X90管線管國產化質量分析

劉騰躍，李小波

（中國石油技術開發公司管道分公司，北京，100028）

X90管線管國產化質量分析

劉騰躍，李小波

（中國石油技術開發公司管道分公司，北京，100028）

為了提高國產化試制的X90管線管的質量，以X90螺旋埋弧焊管為研究對象，從鋼管的成分、組織、力學性能等方面，總結了X90管線管國產化試制中存在的問題，分析了管線管質量控制要點。國產化試制鋼管存在的問題表明，P含量偏高是造成沖擊性能不合格的主要原因；卷板生產時實際溫度較高，中層流冷卻速度較慢，組織中未出現板條貝氏體區，是造成X90管線管強度和韌性較低的主要原因。分析認為，加強對管線鋼P、Mn、CEpcm、Nb+V+Ti等的控制，調整優化管線鋼軋制工藝，能夠有效改善X90管線管的整體質量。

焊管；X90管線鋼；化學成分；熱處理參數

Abstract:In order to improve the quality of trial-manufactured X90 line pipe for localization,taking X90 SAWH pipe as research object,the problems existed in X90 line pipe localization trial-manufacture were summarized from steel pipe chemical composition,metallographic structure,mechanical properties,and the quality control key points were analyzed.The problems existing in localization trial-manufacture indicated that high content P caused unqualified impact performance;in actual production,the coiling temperature is higher,the middle laminar flow cooling rate is slow,and no lath bainite area appear in final obtained structure,it is the main reason for the lower strength and toughness.The analysis results considered that strengthening control of P,Mn,CEpcm,Nb+V+Ti,adjusting and optimizing rolling process of pipeline steel can effectively improve the whole quality of X90 line pipe.

Key words:welded pipe；X90 pipeline steel;chemical composition;heat treatment parameters

隨著石油天然氣需求的日益旺盛，單條輸送管道的設計輸送量大幅度提高，從原來的320億m3/a增長到現在的 460億m3/a。近 20年，管線管輸送壓力從最初0.25 MPa提升至14 MPa[1-2]。 據相關統計資料[3-4]表明，鋼管每提高一個鋼級，管線管建設成本可以縮減7%。因此為了降低管線建設成本，并且滿足日益增長的油氣需求，高性能管線管的開發和研究顯得尤為重要。目前，國內已先后有11家企業參與了X90管線管的試制工作，且已初步具備大規模生產條件。本研究主要針對國內各生產廠試制的X90管線管的化學分析、力學性能、金相組織等幾個方面進行詳細分析，統計出X90管線管國產化的質量控制情況，同時提出X90管線管生產中的質量控制要點。

1 X90管線管生產工藝

X90管線管的生產工藝和X80管線管基本一致，其生產工藝為：上料→鋼板超聲波探傷→銑邊→鋼板端部剪切及焊接→邊緣修正→螺旋成型→焊接→焊縫超聲波探傷→X射線探傷→鋼管擴徑→水壓試驗→焊縫超聲波探傷→X射線探傷→管端拍片→平頭倒棱→稱重測長→噴標→發運。為了使X90管線管的性能滿足相關標準要求，對重點制管工藝進行質量控制顯得尤為重要。

2 X90管線管質量控制

X90管線管典型生產工藝分為螺旋埋弧焊和直縫埋弧焊兩種，而按照X90管線管國產化各生產廠家實際生產情況來看，兩種性能差別較小。因此，本研究主要選取5個國內生產廠家試制的X90螺旋埋弧焊管進行分析。

2.1 化學成分控制

對200組國產化X90螺旋埋弧焊管化學成分的檢測數據進行統計分析，結果見表1。

從表1可以看出，國產化X90螺旋埋弧焊管化學成分控制均滿足技術要求，并且對于C、Si、S、Cr、Mo等元素的控制明顯好于P、Mn、CEpcm、 Nb+V+Ti等元素。 C、 Si、 S、 Cr、 Mo等元素控制在中值附近，并且標準差控制的相當??；P、Mn、CEpcm、Nb+V+Ti等質量分數最大值都接近或達到技術要求上限，并且標準差也較大。從元素含量控制來看，整體控制較好，但還應加強對P、Mn、CEpcm、Nb+V+Ti等的控制。

表1 X90螺旋埋弧焊管化學成分統計分析

2.2 力學性能控制

2.2.1 拉伸性能控制

對200組國產化X90螺旋埋弧焊管管體拉伸試驗結果進行統計分析，統計結果見表2。

從表2可以看出，屈服強度和抗拉強度的范圍均超出了標準要求（實測過程中屈服強度有4個數值超標，不合格率為2%；抗拉強度有2個數值超標，不合格率為1%）屈服強度和抗拉強度標準差也很大，屈服強度平均值控制在中值附近，抗拉強度平均值控制在偏下限位置。延伸率控制較好，均滿足要求。不合格品經金相分析，組織中未出現板條貝氏體區或者比例很低，因此建議調整板材熱處理參數。

表2 X90螺旋埋弧焊管拉伸試驗統計結果分析

2.2.2 沖擊性能控制

對200組國產化X90螺旋埋弧焊管-10℃下沖擊試驗結果進行統計分析，沖擊試樣規格10 mm×10 mm×55 mm，統計結果見表3。

由表3可以看出，母材橫向、焊縫橫向、熱影響區橫向均有不符合標準要求的數值出現（實測過程中，母材橫向不符合5項，不合格率2.5%；焊縫橫向和熱影響區橫向不符合項各1項，不合格率0.5%），平均值均遠高于技術要求，但標準差偏差較大。

