管，直縫埋弧焊管將作為螺旋焊管的補充，主要應用於螺旋焊管機組不能生產的大壁厚鋼管(17．5mm以上)和彎管用母管，其用量受到一定限制。2)我國生產油氣用鋼管具有實力的生產廠家：(a)華油鋼管有限公司（原華北石油鋼管廠）是華北石油治理局與中國（香港）石油有限公司合資興建的大型鋼管製造企業，公司現有5條螺旋鋼管生產線，並在揚州建有分公司，可生產Ф219～2200mm系列螺旋鋼管和Ф168～508mmERW直縫焊管，鋼管長度：最長12．2m，產品標準：ISO3183－3、APISpec5L、GB9711等，年生產能力30萬t。目前X42～X80級的都可以批量生產。(b)寶雞石油鋼管有限責任公司(簡稱“BSG”)。其前身為寶雞石油鋼管廠，是我國第一個生產螺旋縫埋弧焊管的廠家，是中國石油自然氣團體公司所屬的集制管、防腐和套管加工於一體的國家大型一類企業，是我國管道建設核心骨幹企業，也是我國焊接鋼管的生產工藝研究、試驗檢測和科技情報中心，現擁有六條螺旋縫埋弧焊接鋼管生產線，年生產能力為焊接鋼管62萬t（其中，石油套管10萬t），可生產直徑為219～2400mm、壁厚為5．0～20．6mm、材質X42～X80、符合APISpec．5L、GB／T9711等相關標準。BSG擁有一條年生產能力為20萬t直縫電阻焊接鋼管生產線和一條石油套管、接箍加工生產線，擁有三條鋼管外防腐生產線和一條鋼管內塗層生產線，鋼管防腐年生產能力為630m2，可對鋼管進行環氧粉末(FBE)，兩層聚乙烯(2PE)，三層聚乙烯(3PE)和三層聚丙烯(3PP)外防腐和環氧樹脂內防腐。產品廣泛應用於石油、自然氣、水、煤氣、礦漿等流體長間隔輸送和油井套管。

1．管線管使用的板材生產工藝管線管使用的板材60～70年代主要採用鞍鋼等廠家生產的A3、16Mn，隨著管道管徑增大和輸送壓力的進步，鋼板強度不能滿足需求。80年代以後各石油焊管廠開始使用按美國API標準生產的管線鋼板，由於當時國內管線板生產廠技術不成熟，主要採用進口板。進進90年代以後，國內管線板生產發展很快，寶鋼、武鋼、鞍鋼、本鋼、攀鋼等企業相繼開發生產了高鋼級的X系列管線鋼。目前在國內管線鋼的生產工藝主要有：常規半連續熱連軋、CSP連鑄連軋、中厚板機組、爐卷機組。1）半連續軋機：包括1機架爐卷軋機及5機架精軋機。在半連續軋機上，鋼帶在精軋道次所經歷的熱軋從鋼帶的一端到另一端實質上是恆定的。在精軋機上道次間的時間通常少於3s。2）CSP連鑄連軋：在CSP生產線上對含有鈮、釩、鈦複合微合金化的低碳錳鋼，採用合適的控軋控冷和卷取工藝，可以保證鋼的力學性能和顯微組織符合現代X60管線鋼的技術要求，符合現代管線鋼發展趨勢。我國CSP連鑄連軋生產線目前已開發到了X60管線鋼，而美國及國外其它CSP生產廠已經開發和生產了高牌號管線鋼X60、X65乃至X70。其工藝特點是連鑄薄板坯存在中心偏析，消除連鑄薄板坯中心偏析是進一步進步管線鋼質量的關鍵技術題目。3）中厚板機組：主要生產寬厚板，用於直縫埋弧焊管的生產，直縫埋弧焊管質量可靠，廣泛應用於油氣高壓輸送主幹線上。4）爐卷軋機：爐卷軋機包括一架往複式粗軋機及一架4輥往複精軋機。在精軋機兩邊的輸送線上安裝了兩台熱卷軋機。輸出輥道通常包括一套層流冷卻系統和一個卷取站。