深海用36.5 mm厚X70钢板及其大口径直缝埋弧焊管的开发

作者:牛爱军;毕宗岳;牛辉;黄晓辉;任毅;李颖; 刊名:机械工程材料 上传者:蓝祥集

【摘要】以低碳高锰铌镍钼系合金为基础进行成分优化设计,辅以两阶段控制轧制+热机械控制工艺,开发出厚36.5 mm的X70钢板,测试了其显微组织和力学性能;采用该钢板试制了规格为?1016 mm×36.5 mm 的直缝埋弧焊管,测试了接头的力学性能和耐腐蚀性能.结果表明:36.5 mm厚 X70钢板的显微组织主要由针状铁素体组成,其强度和低温韧性优异,屈强比不大于0.80;大口径直缝埋弧焊管接头的力学性能均符合DNV-OS-F101-2013的指标要求,管体(母材)屈强比不大于0.82,伸长率不小于60%,均匀延伸率不小于7.0%,钢管母材及焊接接头具有较好的低温韧性,同时也具有良好的抗氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂性能.

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0引言近年来,随着人类对石油需求量的增大和陆地石油产量的日趋萎缩,以及世界上除少数海域以外大部分地区近海油气资源的日趋减少,石油开采转向深海已成为必然趋势[1]。目前,全球已探明的海洋油气储量中80%以上在浅海(水深小于500m),而90%(面积分数)以上的海洋水深集中在200~6000m之间,因而还有大量的深海油气有待探明[2]。目前,深海油气田的勘探开发已成为投资热点,也是未来我国海洋开发最重要的领域之一[3]。管道运输是我国陆上油气运输的主要方式,由于具有快捷、经济、可靠等优点,因此也被广泛用于海上油气输送[4]。海洋环境比陆地环境更复杂,海底管道不仅要承受低温和强腐蚀的作用,还要承受内外压力、弯矩、海流等各种载荷的联合作用[5],因此,海底管道工程建设对管道的强度、韧性、耐腐蚀性能、抗压性能,以及尺寸精度等方面提出了更严格的要求[6-7]。高性能、高钢级、高尺寸精度厚壁管线钢及钢管的开发是深海管道工程建设急需解决的一个重要问题[8]。目前,国外在海底管道工程非酸性环境下应用的管线钢的最高钢级为X70,酸性环境下应用的最高钢级为X65,钢管壁厚最大为41.0mm[9];而我国已建设的海底管道工程中普遍采用X65钢级以下的管线钢,深海用X65/X70管线钢的开发还在进行中。南海荔湾深水管道项目是迄今为止国内挖埋深度最大(水深1500m)、输送压力最高的海底管线项目,该项目采用国产化X65/X70管线钢直缝埋弧焊管,直径为765.2mm,最大壁厚为31.8mm,设计输送压力23.9MPa。由于海底管道工程的安全性要求极高,因此,开发厚壁海底管线用钢板、钢管的难度较大。目前,我国生产的海底管线用X70钢的最大厚度为31.8mm,尚未掌握更厚规格的生产技术,为此,在国家“863”计划“深海高压油气输运高强厚壁管材关键技术研究”课题的支持下,宝鸡钢管公司开展了钢级为X70、壁厚36.5mm、直径1016mm的深海管线用钢管的研究开发。作者主要介绍了该管线钢及其直缝埋弧焊管的化学成分、显微组织、生产工艺与产品性能。136.5mm厚X70钢的开发及性能1.1化学成分高性能管线钢应以超低碳贝氏体或者超低碳针状铁素体为主要组织,这种组织能使钢在具有高强度、高韧性和良好焊接性能的同时具有较高的抗动态撕裂性能[10]。宝鸡钢管公司采用了低碳高锰铌镍钼的合金化设计,添加了微合金化元素铌、钒、钛和合金元素钼、镍、锰、铜、铬等。微合金化的主要目的是提高管线钢的再结晶终止温度、细化晶粒、优化组织,同时微合金元素的碳氮化物在高密度位错及亚结构上的析出会产生明显的析出强化效应[11];低碳(质量分数严格控制在0.05%以下)高锰含量的成分设计使管线钢既能达到所要求的强度,又可降低合金化成本。适量镍、镍、铜和铬的加入,能使轧后管线钢板在一个较宽的冷速范围内获得细小、均匀的针状铁素体组织;铌的添加则可充分发挥其细晶强化和析出强化的作用。此外,还采用了钙处理等纯净化冶炼技术来严格控制硫、磷、氮、氧等元素含量,以改善管线钢的低温韧性、焊接性能和耐酸性腐蚀性能。深海用36.5mm厚X70钢的实际化学成分见表1,冷裂敏感指数(Pcm)值为0.15。表136.5mm厚X70钢的化学成分(质量分数)Tab.1ChemicalcompositionofX70steelof36.5mmthickness(mass)%CSiMnPSNiCrCuNbVTiMoN0.0360.231.540.0100.0010.250.250.0140.060.0050.0140.150.0031.2生产工艺控制高

参考文献

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