HFW系列管線管的力學性能控制技術

劉怡婷

上海市特種設備監督檢驗技術研究院（上海 200062）

國際油氣行業對管線鋼管的應用擴展以及對其低成本的關注，促進了輸送用管線管的發展和研發。其中，高頻電阻焊（HFW）管線管由于力學性能優、尺寸精度高、生產效率高、經濟性好等優點，得到了較好的發展。

HFW管線管通常采用熱軋鋼卷為原料進行加工生產，鋼卷彎曲變形成鋼管。由于存在加工硬化和包辛格效應等的交互作用，不同鋼級及不同厚徑比的HFW管線管制管后，鋼管力學性能較鋼卷有所不同。因此，掌握不同鋼級及不同厚徑比的HFW管線管的力學性能變化規律，進而得到鋼卷的力學性能要求及鋼卷生產工藝，才能生產出符合標準及用戶要求的HFW管線管。另外，如果材質選用及強度選用不合適，會造成鋼管失效，對人員、環境等的損害極大，造成的損失無法估量。因此，必須研究清楚鋼卷、鋼管的力學性能變化，從而提供可安全服役的HFW管線。

某鋼廠HFW610機組配置了世界上較先進的無損探傷設備、高頻焊接設備、焊縫熱處理設備，是目前世界上裝備最先進的中口徑直縫焊管機組之一，具有從煉鋼、鋼卷熱軋及HFW制管全流程生產能力及一貫制控制技術，具備常規鋼級B～X70鋼級管線管的批量供貨能力。

本研究考察了該鋼廠B，X42，X46及X52管線鋼級從鋼卷到鋼管的力學性能變化，形成了HFW焊管生產的力學性能控制技術。

1 HFW制管過程中板管性能分析

該鋼廠HFW焊管成型機組（如圖1所示）采用德國西馬克梅爾（SMS Meer）公司的制造設備及先進的排輥成型技術，具體組成包括夾送輥、彎邊輥、粗成型輥、線成型輥段、精成型機架、擠壓機架及熱處理后的定徑輥，可以實現對鋼卷變形過程的良好控制[1]。

圖1 某鋼廠HFW焊管成型機組

結合該鋼廠HFW機組的生產工藝技術，選取了A，B，C，D4種材質的管線鋼進行了卷、管性能跟蹤，并對力學性能隨厚徑比的變化進行了分析。考慮到鐵素體+珠光體組織管線鋼的抗拉強度一般不隨厚徑比變化等，僅對其制管前后的屈服強度差隨厚徑比的變化規律進行了比對分析，其相關性結果如圖2所示。

圖2 A,B,C,D材質制管前后板管屈服強度差隨厚徑比的變化規律

4種材質的屈服強度分別平均為341，366，379及448 MPa，強度由低到高；低厚徑比時，制管后的屈服強度較鋼卷的屈服強度下降較明顯，隨著厚徑比的增大，制管后的屈服強度較鋼卷的屈服強度上升較明顯；4種材質的屈服強度變化與厚徑比呈現一定的差異性，板、管性能0差異點的厚徑比值分別為2.56，2.92，2.54及3.29。

以上4種材質呈現出的不同強度，為匹配B，X42，X46及X52管線鋼級及不同厚徑比奠定了數據基礎。

2 不同鋼級和不同厚徑比的HFW管線管和材質匹配

在不同材質管線鋼制管后的平均屈服強度基礎上，參考不同鋼級的強度余量（不同鋼級有強度重疊）及經濟性，建立了B，X42，X46及X52鋼級和如上4種材質的匹配關系，具體如表1所示。

表1 不同鋼級強度的標準要求

同時，在不同材質管線鋼制管前后屈服強度差隨不同厚徑比變化規律的基礎上，分別找出不同材質管線鋼制管前后性能趨于相同的厚徑比值，將其作為基點，劃分出不同厚徑比范圍，建立了鋼卷的屈服強度控制目標，如表2所示。

通過表1，表2的建立，確定了B，X42，X46及X52鋼級和4種材質管線的匹配關系，并確定了不同鋼級對鋼卷屈服強度及抗拉強度的控制要求，為后續鋼卷熱軋工藝的確定及優化奠定了基礎。

表2 不同鋼級及不同厚徑比的鋼卷屈服強度控制目標值

3 鋼卷熱軋工藝的優化控制

基于表1及表2的數據，結合該鋼廠從煉鋼、熱軋到制管的一貫制管理方式，并在前期基礎上，選取了其中一條熱軋產線對4種材質熱軋工藝進行了優化，以達到不同材質、不同鋼級、不同厚徑比的最優匹配，具體見表3。由表3可知，B，X42，X46及X52鋼級及其對應的4種材質在板坯再加熱時的出爐溫度均為1 190℃；對鋼卷性能起關鍵作用的終軋溫度和卷曲溫度隨著厚徑比的不同略有差別。該做法的目的是獲得最佳鋼卷性能，從而獲得最佳鋼管性能（該鋼廠內控對HFW制管后的鋼卷性能指標優于標準及客戶要求，一般按要求的中值進行控制）。

表3 不同材質、不同鋼級、不同厚徑比的鋼卷軋制工藝

改進熱軋工藝后的性能如表4所示，和表1的要求相比，滿足標準要求。

表4 改進后的鋼管性能MPa

4 取得的效果

依照本研究得到的設計技術，該鋼廠進行HFW焊管產品設計時，可以方便地選擇對應的原材料制造方案。經過生產過程驗證，該設計技術可滿足不同項目對管線管性能的控制要求，尤其在有特定技術要求的管線管項目中具有優勢。

5 結語

通過分析B，X42，X46及X52鋼級HFW管線制管過程的力學性能變化，結合管線管工程的個性化技術要求，建立了B，X42，X46及X52鋼級和不同材質的對應關系，得到了不同材質鋼卷強度的上下限，優化了某熱軋機組的工藝控制要求，從而形成了不同規格、不同強度等級HFW管線管的力學性能控制技術，保障了HFW管線管產品的性能。