管线钢成分及标准.docx

一、 管线钢概述1、简介管线要求含碳量较低，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，除了要求强度、塑性指标外，对于韧性指标的要求是它的一个突出特点，包括了钢板的冲击功、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，还有应变时效、可焊性、应力腐蚀等指标要求。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、主要失效形式和失效原因综合评价看，不仅要求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、耐严寒低温性、耐腐蚀性（CO2）、抗海水和HIC（腐蚀环境下由氢诱导所致的裂纹）、SSCC（低温环境下由硫导致的裂纹）性能等。这些工作环境恶劣的管线，线路长，又不易维护，对质量要求都很严格。二、技术要求1、性能要求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多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要求主要有以下几方面：(1) 高强度。管线钢的强度指标主要有抗拉强度和屈服强度；在要求高强度的同时，对管线钢的屈强比（屈服强度与抗拉强度）也提出了要求，一般要求在0.85-0.93的范围内。（2）高冲击韧性。管线钢要求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要求时，其韧性一般也能满足防止起裂的要求。（3）低的韧脆转变温度。严酷地域、气候条件要求管线钢应具有足够低的韧脆转变温度。DWTT(落锤撕裂试验)的剪切面积已经成为防止管道脆性破坏的主要控制指标。一般规范要求在最低运行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。管线钢的发展最显著的特征之一就是不断降低钢中的C含量，随着C含量的降低，钢的焊接性得到明显的改善。添加微量钛Ti，可抑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要求不断提高，尤其是对韧性要求的提高。这些性能的提高就要求把钢材中杂质元素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，同时应降低钢中碳的含量和尽可能去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，要求H含量低于0.0002%；对于钢中的夹杂物，最大D小于100m，并要求控制氧化物形状，消除条形硫化物夹杂的影响。2、各种元素在管线钢中的作用与控制高级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性能的要求，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加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。降低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，要求更低的含碳量。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标准规定，管线钢中的碳通常为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，通常是以锰代碳，Mn的加入引起固溶强化，用锰来提高其强度。锰在提高强度的同时，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造成不利影响，有可能导致在管线钢铸坯内发生锰的偏析，且随着碳含量的增加，这种缺陷会更显著。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能力的主要元素。随着硫含量的增加，HIC敏感性显著增加；只有当S0.0012时，HIC明显降低。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，随着钢强度的增加，单纯降低硫含量不能防止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。管线钢中硫的控制通常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，对钢水进行钙处理将其改变为球形，可降低其危害。（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的增加，含碳0.120.22%的管线钢的硬度呈线性增加；而含碳0.020.03%的管线钢，当2P+Ceq大于0.6%时，管线钢硬度的增加趋势明显减缓。磷还会恶化焊接性能，对于严格要求焊接性能的管线钢，应将磷限制在0.04%以下。磷能显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的脆性转变温度，使钢管发生冷脆。