管线钢成分及标准.docx

一、 管线钢概述１、简介管线规定含碳量较低，而靠提高锰含量,添加铌、钛、钒、钼等微量元素来保证其强度对于管线钢,除了规定强度、塑性指标外，对于韧性指标的规定是它的一种突出特点,涉及了钢板的冲击功、冲击转变温度和焊接热影响区与焊接金属的韧性指标此外，尚有应变时效、可焊性、应力腐蚀等指标规定2、管线钢类型管线钢可分为高寒、高硫地区和海底铺设三类从油气输送管的发展趋势、管线铺设条件、重要失效形式和失效因素综合评价看，不仅规定管线钢有良好的力学性能（厚壁、高强度、高韧性、耐磨性),还应具有大口径、可焊接性、耐寒冷低温性、耐腐蚀性（CO２）、抗海水和HIC、SＳＣC性能等这些工作环境恶劣的管线,线路长，又不易维护,对质量规定都很严格二、技术规定1、性能规定现代管线钢属于低碳或超低碳的微合金化钢，是高技术含量和高附加值的产品，管线钢生产几乎应用了冶金领域近２0近年来的一切工艺技术新成就目前管线工程的发展趋势是大管径、高压输送、高冷和腐蚀的服役环境、海底管线的厚壁化，因此目前对管线钢的性能规定重要有如下几方面:(1) 高强度管线钢的强度指标重要有抗拉强度和屈服强度；在规定高强度的同步，对管线钢的屈强比（屈服强度与抗拉强度）也提出了规定,一般规定在0.85-0．93的范畴内。

2)高冲击韧性管线钢规定材料应具有足够高的冲击韧性(起裂、止裂韧性)对于母材，当材料的韧性值满足止裂规定期,其韧性一般也能满足避免起裂的规定3）低的韧脆转变温度严酷地区、气候条件规定管线钢应具有足够低的韧脆转变温度DWTT（落锤扯破实验)的剪切面积已经成为避免管道脆性破坏的重要控制指标一般规范规定在最低运营温度下试样断口剪切面积≥极8５％4）优良的抗氢致开裂(HIＣ)和抗硫化物应力腐蚀开裂(ＳSCC)性能５)良好的焊接性能钢材良好的焊接性对保证管道的整体性和焊接质量至关重要管线钢的发展最明显的特性之一就是不断减少钢中的C含量,随着C含量的减少,钢的焊接性得到明显的改善添加微量钛Ti,可克制焊接影响区韧性的下降,达到改善焊接性能的目的这其中难点和重点是高韧性随着石油、天然气输送的不断发展,对石油管线钢性能的规定不断提高,特别是对韧性规定的提高这些性能的提高就规定把钢材中杂质元素Ｃ、S、P、O、Ｎ、H含量降到很低的水平高强度、高韧性是通过控冷技术得到金相组织来保证的，同步应减少钢中碳的含量和尽量清除钢中的非金属夹杂物，提高钢的纯净度输送酸性介质时管线钢要抗氢脆，规定H含量低于0.００02%;对于钢中的夹杂物，最大D不不小于１00μｍ，并规定控制氧化物形状,消除条形硫化物夹杂的影响。

2、多种元素在管线钢中的作用与控制高档管线钢各成分的作用及其控制为满足管线钢高强度、高韧性、良好的焊接性能及抗HIC、SCC性能的规定，除了采用合理的冶金技术以外,还要严格控制管线钢的成分1）管线钢中碳的作用与控制碳是增长钢的强度的有效元素,但是它对钢的韧性、塑性和焊接性有负面影响减少碳含量可以改善脆性转变温度和焊接性极地管线和海洋管线对低温韧性、断裂抗力以及延性和成形性的需要,规定更低的含碳量对于微合金化钢，低的碳含量可以提高抗ＨIC的能力和热塑性，按照API原则规定,管线钢中的碳一般为0．02５%一０.12%,并趋向于向低碳方向或超低碳方向发展在综合考虑管线钢抗HIＣ性能、野外可焊性和晶界脆化时,最佳C应控制在0.0１%一０.0５%之间２)管线钢中锰的作用与控制为保证管线钢中低的含碳量，一般是以锰代碳,Ｍn的加入引起固溶强化,用锰来提高其强度锰在提高强度的同步,还可以提高钢的韧性但如果锰含量过高对管线钢的焊接性能导致不利影响，有也许导致在管线钢铸坯内发生锰的偏析，且随着碳含量的增长,这种缺陷会更明显因此,根据板厚和强度,管线钢中锰的加入量一般是１．１%-2．0％ （3）管线钢中硫的作用与控制硫是管线钢中影响抗HIＣ能力和抗ＳSＣ能力的重要元素。

