X100管线钢性能要求分析.docx

X100/X120管线钢焊缝性能要求近几年来，随着天然气需求量不断增长，我国石油天然气管道工程也发展迅速，带动了管线钢产量的大幅提高。降低长距离天然气输送管线的建设成本显得越来越重要，使用高钢级、较小直径、中等壁厚的钢管可以降低施工成本，压缩造价，降低材料成本。20世纪90年代中期，我国管线钢年产量仅为30万t，到2009年已提高到700万t，与此同时，从管线钢的品质特性来看，我国已从20世纪80～90年代初期的铁素体-珠光体微合金管线钢发展到目前的针状铁素体管线钢，完成了第一代产品到第二代产品的转变。随着X80强度级别管线钢的批量生产以及X100、X120管线钢的试制成功，我国已具备了X52至X120管线钢的生产能力[1]。0高强度管线钢的研发目前管线钢的应用范围越来越广泛，发展速度越来越快，上世纪70年代出现的控轧、控制冷却的工艺代替了冶金行业传统的热轧、正火工艺，在合金元素的成分设计方面，通过Nb的添加，制造出了X60钢；通过Nb、V的微合金化，生产出了X70钢；而X80钢是采用低碳，Nb、Ti合金化，通过控轧及加速冷却的工艺研制出来的（对于δ≥25㎜的钢板，必须添加Mo）；而X100则是在控制轧制及加速冷却的条件下，通过Mn-Nb-Ti合金化及添加Mo的情况下试制出来的高强高韧性的管线钢[4]。通过微合金化技术和控制轧制与控制冷却技术工艺的发展，使管线钢的性能指标向高强度高韧性方面发展。高强度级别管线钢，一般指X80、X100、X120等。由于随着钢的强度级别的提高，在同样输气量的情况下，管材壁厚可以减小，从而可以节省用钢量。因此，可减少管线建设的投资费用，通常管材费用占管线投资的25%～30%[4]。1 X100/X120管线钢的化学成分、性能和组织1.1X100/X120管线钢的化学成分2006年国内某钢厂研制的X100钢板的主要化学成分[3]，为了便于对比，列出宝钢生产的X120管线钢板的主要化学成分和碳当量。从X100的化学成分上可知，其C含量比较低，Mn、Nb含量相对来说比较高，Mn能阻碍珠光体的形成，可以促进贝氏体的形成。从冶金的实践中可知，当(Mn)=1.80%时，即可获得合适的贝氏体含量。Nb元素不仅在轧制过程中使金属组织细化，而且还可提高强度。此外，还应增加V、Ti、Cu、Ni等微量合金元素，但必须保证Pcm≤0.20%。在低C、低P含量的钢材中，要想获得以下贝氏体为主的贝氏体相，必须对其化学成分进行精心设计。由于下贝氏体同时具有高的位错密度和非常精细的亚结构，这种下贝氏体微观组织可以使材料具有超高强度和足够的韧性。母材合金包括Cu、Ni、C r和Mo、V、Nb、Ti作为微合金化元素。除此之外，B也是一种有效的微合金化元素。要想提高奥氏体的硬度，足够的B元素是必不可少的。它能有效阻碍奥氏体向铁素体的转变，有力地促进了贝氏体组织的形成。为了强化B的微合金化效果，必须降低C含量。由于材料的C含量在一定范围内分散分布，并非定值，最终导致了板材强度水平的不同。要特别指出的是，必须避免B与N和O的结合。当(Mn)≈1.9%，碳当量应该保持在0.50 ~ 0.55%之间，磷化物含量约为0.23%，X120钢基本化学成分如表1所示。表1 X100和宝钢X120钢板的主要化学成分（质量分数%）成分CMnSiPSNb+TiNi+Cr+CuCr+Mo+MnBX1000.062.00.240.0100.0030≤0.1≤1.5≤3.0-0.5600.22X1200.061.900.250.0040.0004≤0.08≤1.5≤3.00.00120.5250.2044版美国石油学会API 5L标准规定，当碳含量小于0. 12%时，常用的公式已经不适用于该管线钢碳当量的计算，而应采用Pcm的计算公式来计算其碳当量：Pcm=C + Si/30 + (Mn +Cu +Cr) /20 +Ni /60 +Mo /15 +V /10 + 5BCeq=C +Mn /6 + (Ni +Cu) /15 + (Cr +Mo +V) /5要保证熔敷金属具有较佳的强韧性匹配，熔敷金属中碳当量须满足Pcm ≥0.17，才能保证熔敷金属具有足够的针状铁素体组织。1.2 X100/X120管线钢的力学性能X100钢的力学性能指标，在API 5L的条文中并没有规定。国外某些厂家所制定的研究目标值是：σb≥808MPa，σm≥680MPa，在-20℃夏比冲击功≥174J，在落锤撕裂试验中，要使剪切面积达到85%，在确定X100的σb指标时，考虑了制管时的包辛格效应的损失值及生产中数据的离散损失值，规定的最小屈服强度为690MPa[4]。目前的管线钢标准尚未对X120钢管的性能做出明确的规定，因此，对X120管线钢性能的主要目标是：σb≥931MPa，σm≥8