在爐卷軋機上，鋼帶整個長度上的熱機械歷史明顯變化，尤其是在微合金化鋼生產中，將強烈影響精軋機上產生的再結晶程度、晶粒長大及析出，並且導致整個帶鋼長度上終極顯微組織和性能的劇烈變化。其工藝特點是投資本錢相對低。目前國外在爐卷生產線上已生產出X70、X80級管線鋼，主要生產廠家為IPSCO，該廠具有超過35年操縱爐卷軋機的經驗，近年來已對550MPa級Ⅱ類的1219mm直徑及12．0mm壁厚管線鋼進行了產業生產。我國管線鋼的生產產量和生產企業基本情況隨著國內冶金技術裝備水平的進步，我國能生產管線鋼板卷的企業逐漸增多，但是能夠生產X70及以上級別的鋼廠僅有寶鋼、武鋼、鞍鋼、舞鋼、南鋼、太鋼等。另外，寶鋼與武鋼、南鋼、鞍鋼和舞陽鋼鐵公司也已試製了X80熱軋鋼板，並在巨龍鋼管公司試製了直縫埋弧焊管(JCOE)。近兩年來，南鋼加大了對管線鋼的研究開發，X100級別的鋼板正在研製中，鞍鋼X100級別的鋼板已通過有關單位的驗收。1）近幾年我國國內管線鋼生產產量情況。目前國內管線鋼的生產主要是靠熱軋機組生產，爐卷機組的生產在增加，中板機組生產較少。2）目前國內主要管線鋼生產企業基本情況寶鋼：近年寶鋼管線鋼開發生產發展很快，無論是數目還是品種質量，在國內市場都佔盡對上風。1997年寶鋼生產管線鋼22萬t，佔國內消費的88％；1998年產量為26．5萬t，國內市場佔有率為83％；1999寶鋼生產管線鋼18萬t，國內市場佔有率為65％。2000年寶鋼管線鋼產銷大幅增長，全年銷售量達到了35．5萬t。寶鋼經過十多年管線鋼的開發和生產，已較好地把握了高強度高韌性管線鋼板卷的微合金化成分設計、冶金工藝控制、生產質量保證等關鍵技術。通過不斷的優化、調整，已逐漸形成寶鋼X52、X65、X70系列管線鋼的成分、工藝體系和生產質量控制技術，實現了產品的更新換代。產品滿足了國內外市場需求，質量穩定，先後在我國西氣東輸工程、印度輸油管線、土耳其輸氣管線等一系列國內外重大長輸管線工程中得到成功的應用。2001年8月～2002年5月，寶鋼已為西氣東輸管線工程提供了15萬t14．6mm厚的針狀鐵素體X70管線鋼板卷，用其製造的Ф1016mm×14．6mm焊管已應用於西氣東輸管線工程。寶鋼2005年8月開始為國內自行設計、製造、施工的廣東番禺～惠州自然氣開發項目展設的26．2km海底管線提供了7萬t的管線鋼。這是寶鋼參與海底管線建設的第一個項目。廣東番禺～惠州自然氣開發項目為國家重點工程，是目前國內海底水域最深、間隔最長的輸氣管線，該項目設計自然氣年產量約16億立方米，海底管線總長度約364km。寶鋼5000mm寬厚板項目從冶鍊、精鍊、連鑄到軋機的設備裝備達到世界先進水平，已於2005年建成，其中管線鋼產品的鋼級為X80（預留X100），最大厚度為40mm，最大寬度為4500mm。武鋼：是國內第二大管線鋼生產企業。近幾年，武鋼將管線鋼作為企業的重點發展品種，其在國內的市場份額進步很快。1997年武鋼管線鋼的產量僅為2800t，市場佔有率只有1％，但1999年武鋼生產的管線鋼就上升到了6．3萬t，僅在西部市場上就取得了11條管線工程的供貨權，在國內市場佔有率進步到了23％左右。武鋼在管線鋼品種質量上也取得了很大的進展。武鋼生產的高韌性管線鋼已達到德國、日本主要鋼廠的同類鋼材的實物水平。2000年武鋼管線鋼開發生產量達16萬多噸。在澀寧蘭管線、北京～永清管線、伊朗管線、伊拉克管線及大慶石油油井套管等多項大工程中中標。