而且低温环境用的高级管线钢，当磷含量大于0.015%时，磷的偏析也会急剧增加。对于高质量的管线钢应严格控制钢中的磷含量越低越好。通常采用铁水预处理去除鳞。在炼钢整个过程中均可脱磷，如铁水预处理、转炉以及炉外精炼，但最终脱磷都是采用炉外精炼来完成。（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，平均裂纹长度增加越显著，自真空处理技术出现以后，钢中氢已可稳定控制在0.0002 以下。钢中氢是导致白点和发裂的主要原因。管线钢中的氢含量越高，HIC产生的几率越大，腐蚀率越高，平均裂纹长度增加越显著。利用转炉CO气泡沸腾脱氢和炉外精炼脱气过程可很好地控制钢中的氢含量。采用RH、DH或吹氩搅拌等均可控制H1.5ppm。另外，要防止炼钢的其它阶段增氢。采用钢包和中间包预热烘烤可以有效降低钢水的吸氢量。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降低钢液的吸氢量。（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加，严重影响管线钢的洁净度。钢中氧化物夹杂是管线钢产生HIC和SSCC的根源之一，对钢的各种性能都起着有害的作用，尤其是当夹杂物直径大于50m后，严重恶化钢的各种性能。为了防止钢中出现直径大于50m（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处理后成品钢中TO最低可达5ppm（10-6 %）的水平。另外，由于耐火材料供氧，钢水在运输和浇注过程中应尽量减少二次氧化。通过改进以及选择良好的中间包覆盖渣和连铸保护渣，取得较好的效果。目前工业上已能生产杂质含量小于0.01的高纯钢，预计到21世纪中叶有可能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，可以显著改善管线钢抗HIC的能力。随着铜含量的增加，可以更有效地防止氢原子渗入钢中，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会显著降低，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CO腐蚀的管线钢，添加Cu会增加腐蚀速度。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以后，Cu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）管线钢中其它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主要因素。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，还应根据钢的性能要求加入其它少量合金元素，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标准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0.030.05%之间，为标准中的下限值的610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，可以通过增加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0.050.10%之间，为API标准中的下限值的2.55.0倍。钛与钢中的C、N等形成化合物，为了降低钢中固溶氮含量，通常采用微钛处理，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，尤其是对提高焊接热影响区的韧性具有独特的贡献。钼也是管线钢中主要的合金元素之一，随着钼含量的升高，抗拉强度升高。钢中钼有利于针状组织的发展，随着钢中钼的质量分数增加，针状铁素体的含量增加，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，可以改变硫化物和氧化物的成分，使其塑性降低。采用这种方法，可以使钢板的各向异性大大减轻，使横向夏比冲击功增加一倍，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情况下，HIC(氢诱裂纹)都起源于夹杂物，钢中的塑性夹杂物和脆性夹杂物是产生HIC的主要根源。分析表明，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的形成密切相关。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。钙处理可以很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0.0020.005%时，随着Ca/S的增加，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会显著增加。因此，对于低硫钢来说，Ca/S应控制在一个极其狭窄的范围内，否则，钢的抗HIC能力明显减弱。 