随着硫含量的增长，HＩC敏感性明显增长;只有当Ｓ<0.0012％时，ＨIＣ明显减少值得注意的是硫易与锰结合生成ＭnＳ夹杂物，当MnS夹杂变成粒状夹杂物时,随着钢强度的增长，单纯减少硫含量不能避免HＩC如X65级管线钢，当硫含量降到２0ｐpm时，其裂纹长度比仍高达３０%以上硫还影响管线钢的冲击韧性,硫含量升高冲击韧性值急剧下降管线钢中硫的控制一般是在炉外精炼时采用喷粉、真空、加热造渣、喂丝、吹气搅拌进行,实践中常常是几种手段综合使用此外,条状硫化物是产生氢致裂纹的必要条件,对钢水进行钙解决将其变化为球形，可减少其危害4)管线钢中磷的作用与控制由于磷在管线钢中是一种易偏析元素,在偏析区其淬硬性约为碳的二倍由二倍磷含量与碳当量(2Ｐ+Cｅq)对管线钢硬度的影响可知：随着2P+Ｃｅq的增长,含碳0．１2～0．2２%的管线钢的硬度呈线性增长;而含碳0.02~0．0３％的管线钢，当２P+Ceq不小于0．6%时,管线钢硬度的增长趋势明显减缓磷还会恶化焊接性能，对于严格规定焊接性能的管线钢,应将磷限制在0．04%如下磷能明显减少钢的低温冲击韧性,提高钢的脆性转变温度，使钢管发生冷脆并且低温环境用的高档管线钢,当磷含量不小于0.０15%时,磷的偏析也会急剧增长。

对于高质量的管线钢应严格控制钢中的磷含量越低越好一般采用铁水预解决清除鳞在炼钢整个过程中均可脱磷，如铁水预解决、转炉以及炉外精炼,但最后脱磷都是采用炉外精炼来完毕5）管线钢中氢的作用与控制 管线钢中氢的质量分数越高，HIC产生的几率越大,腐蚀率越高,平均裂纹长度增长越明显，自真空解决技术浮现后来，钢中氢已可稳定控制在0.０002％　如下钢中氢是导致白点和发裂的重要因素管线钢中的氢含量越高,HIC产生的几率越大，腐蚀率越高，平均裂纹长度增长越明显运用转炉CO气泡沸腾脱氢和炉外精炼脱气过程可较好地控制钢中的氢含量采用RＨ、DH或吹氩搅拌等均可控制[Ｈ]≤１.5pｐm此外,要避免炼钢的其他阶段增氢采用钢包和中间包预热烘烤可以有效减少钢水的吸氢量连铸过程中，在钢包和中间包系统中对保护套管加热和同一保护套管的反复使用可明显减少钢液的吸氢量6)管线钢中氧的作用与控制钢中氧含量过高，氧化物夹杂以及宏观夹杂增长,严重影响管线钢的干净度钢中氧化物夹杂是管线钢产生HIC和SSCC的本源之一,对钢的多种性能都起着有害的作用，特别是当夹杂物直径不小于５0μｍ后,严重恶化钢的多种性能为了避免钢中浮现直径不小于5０μｍ(1０-６ m)的氧化物夹杂，减少氧化物夹杂数量,一般控制钢中氧含量不不小于０.０015％。