同時，厚板X65H和高性能管線鋼X70的試製也取得成功，用戶試用后表明，其性能指標完全滿足了澀寧蘭管線、大慶油井注水管線工程技術要求。2004年武鋼管線鋼的研製開發取得重大突破，順利實現了17．5mm厚X70高性能管線鋼大批量穩定供貨。連續承接了蘇丹管線、中哈管線、陝京管線、沿江管線、雙蘭管線、冀寧管線等10餘條管線的供貨權，全年合同量達70餘萬t，居國內首位。隨後又積極開展15．3mm和17．5mm高強度、高韌性的X80熱軋厚板卷的研試工作，並順利通過中國石油自然氣團體公司鑒定。鑒定委員會專家以為，武鋼開發的X80管線鋼15．3mm厚熱軋卷板可完全滿足X80螺旋焊管制管的要求，已具有批量生產穩定性，能按要求實現批量生產與供貨。鞍鋼：2002年11月，ASP線已為長———呼輸氣管道工程提供了4000多噸X52級管線鋼，目前已開發生產出X70、X80高等級管線鋼板、卷，並可產業化生產。7月7日，在我國新建“川氣出川”大型自然氣管道試驗段展設工程中，鞍鋼獨攬3．2萬t極限規格X70螺旋焊接用管線鋼卷板供貨權。同時，鞍鋼還承攬下1．95萬tX70直縫焊接管線鋼的生產合同。“川氣出川”自然氣管道工程是我國“十一五”重要輸氣工程，工程展設管道全長1937km。目前在國內能夠生產30．4mm厚X70寬厚板並供貨的廠家只有鞍鋼一家。今年7月13日，鞍鋼生產的X100管線鋼寬厚板及用它卷制的直縫焊鋼管順利通過了國內權威科研機構———中石油管材研究所試驗評價。X100管線鋼研製開發成功，使鞍鋼管線鋼鋼級形成了X60、X65、X70、X80和X100的系列化，為角逐國內外高端管線鋼市場增添了一件“利器”。本鋼：在國家組織實施的“振興東北老產業基地高技術產業項目”中，本鋼同中科院金屬所共同申報的“高性能管線鋼生產產業化”通過了專家組的評審，該項目獲得國家1000萬元資金的支持。“高性能管線鋼生產產業化”項目的實施將使本鋼成為國內繼寶鋼、武鋼、鞍鋼之後能生產高附加值、高級別X70管線鋼的鋼鐵企業。本鋼石油管線鋼的開發研製始於80年代末，是國內較早開發石油管線用鋼的鋼鐵企業。歷時十幾年的發展，本鋼先後研製開發了符合石油、自然氣輸送管線用的A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70管線鋼，形成了石油、自然氣輸送管線用鋼的系列化。特別是本鋼通過2002年對鍊鋼、熱軋進行現代化改造后，加快了高性能管線鋼的研製開發力度，先後研製開發了能夠滿足用戶要求的高性能石油管線用鋼X52～X70、石油套管用鋼J55，參與了國家“973”項目“新一代鋼鐵材料的重大基礎研究”中的子課題“高強度管線鋼的產業基礎研究”工作。到目前為止，石油管線鋼X52～X70先後通過中石油管材所、管道局的板卷及鋼管的性能評定，實物質量滿足國家西氣東輸對管線鋼特殊質量的技術要求。其產品已應用於多條輸氣、輸油、成品油管線工程。近兩年，本鋼已累計生產石油管線鋼9萬多噸，產品經華油鋼管有限公司、寶雞石油鋼管廠等多家管廠的生產使用，產品質量完全符適用戶的特殊標準的技術要求，X80管線鋼也將於2006年下半年通過鑒定驗收。邯鋼：2000年就在CSP機組上開發出了厚度為7．9mm的X52、X60管線鋼，並投進了批量生產。