管线钢一、 管线钢的概述1、 概念管线钢：主要用于石油、天然气的输送。管线用钢：制造石油天然气集输和长输管或煤炭、建材浆体输送管等用的中厚板和带卷称为管线用钢（LPS）。 石油钢的强度一般要求达到600700MPa；钢中O、S、P、N、C总含量不大于0.0092%；钢中脆性Al2O3夹杂和条状Mn夹杂为痕迹状态。 管线钢主要用于加工制造油气管线。油气管网是连接资源区和市场区的最便捷、最安全的通道，它的快速建设不仅将缓解铁路运输的压力，而且有利于保障油气市场的安全供给，有利于提高能源安全保障程度和能力。 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、管线服役条件、主要失效形式和失效原因综合评价看，不仅要求管线钢有良好的力学性能，还应具有耐负温性、耐腐蚀性、抗海水和HSSCC性能等。这些工作环境恶劣的管线，线路长，又不易维护，对质量要求都很严格。3、管线管的生产工艺 目前在国内管线钢的生产工艺主要有：常规半连续热连轧、CSP连铸连轧、中厚板机组、炉卷机组。 （1）半连续轧机：包括1机架炉卷轧机及5机架精轧机。在半连续轧机上，钢带在精轧道次所经历的热轧从钢带的一端到另一端实质上是恒定的。在精轧机上道次间的时间通常少于3s。 （2）CSP连铸连轧：在CSP生产线上对含有铌、钒、钛复合微合金化的低碳锰钢，采用合适的控轧控冷和卷取工艺，可以保证钢的力学性能和显微组织符合现代X60管线钢的技术要求，符合现代管线钢发展趋势。我国CSP连铸连轧生产线目前已开发到了X60管线钢，而美国及国外其它CSP生产厂已经开发和生产了高牌号管线钢X60、X65乃至X70。 其工艺特点是连铸薄板坯存在中心偏析，消除连铸薄板坯中心偏析是进一步进步管线钢质量的关键技术题目。 （3）中厚板机组：主要生产宽厚板，用于直缝埋弧焊管的生产，直缝埋弧焊管质量可靠，广泛应用于油气高压输送主干线上。 （4）炉卷轧机：炉卷轧机包括一架往复式粗轧机及一架4辊往复精轧机。在精轧机两边的输送线上安装了两台热卷轧机。输出辊道通常包括一套层流冷却系统和一个卷取站。在炉卷轧机上，钢带整个长度上的热机械历史明显变化，尤其是在微合金化钢生产中，将强烈影响精轧机上产生的再结晶程度、晶粒长大及析出，并且导致整个带钢长度上终极显微组织和性能的剧烈变化。其工艺特点是投资本钱相对低。 目前国外在炉卷生产线上已生产出X70、X80级管线钢，主要生产厂家为IPSCO，该厂具有超过35年操纵炉卷轧机的经验，近年来已对550MPa级类的1219mm直径及12.0mm壁厚管线钢进行了产业生产。焊接钢管按工艺区分主要有电阻焊(ERW)、螺旋埋弧焊(SSAW)和直缝埋弧焊(LSAW)三种工艺。这三种工艺生产的焊管，因其原料、成型工艺、口径大小以及质量的不尽相同，在应用领域里各有定位。 （a）直缝电阻焊管(ERW) 电阻焊管是我国最早生产、应用范围最广、生产机组最多(2000余家)、产量最高(占焊管总产能的80左右)的钢管品种，产品规格为20610mm，在国民经济建设中发挥了重要作用。ERW219610mm机组自20世纪80年代以来，约有30余套是从国外引进的较先进技术。经过多年生产实践，装备技术水平又有较大进步，产品质量也在不断改善。因其投资少，见效快，应用范围广而发展迅猛。随着板材CSP生产工艺的发展，为其提供了低本钱、质量可靠的原料，并为其今后进一步发展创造了良好的条件。这部分产品已由流体输送、结构领域向无缝管应用领域的油井管、管线管发展。其典型生产工艺流程应为：板带原料原料预处理冷弯成型焊接焊缝热处理焊缝(管体)探伤精整成品焊管。 （b）螺旋埋弧焊管(SSAW) 螺旋埋弧焊管设备投资较少，因采用价格较低的窄带(板)卷连续焊接生产大口径(10162400mm)焊管，生产工艺简单、运行用度低，具有低本钱运行上风。目前，我国油气输送螺旋焊管已形成了以石油系统所属钢管厂为主的基本格式。采用低残余应力成型和管端机械扩径等先进技术，经过严格质量控制的螺旋焊管在质量上可与直缝焊管相媲美，我国西气东输等油气长输管道工程中获得了广泛应用，是我国油气长输管道工程采用的主要管型。其目前的产能已经能够满足我国油气长输管道工程建设的需要，并已大量出口。 （c）直缝埋弧焊管(LSAW) 直缝埋弧焊在我国事较晚发展起来的先进制管技术，过往主要采用UOE技术制造。近年来渐进式JCOE在我国和全世界逐渐成为另一种新的主流技术。直缝埋弧焊管质量可靠，广泛应用于油气高压输送主干线上。该焊管机组由于投资相对较大，使用的原材料为本钱较高的单张宽厚板，工艺较复杂，生产效率低，产品本钱较高。 由于我国高压油气输送管线每年需要大中口径焊管100万t左右，主要采用螺旋焊管，直缝埋弧焊管将作为螺旋焊管的补充，主要应用于螺旋焊管机组不能生产的大壁厚钢管(17.5mm以上)和弯管用母管，其用量受到一定限制目前，我国油气输送所使用的管线管主要由石油自然气团体公司的6个焊管厂生产，它们是宝鸡石油钢管厂、贵阳石油钢管厂、华北石油钢管厂，辽阳石油钢管厂，沙市石油钢管厂，胜利石油钢管厂等，总设计生产能力约为120万t左右。生产的油气管以螺旋焊管和高频直缝焊管为主，而管径大、管壁厚的直缝埋弧焊管的生产在我国时间较短。