采用炉外精炼可获得较低的氧含量,国外许多厂家经炉外精炼解决后成品钢中Ｔ[Ｏ］最低可达5ppm（１0-6 %)的水平此外,由于耐火材料供氧，钢水在运送和浇注过程中应尽量减少二次氧化通过改善以及选择良好的中间包覆盖渣和连铸保护渣，获得较好的效果目前工业上已能生产杂质含量不不小于0.0１％的高纯钢，估计到2１世纪中叶有也许生产出杂质含量只有百万分之几的高纯钢７)管线钢中铜的作用与控制加入适量的铜，可以明显改善管线钢抗HIC的能力随着铜含量的增长,可以更有效地避免氢原子渗入钢中，平均裂纹长度明显减少当铜含量超过０．２％时,能在钢的表面形成致密保护层，ＨＩC会明显减少，钢板的平均腐蚀率明显下降，平均裂纹长度几乎接近于零但是,对于耐CO₂腐蚀的管线钢，添加Cｕ会增长腐蚀速度当钢中不添加Cr时，添加0.5％Ｃｕ会使腐蚀速度提高2倍而添加0.５％Cｒ后来，Cu不不小于0．2%时,腐蚀速度基本不受影响,当Cｕ达到０．５%时,腐蚀速度明显加快8)管线钢中其他元素的作用与控制化学成分中的碳和铌是控制钢板的强度、韧性、可焊性和焊接热影响区裂纹敏感性及对氢诱裂纹和应力腐蚀裂纹敏感性的重要因素微合金元素Ｎb、V、Ｔｉ、Mo在管线钢中的作用与这些元素的碳化物、氮化物和碳氮化物的溶解和析出行为有关。

管线钢除了以上三种普遍使用的合金元素外，还应根据钢的性能规定加入其他少量合金元素，例如B、Ｍo、Ni、Ｃr、Cｕ等铌是管线钢中不可缺少的微合金元素，能改善低温韧性AＰＩ原则中规定的管线钢铌含量下限为０．０0５%，然而实际在钢中的控制水平都在0.03～0.05%之间,为原则中的下限值的6～10倍钒有较高的沉淀强化和较弱的细化晶粒作用，一般在管线钢设计中不单独使用钒管线钢中加入微量的钒，可以通过增长沉淀硬化效果来提高钢板的强度国外实物钢板中的含钒量多数控制在0.０5~０.１0%之间，为APＩ原则中的下限值的2.5～５.０倍钛与钢中的Ｃ、Ｎ等形成化合物，为了减少钢中固溶氮含量,一般采用微钛解决,使钢中的氮被钛固定钢中加入微量的钛,可以通过提高提高钢板强度和韧性的目的,特别是对提高焊接热影响区的韧性具有独特的奉献钼也是管线钢中重要的合金元素之一,随着钼含量的升高，抗拉强度升高钢中钼有助于针状组织的发展,随着钢中钼的质量分数增长，针状铁素体的含量增长,因而能在极低的碳含量下得到很高的强度钢中加入钙、锆、稀土金属,可以变化硫化物和氧化物的成分,使其塑性减少采用这种措施，可以使钢板的各向异性大大减轻，使横向夏比冲击功增长一倍，达到或接近纵向夏比冲击功数值。

为了使钢板各向异性达到最小，稀土与硫的比例控制在2.0左右最为合适9)管线钢中夹杂物的作用与控制在大多数状况下，HIＣ(氢诱裂纹)都来源于夹杂物，钢中的塑性夹杂物和脆性夹杂物是产生HIC的重要本源分析表白，HIC端口表面有延伸的MnS和Aｌ2O3点链状夹杂,而SSCC（硫化物应力腐蚀开裂)的形成与HIＣ的形成密切有关因此，为了提高抗ＨIC和抗ＳＳCC能力,必须尽量减少钢中的夹杂物、精确控制夹杂物形态钙解决可以较好地控制钢中夹杂物的形态，从而改善管线钢的抗HIC和SSCC能力当钢中含硫0.0０2~0.０05%时,随着Ｃa／S的增长,钢的ＨIC敏感性下降但是，当Cａ/S达到一定值时，形成ＣaS夹杂物,HIC会明显增长因此，对于低硫钢来说,Ca/S应控制在一种极其狭窄的范畴内,否则，钢的抗HＩC能力明显削弱。