馬鋼：於2006年1月到2007年12月，將在CSP生產線開發並貿易化生產鈮微合金化X52～X56管線鋼（由於受到取樣剪的剪切能力限制，馬鋼CSP管線鋼生產最大厚度只能生產到X56級的商用厚度）；馬鋼新區傳統熱軋生產線研發鈮微合金化X70～X80管線鋼。南鋼：於2005年10日28日，在中厚板卷廠成功軋制出厚度8．7mmX60管線鋼、9．5mm鋼卷，目前X70管線鋼也已經開始產業化生產，X80已經開發出來，但生產量不是太多，最大厚度為40mm，最大寬度為3300mm。X100已經列進科研課題，正預備開發。濟鋼：中板廠和中厚板廠於2006年5月份生產了近500tX52級管線鋼板，經檢驗，鋼板的表面質量、外形尺寸、內部質量、組織性能全部滿足了用戶需求，為下一步開發更高級別的管線鋼奠定了堅實的基礎。安鋼：在2006年1月到2007年12月，和鋼鐵研究總院合作，在其爐卷軋機上開發生產X70、X80高等級管線鋼板、卷，目前正處於實驗階段。太鋼：目前太鋼已具備生產X56、X60、X65高等級管線鋼的生產工藝條件，並於2001年9月29日生產的第一批L360管線鋼發到寶雞。經滄淄輸氣項目部監理及寶雞鋼管廠首檢，母材及管材的機械性能等各項指標全部合格。在“滄州一淄博”輸氣管道工程中，太鋼中標L360管線鋼7300餘噸，由寶雞鋼管廠制管。攀鋼：目前已能批量生產從B級到X65級6個大品種的管線鋼。

隨著石油自然氣需求量的不斷增加，管道的輸送壓力和管徑也不斷地增大，以增加其輸送效率。考慮到管道的結構穩定性和安全性，還需增加管壁厚度和進步管材的強度，因此用作這類輸送管的管線鋼都向著厚規格和高強度方向發展。由於自然氣的可壓縮性，因而輸氣管的輸送壓力要較輸油管為高。近年來國外多數輸氣管道的壓力已從早期的4．5～6．4MPa進步到8．0～12MPa，有的管道則達到了14～15．7MPa，從而使輸氣管的鋼級也相應地進步。目前，國外的大口徑輸氣管已普遍採用X70鋼級，X80開始進進小規模的使用階段，X100也研製成功，並著手研製X120。輸送酸性自然氣的管道用鋼目前已能生產到X65鋼級。

21世紀是我國輸氣管建設的高峰時期。“西氣東輸”管線採用大口徑、高壓輸送管的方法。這條管線全長4167km，輸送壓力為10MPa，管徑為1016mm，採用的鋼級為X70、厚度為14．6mm，～20℃的橫向衝擊功為≥120J。這一鋼級、規格、韌性級別目前國內已經生產，並且質量達到國際水平。因此，生產這種規格的高強度、高韌性管線鋼對我國今後採用國產管線鋼生產大口徑、高壓輸氣管具有十分重大的戰略意義。大口徑高壓輸送及採用高鋼級管材是國際管道工程發展的一個重要趨勢：1．國內對管線用鋼的需求以X70級為主，新線目標定位在X80級熱軋寬鋼帶和X100級寬厚板的生產，以適應目前10MPa和近期14MPa以上輸送壓力的設計。2．今後輸送的自然氣不再是經脫水、脫H2S處理的“甜氣”（PH2S≤300Pa），而將是未經處理的“富氣”（PH2S≤300Pa），為此必須進步管線用鋼的抗氫致開裂和抗H2S應力腐蝕的性能。3．國內已具有70萬t以上螺旋焊管的制管能力，但大口徑直縫埋弧焊管的產能和質量還不能滿足工程的需求，繼續部分進口成品管將不可避免。從研發基礎和生產技術的難度而言，具有優質的抗H2S應力腐蝕性能的高強度等級管線用鋼的開發應當列為科技攻關的重中之重。