2000年，我国第一条大口径直缝埋弧焊管生产线在番禺珠江钢管公司建成，此生产线从澳大利亚引进，可生产厚壁大口径长输管线钢管，钢管外径4571800mm，特殊规格可达3000mm，壁厚4.537mm，特殊规格还可增厚，单管最长可达12m。但生产这种焊管所需管线用宽厚钢板目前基本还需依靠进口。近日，日本住友金属和住友商事又与中国石油自然气团体公司(CNPC)下属的宝鸡钢管厂合作生产石油自然气用中径焊接钢管，主要生产油气输送管线的支线用焊管，产量可由目前的5万t进步到23年后的12万t。 5、管线钢的发展趋势油气管道特别是天然气管道发展的一个重要趋势是采用大口径、高地、压富气输送、高寒和腐蚀服役环境、海底管道厚壁化及选用高级别管材。考虑到管道的结构稳定性和安全性，还需增加管壁厚度和进步管材的强度，因此用作这类输送管的管线钢都向着厚规格和高强度方向发展。采用高压输送和高强度管材，可大幅度节约管道建设成本。目前，输气管道的设计和运行压力已达20MPa，有些管道甚至考虑采用更高的压力。随着管道输送压力的不断提高。管线钢管也迅速向高钢级发展。因此对钢材质量要求也日益苛刻，在成分和组织上要求钢材向着“超高纯、超均质、超细化”方向发展。由于自然气的可压缩性，因而输气管的输送压力要较输油管为高。近年来国外多数输气管道的压力已从早期的4.56.4MPa进步到8.012MPa，有的管道则达到了1415.7MPa，从而使输气管的钢级也相应地进步。目前，国外的大口径输气管已普遍采用X70钢级，X80开始进进小规模的使用阶段，X100也研制成功，并着手研制X120。21世纪是我国输气管建设的高峰时期。“西气东输”管线采用大口径、高压输送管的方法。这条管线全长4167km，输送压力为10MPa，管径为1016mm，采用的钢级为X70、厚度为14.6mm，20的横向冲击功为120J。这一钢级、规格、韧性级别目前国内已经生产，并且质量达到国际水平。因此，生产这种规格的高强度、高韧性管线钢对我国今后采用国产管线钢生产大口径、高压输气管具有十分重大的战略意义。 大口径高压输送及采用高钢级管材是国际管道工程发展的一个重要趋势： （1）国内对管线用钢的需求以X70级为主，新线目标定位在X80级热轧宽钢带和X100级宽厚板的生产，以适应目前10MPa和近期14MPa以上输送压力的设计。 （2）今后输送的自然气不再是经脱水、脱H2S处理的“甜气”，而将是未经处理的“富气”（PH2S300Pa），为此必须进步管线用钢的抗氢致开裂和抗H2S应力腐蚀的性能。 （3）国内已具有70万t以上螺旋焊管的制管能力，但大口径直缝埋弧焊管的产能和质量还不能满足工程的需求，继续部分进口成品管将不可避免。从研发基础和生产技术的难度而言，具有优质的抗H2S应力腐蚀性能的高强度等级管线用钢的开发应当列为科技攻关的重中之重。二、 技术要求1、性能要求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多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、高压富气输送、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要求主要有以下几方面：(1)高强度。管线钢的强度指标主要有抗拉强度和屈服强度。在要求高强度的同时，对管线钢的屈强比（屈服强度与抗拉强度）也提出了要求，一般要求在0.85-0.93的范围内。（2）高冲击韧性。管线钢要求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要求时，其韧性一般也能满足防止起裂的要求。（3）低的韧脆转变温度。严酷地地域、气候条件要求管线钢应具有足够低的韧脆转变温度。DWTT的剪切面积已经成为防止管道脆性破坏的主要控制指标。一般规范要求在最低运行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野外焊接质量至关重要。近代管线钢的发展最显著的特征之一就是不断降低钢中的C含量，随着C含量的降低，钢的焊接性得到明显的改善。添加微量钛，可抑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要求不断提高，尤其是对韧性要求的提高。这些性能的提高就要求把钢材中杂质元素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贝氏体、铁素体组织来保证的，同时应降低钢中碳的含量和尽可能去除钢中的非金属夹杂物，提高钢的纯净度。其中要求C含量不高于0.09%、S含量低于0.005%、P含量低于0.01%、O含量不高于0.002%；输送酸性介质时管线钢要抗氢脆，要求H含量低于0.0002%；对于钢中的夹杂物，最大D小于100m，并要求控制氧化物形状，消除条形硫化物夹杂的影响。对于优质管线钢，夹杂物含量应达到下表水平：优质管线钢中有害元素含量的要求炼钢应用高强度厚壁管低温管传输腐蚀气体管纯净度S0.005%S0.001%P0.010%P0.005%H1.510%N4010%钙处理Ca=0.001%0.0035%低碳钢C0.10%C0.005%夹杂控制中心偏析控制化学成分精度调整注：必不可少的；必要的；理想的2、各种元素在管线钢中的作用与控制高级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性能的要求，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加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。