本鋼X80管線鋼的開發與應用

摘 要：本鋼新建2300熱連軋機組是目前世界上規模最大、軋制能力最強的熱連軋機組，本鋼通過合理設計的X80合金成分，采用TMCP技術生產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螺旋埋弧焊管技術條件。

關鍵詞：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設施建設工程之一，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。本文結合本鋼2300mm軋機，對合金設計和TMCP工藝中的相變做了詳細的研究。

1 X80管線鋼化學成分設計

X80級別鋼是從X65和X70的化學成分及管線鋼生產中積累的經驗發展過來的，X80管線鋼的化學成分設計以低C-Mn-Nb微合金化為基礎，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性能

2.1 組織

管線鋼的合金設計發展的最終結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API標準管線鋼商業化生產的基礎，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形核產生的低碳貝氏體[2]。X80管線鋼的組織應由針狀鐵素體+少量等軸鐵素體+少量MA組元構成，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，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條件中屈強比要求≤0.92，根據此標準，本鋼開發的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 結論

本鋼研制的X80管線鋼具有合適的成分設計，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調劑關鍵技術指標研究。西氣東輸管道與鋼管應用基礎級技術研究論文集，北京：石油工業出版社，2004，11

作者簡介

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