從統計數據可以看出，沖擊功從高到低排列順序為：母材橫向＞熱影響區橫向＞焊縫橫向。對韌性不合格管進行化學分析和金相分析，結果發現這些試樣的P含量普遍較高，且接近上限值。另外，組織中未出現板條貝氏體區或者比例很低。因此，建議從管線鋼P含量和熱處理工藝入手加強對韌性的控制。

表3 X90螺旋埋弧焊管-10℃沖擊試驗結果

2.2.3 硬度性能控制

對200組國產化X90螺旋埋弧焊管硬度試驗檢測結果進行統計分析，結果見表4。

從表4可以看出，X90螺旋埋弧焊管母材、焊縫、熱影響區的硬度值均符合技術要求，母材硬度值偏上限，焊縫、熱影響區硬度值情況良好。另外，X90螺旋埋弧焊管母材的硬度平均值為263.70HV10，焊縫硬度平均值為240.80HV10，熱影響區硬度平均值為228.45HV10，熱影響區硬度值分別比母材和焊縫低35HV10和12HV10，這主要是存在一定的熱軟化作用[5]。

表4 X90螺旋埋弧焊管硬度檢測結果

2.3 金相組織控制

對X90螺旋埋弧焊管管體、焊縫等區域進行了金相試驗，各部位金相照片如圖1所示。管體非金屬夾雜物A類、B類、C類、D類均符合技術要求，管體組織為B粒+PF，帶狀組織0.5級，晶粒度12.0級，焊縫組織為IAF+B粒+PF，熔合區為B粒，細晶區為PF+M/A。X90螺旋埋弧焊管體、焊縫等區域的軟化主要發生在熱影響區，應該從合金成分的調整和焊接熱輸入等方面進行解決。

圖1 X90螺旋埋弧焊管各部位金相照片

3 X90管線管試制問題及分析

3.1 化學成分問題

從化學成分分析可以得到，C、Si、S、Cr、Mo等元素的控制明顯好于 P、Mn、CEpcm、Nb+V+Ti等的控制。 C、 Si、 S、Cr、Mo等元素控制在中值附近，并且標準差控制相當小。而P、Mn、CEpcm、Nb+V+Ti等質量分數最大值都接近或達到上限，且標準差也較大。而通過查詢國外X90管線管專利技術可以看出，國外各主要制造廠，如日本住友金屬、韓國POSCO等公司管線鋼化學成分盡量降低合金元素，而增加主要元素的含量，化學成分控制較為精確，X90管線鋼應該借鑒國外的先進經驗和技術。另外，試制時P含量偏高，容易造成偏析，并且對韌性有很大的破壞作用，應該是沖擊性能不合格的主要原因，所以應該特別加強對P的控制。

3.2 力學性能不合格問題

在X90螺旋埋弧焊管試制過程中，拉伸性能、沖擊性能出現了不同程度的不合格，影響了產品的成材率和批量生產。經過實際分析發現，管線鋼生產過程中卷曲溫度較高，而中層流冷卻速度很慢，造成板條貝氏體區未經歷，因此，最終獲得的組織中未出現板條貝氏體區，從而造成管線管強度和韌性不同程度的出現偏低。所以，應局部修正熱處理工藝，建議將工藝修改為超快速終冷溫度720℃，超快冷卻階段冷速28℃/s；在層冷前段10組水全開，而在層流段時，減少冷卻水組數，并增加冷卻水量；控制層終冷溫度為450℃，冷卻速度≥12℃/s，這樣可以提高板條貝氏體比例。

4 結 論

（1）通過對國產化生產的X90螺旋埋弧焊管化學成分、力學性能、金相組織等方面的質量控制分析，可以看出金相組織良好，但化學成分、力學性能控制尚存在不合格品，應加強對化學成分、力學性能的質量控制。

（2）從化學成分問題和力學性能不合格問題兩個方面剖析了X90管線管國產化試制存在的問題，并提出了相應的解決措施。

[1]李鶴林.天然氣輸送鋼管研究與應用中的幾個熱點問題[J].中國機械工程，2001，12（13）：349-352.

[2]李鶴林,吉玲康,謝麗華.中國石油鋼管的發展前景展望[J].河北科技大學學報，2006，27（02）：97-102.

[3]黃志潛,李平全,劉天民,等.石油工業發展對油井管和管線管的要求與對策[J].石油專用管,1998,6（4）：1-10.

[4]劉鳴放，劉勝新.金屬材料力學性能手冊[M].北京：機械工業出版社，2011.

[5]王曉香.當前管線鋼管研發的幾個熱點問題[J].焊管，2014，37（4）：5-12.

[6]張小立，馮耀榮，趙文珍，等.X80高鋼級管線鋼和鋼管組織與力學性能[J].中原工學院學報，2010，21（4）：9-13.

[7]霍春勇.高壓天然氣高強度管線鋼管關鍵技術研究[D].西安：西安交通大學，2005.

[8]李延豐,王慶強,王慶國.X90鋼級螺旋縫埋弧焊管的研制結果及分析[J].鋼管,2010,40（2）：25-28.

[9]束得林.金屬的力學性質[M].北京:機械工業出版社,1987.

[10]哈寬富.金屬力學性質的微觀理論[M].北京：科學出版社，1983.

Quality Analysis of X90 Pipeline Localization

LIU Tengyue,LI Xiaobo
（China Petroleum Technology Development Company Pipeline Branch,Beijing 100028,China）

TE973.1

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.07.011

2017-03-08

修改稿

2017-06-17

編輯：張 歌

劉騰躍（1966—），碩士，高級工程師，現任中國石油技術開發公司管道分公司總經理。