降低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，要求更低的含碳量。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标准规定，管线钢中的碳通常为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。为保证管线钢中低的含碳量，通常是以锰代碳，Mn的加入引起固溶强化，用锰来提高其强度。锰在提高强度的同时，还可以推迟铁素体_珠光体的转变，提高钢的韧性，降低贝氏体的转变温度。但如果锰含量过高对管线钢的焊接性能造成不利影响，有可能导致在管线钢铸坯内发生锰的偏析，且随着碳含量的增加，这种缺陷会更显著。因此，根据板厚和强度的不同萼求，管线钢中锰的加入量一般是1.1-2.0。（2）管线钢中锰的作用与控制锰可弥补管线钢因含碳量降低而损失的屈服强度硫是管线钢中影响抗HIC能力和抗SSC能力的主要元素。锰可弥补管线钢因含碳量降低而损失的屈服强度。另外锰还能降低钢的-的相变温度，而使晶粒细化，并改变相变后的微观组织。锰对管线钢有固溶强化、细晶强化和相变强化作用。锰在提高强度的同时，还可以提高钢的韧性，降低钢的韧脆转变温度。另外 ，锰含量对于管线钢抗HIC性能也有影响。主要分为三种情况：含C 0.050.15的热轧管线钢，当Mn为1.0时，HIC敏感性会突然增加；对于经过淬火和回火的管线钢，当Mn达到1.6时，Mn对钢的抗HIC能力没有明显影响；在偏析区，C低于0.02时，由于钢硬度降到低于300Hv，此时即使钢中锰含量超过2.10,仍具有良好的抗HIC能力。（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能力的主要元素。随着硫含量的增加，HIC敏感性显著增加；只有当S0.0012时，HIC明显降低。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，随着钢强度的增加，单纯降低硫含量不能防止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。管线钢中硫的控制通常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(尤其是沿晶界分布的)硫化物是产生氢致裂纹的必要条件，对钢水进行钙处理将其改变为球形，可降低其危害。（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的增加，含碳0.120.22%的管线钢的硬度呈线性增加；而含碳0.020.03%的管线钢，当2P+Ceq大于0.6%时，管线钢硬度的增加趋势明显减缓。磷还会恶化焊接性能，对于严格要求焊接性能的管线钢，应将磷限制在0.04%以下。磷能显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的脆性转变温度，使钢管发生冷脆。而且低温环境用的高级管线钢，当磷含量大于0.015%时，磷的偏析也会急剧增加。对于高质量的管线钢应严格控制钢中的磷含量越低越好。通常采用铁水预处理去除鳞。在炼钢整个过程中均可脱磷，如铁水预处理、转炉以及炉外精炼，但最终脱磷都是采用炉外精炼来完成。名古屋厂采用RH-PB脱磷将P降到10ppm。鹿岛制铁所采用LF分段工艺进行精炼，脱磷终了时P10ppm，成品中P15ppm。（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，平均裂纹长度增加越显著，自真空处理技术出现以后，钢中氢已可稳定控制在0.0002 以下。钢中氢是导致白点和发裂的主要原因。管线钢中的氢含量越高，HIC产生的几率越大，腐蚀率越高，平均裂纹长度增加越显著。利用转炉CO气泡沸腾脱氢和炉外精炼脱气过程可很好地控制钢中的氢含量。采用RH、DH或吹氩搅拌等均可控制H1.5ppm。新日铁名古屋厂采用RH处理后，H为1.5ppm。日本鹿岛制铁所使用RH脱氢处理，氩气流量为3.0Nm/min时，成品中H为1.1ppm左右。另外，要防止炼钢的其它阶段增氢。采用钢包和中间包预热烘烤可以有效降低钢水的吸氢量。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降低钢液的吸氢量。（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加，严重影响管线钢的洁净度。钢中氧化物夹杂是管线钢产生HIC和SSCC的根源之一，对钢的各种性能都起着有害的作用，尤其是当夹杂物直径大于50m后，严重恶化钢的各种性能。为了防止钢中出现直径大于50m的氧化物夹杂，减少氧化物夹杂数量，一般控制钢中氧含量小于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处理后成品钢中TO最低可达5ppm的水平。另外，由于耐火材料供氧，钢水在运输和浇注过程中应尽量减少二次氧化。通过改进中间包挡墙和坝结构以及选择良好的中间包覆盖渣和连铸保护渣，取得较好的效果。目前工业上已能生产杂质含量小于0.01的高纯钢，估计到21世纪中叶有可能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，可以显著改善管线钢抗HIC的能力。随着铜含量的增加，可以更有效地防止氢原子渗入钢中，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会显著降低，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CO腐蚀的管线钢，添加Cu会增加腐蚀速度。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以后，Cu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）管线钢中其它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主要因素。微合金元素Nb、V、Ti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，也即与钢中这些第二相所谓的“溶度积” 有关管线钢推荐成分管线钢除了以上三种普遍使用的合金元素外，还应根据钢的性能要求加入其它少量合金元素，例如B、Mo、Ni、Cr、Cu等。管线钢中的微合金元素有Nb、V、Ti等强氮化物形成元素。其作用之一是在控轧过程中阻止奥氏体晶粒长大；另一作用是在轧制时延迟奥氏体的再结晶。钛可以产生中等程度的晶粒细化及强烈的沉淀强化作用铌是管线钢中不可缺少的微合金元素，铌可以产生非常显著的晶粒细化及中等程度的沉淀强化作用，并能改善低温韧性。铌由于在板坯加热过程中固溶于奥氏体中，在轧制变形过程具有抑制奥氏体再结晶和细化奥氏体晶粒的作用，其碳氮化物在轧制后的冷却过程中沉淀析出，对钢板具有析出强化作用。API标准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0.030.05%之间，为标准中的下限值的610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。在连续冷却转变过程中，铌的加入增大了过冷奥氏体的稳定性，相变点温度降低，并且推迟珠光体的转变。管线钢中加入微量的钒，可以通过增加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0.050.10%之间，为API标准中的下限值的2.55.0倍。钛与钢中的c、N等形成化合物，为了降低钢中固溶氮含量，通常采用微钛处理，使钢中的氮被钛固定，同时，TiN可有效阻止奥氏体晶粒在加热过程中的长大。钒的溶解度较低，对奥氏体晶粒长大及阻止再结晶的作用较弱，主要是通过铁素体中C、N化合物的析出对强化起作用。钢中加入微量的钛，可以通过提高钢的晶粒粗化温度来促进晶粒细化，达到提高钢板强度和韧性的目的，尤其是对提高焊接热影响区的韧性具有独特的贡献。钼也是管线钢中主要的合金元素之一，随着钼含量的升高，抗拉强度升高。钢中钼有利于针状组织的发展，随着钢中钼的质量分数增加，针状铁素体的含量增加，因而能在极低的碳含量下得到很高的强度。在连续冷却转变过程中，钼元素的加入使相变点的温度降低，在相同的冷却条件下更容易发生贝氏体转变，并使其CCT曲线向右移。钢中加入钙、锆、稀土金属，可以改变硫化物和氧化物的成分，使其塑性降低，造成夹杂物在轧制过程中保持球状而不至于延伸成带状或片状。采用这种方法，可以使钢板的各向异性大大减轻，使横向夏比冲击功增 加一倍，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情况下，HIC都起源于夹杂物，钢中的塑性夹杂物和脆性夹杂物是产生HIC的主要根源。分析表明，HIC端口表面有延伸的MnS和Al2O3点链状夹杂，而SSCC的形成与HIC的形成密切相关。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。钙处理可以很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0.0020.005%时，随着Ca/S的增加，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会显著增加。因此，对于低硫钢来说，Ca/S应控制在一个极其狭窄的范围内，否则，钢的抗HIC能力明显减弱。而对于硫低于0.002%的超低硫钢，即便形成了CaS夹杂物，由于其含量相对较少，Ca/S可以控制在一个更广的范围内。典型的管线钢化学成分牌号CSiMnPSCrMoNiX520.080.140.870.00800.00300.0350.0040.013X600.040.271.190.00500.00200.0300.0200.110X700.05-0.080.251.620.00700.00100.0300.1500.150X800.040.301.800.00600.00200.0500.200.020X1000.080.301.900.00600.0010-0.250.030牌号NbVTiCuAlNCaCeqX520.0220.0050.0080.0150.030.09100.0020.236X600.0490.0400.0150.2300.0340.00710.00230.275X700.0600.0400.0220.200.0400.00400.0010X800.0450.0050.0150.2000.00300.0060X1000.050-0.0150.170.030.0020X70管线钢典型化学成分（%）及典型力学性能对比国家或公司CSiMnCrMoNiNbVTiCuPS宝钢0.050.201.560.0260.210.140.0450.0320.0160.180.0110.003武钢0.030.211.550.0210.270.230.0470.0380.0180.210.0100.002鞍钢0.030.271.560.0250.250.130.0570.0400.0210.140.0050.004日本住友0.0060.151.620.0200.010.200.0350.0500.0220.280.0110.001德国0.0070.271.570.0600.010.030.0400.00700.0130.030.0110.001国家或公司壁厚/mm取样位置屈服强度/MPa抗拉强度/MPa延伸率/%-20V型缺口夏比冲击功/J屈服比宝钢14.6横向52564437.03410.82武钢14.6横向53965942.04020.82鞍钢14.6横向54365642.04130.83日本住友21.0横向53262740.92970.85德国21.0横向50760740.52670.84要求值485620570与壁厚有关1400.902、 直缝埋弧焊管(JCOE)直缝埋弧焊(LSAW)直缝埋弧焊在我国是较晚发展起来的先进制管技术，过往主要采用UOE技术制造。近年来渐进式JCOE在我国和全世界逐渐成为另一种新的主流技术。直缝埋弧焊管质量可靠，广泛应用于油气高压输送主干线上。该焊管机组由于投资相对较大，使用的原材料为本钱较高的单张宽厚板，工艺较复杂，生产效率低，产品本钱较高。u JCOE：JCOE直缝双面埋弧焊管 该生产线为中国首条大口径直缝双面埋弧焊管生产线，生产线采用芯轴旋转连续 J-C-O 成型的工艺，速度快，质量高，成型应力分布均匀，管体形状规则。本生产线采用 JCOE 工厂的标准配置，其特点是产品规格范围大，变换规格快而简单，可实现生产范围内任何尺寸的产品。 产品规格 直径： 406-1829mm (16-72) 壁厚： 6.0-25.4mm (1/4-1) 标准： API、BS、ASTM 、JIS、DIN、GB 、ISO、DNV 长度： 3-12.2m (10-40) 材质： GB/T9711 L190-L555(API 5L A-X80) u 电阻焊(ERW)电阻焊管是我国最早生产、应用范围最广、生产机组最多(2000余家)、产量最高(占焊管总产能的80左右)的钢管品种，产品规格为20610mm，在国民经济建设中发挥了重要作用。ERW219610mm机组自20世纪80年代以来，约有30余套是从国外引进的较先进技术。经过多年生产实践，装备技术水平又有较大进步，产品质量也在不断改善。因其投资少，见效快，应用范围广而发展迅猛。随着板材CSP生产工艺的发展，为其提供了低本钱、质量可靠的原料，并为其今后进一步发展创造了良好的条件。这部分产品已由流体输送、结构领域向无缝管应用领域的油井管、管线管发展。其典型生产工艺流程应为：板带原料原料预处理冷弯成型焊接焊缝热处理焊缝(管体)探伤精整成品焊管。 u 螺旋埋弧焊(SSAW)螺旋埋弧焊管设备投资较少，因采用价格较低的窄带(板)卷连续焊接生产大口径(10162400mm)焊管，生产工艺简单、运行用度低，具有低本钱运行上风。目前，我国油气输送螺旋焊管已形成了以石油系统所属钢管厂为主的基本格式。采用低残余应力成型和管端机械扩径等先进技术，经过严格质量控制的螺旋焊管在质量上可与直缝焊管相媲美，我国西气东输等油气长输管道工程中获得了广泛应用，是我国油气长输管道工程采用的主要管型。其目前的产能已经能够满足我国油气长输管道工程建设的需要，并已大量出口。 焊接钢管标准焊接钢管也称焊管，是用钢板或钢带经过卷曲成型后焊接制成的钢管。焊接钢管生产工艺简单，生产效率高，品种规格多，设备投资少，但一般强度低于无缝钢管。20世纪30年代以来，随着优质带钢连轧生产的迅速发展以及焊接和检验技术的进步，焊缝质量不断提高，焊接钢管的品种规格日益增多，并在越来越多的领域代替了无缝钢管。焊接钢管按焊缝的形式分为直缝焊管和螺旋焊管。直缝焊管生产工艺简单，生产效率高，成本低，发展较快。螺旋焊管的强度一般比直缝焊管高，能用较窄的坯料生产管径较大的焊管，还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。但是与相同长度的直缝管相比，焊缝长度增加30100%，而且生产速度较低。因此，较小口径的焊管大都采用直缝焊，大口