石油天然气输送管用热连轧宽钢带

1、GB/T 14164-200×石油天然气输送管用热连轧宽钢带国家标准编制说明石油天然气输送管用热连轧宽钢带国家标准项目组二零一零年4月1 工作概况1.1 任务来源根据钢标委200917号文关于下达全国钢标委2009年第三批国家标准修订项目计划的通知要求(计划编号为20090673T605)，将GB/T 14164-2005修订为GB 14164-20××石油天然气输送管用热连轧宽钢带。1.2标准的制定原则采用国际标准和国外先进标准的原则。满足用户需求的原则。力争达到“科学、合理、先进、实用”。结合近年来国内管线钢的发展、国内各大钢厂的大生产数据、西气东输等实际管道

2、应用要求而制定本标准。产品系列化的原则。与国家标准体系协调一致的原则。1.3 制定本标准的目的和意义二战后，伴随全球经济的快速发展，能源需求急剧增加，作为最安全、经济和不间断的石油、天然气管道运输方式也得到了快速的发展。伴随输送能力的提高，输送压力越来越高，因此对管线用钢的强度级别、止裂韧性、抗腐蚀性和焊接性能提出了更高的要求。图1给出了国外和国内管线钢的发展历程，国外应用的最高钢级已经达到X80，技术储备已经达到X120级别。相对于国外管线钢的长期、快速发展，由于冶金技术的限制，20世纪90年代之前国内管线钢的技术研究仍然缺乏系统性和突破性，X52以上级别管线钢大部分依赖进口；八五期间，通过

3、冶金部门和石油部门的协力合作，X52-X65级别管线钢被相继成功开发；2000年西气东输一线天然气输送管道的建设，极大的促进了国内高强度、高韧性管线钢的技术发展，特别是针状铁素体组织类型X70卷板的成功研制和大批量应用使我国管线钢技术水平快速融入了高压、大口径和长距离管道输送的发展潮流。图 1 国内外管线钢的发展历程国内每年都要投产建设大量的石油、天然气输送管道，但是由于没有一个统一规范的管材技术标准作为知道、各石油、天然气管道设计部门在制定管材技术规发是对标准的选择和关键技术指标的制定一直比较疑惑，有事甚至随意照搬不同规格不同需求的管线技术标准。多数情况下，购方或设计部门为了保证管道的安全可

4、靠性，对关键技术指标做了打幅度的提高，不仅导致施工难度的增加，也造成管道建设资金巨大的浪费。为此，我们特根据近年来国内管线钢的发展和实践生产和应用情况，以引导设计人员制定具体的技术协议书为导向，在大量数据基础上制定本标准。1.4 主要工作过程及工作计划（1）首钢于2008年进行了起草标准的数据收集、情况调研、问题分析等准备工作，于2008年，完成国家标准（草案）。（2）2009年6月至2010年6月：整理大量数据，尤其是对性能指标及高强度级别（X90以上）的生产、科研数据进行全面处理和分析。（3）2010年三季度，发出标准征求意见稿-征求上级标准主管部门、生产和用户行业代表企业及研究院所意见，

5、根据反馈意见的汇总处理结果，确定征求意见（二稿）或（讨论稿）。（4）2010年四季度：针对国家标准征求意见（二稿）的反馈意见，进行必要的修改工作，形成国内外同类产品标准水平对比分析和意见汇总处理表，必要的数据分析等。编写标准预审稿并发出征求主要生产企业、行业主要顾客及相关科研设计院所意见，召开标准预审会议。（5）2011年：协调召开标准审定会议。根据审定会议意见，完成GB/T 14164-2011国家标准报批稿。1.5采用国内、外先进标准程度本标准主要参考了API Spec 5L（44版）管线钢管规范、ISO 3183 石油天然气工业管线输送系统钢管标准。API SPEC 5L是国际上著名的钢

6、管标准，但其不能直接适用于作为制造钢管的钢板订货和生产。同时参考了石油部门的企业标准和今年来国内主要工程的技术条件。Q/SY GJX0101-2007西气东输二线管道工程用热轧板卷技术条件及补充规定Q/SY GJX0128-2007 西气东输二线管道工程用X70热轧卷板技术条件Q/SY GJX*-2009 天然气输送管道螺旋缝埋弧焊管用热轧板卷通用技术条件Q/SY GJX*-2009 原油成品油输送管道螺旋缝埋弧焊管用热轧板卷通用技术条件中亚天然气管道工程用热轧板卷技术条件1.6 主要起草人及其所承担工作的简要说明起草人所承担的标准研究工作：收集、对比相关国内外标准，确认为满足要求、确定为现行

7、有效版本：对热轧钢板实物质量进行测量、统计、对比和分析；收集顾客对热轧钢板表面质量指标要求；编写本标准各稿和标准编制说明、标准水平对比分析、意见汇总及处理、实物质量数据的统计与分析；对标准中主要技术指标确定所需的论证材料和理论研究材料；完成标准的报批稿；策划标准宣贯工作，落实标准宣贯方式及人员，组织编写标准宣贯材料。2 本标准的主要技术特点2.1 结合目前国内、管线钢生产、应用实际在大量数据基础上制定本标准。2.2 针对性能指标提出具体的建议性数值。国内每年都要投产建设大量的石油、天然气输送管道，但是由于没有一个统一规范的管材技术标准作为知道、各石油、天然气管道设计部门在制定管材技术规发是对标

8、准的选择和关键技术指标的制定一直比较疑惑，有事甚至随意照搬不同规格不同需求的管线技术标准。多数情况下，购方或设计部门为了保证管道的安全可靠性，对关键技术指标做了打幅度的提高，不仅导致施工难度的增加，也造成管道建设资金巨大的浪费。为此，我们特根据近年来国内管线钢的发展和实践生产和应用情况，以引导设计人员制定具体的技术协议书为导向。3 标准中主要技术内容确定的依据3.1 分类和牌号 ISO 3183:2007和 API Spec 5L（44版）都采用了两套牌号，根据目前国内管线钢的订货情况看，X系列多为广大钢厂和用户所接受并广泛应用，同时GB/T21237石油天然气输送管用宽厚钢板采用的也是ISO

9、 3183 中L系列的牌号，故本次标准修订，也采用了国际和国内市场认可的L系列和X系列。为了便于选择牌号，本标准附录中给出了国内外各标准中牌号的对比。按照需方要求，京供需双方协商，订货牌号可转化为附录中的相应牌号。3.2 尺寸、外形、重量及允许偏差直接采用GB/T 709-2006，取消原标准中此部分的具体规定。 3.3 化学成分此部分采用API Spec 5L（44版）的化学成分，同时要求熔炼分析和产品分析均符合此表。这样针对国内各生产长工艺条件不同。对工艺设计的认识和应用能力不同，因此本标准没有对成分作出硬性规定。本标准提倡在保证钢板性能和焊接性能前提下，生产厂可在标准允许的范围内自主选择

10、合金元素，使得各同行专家以低成本、低碳的思路充分发挥各自的工艺能力。3.3.1 目前，X52以下级别管线钢为低C-Mn钢；X52X65为低C-Mn-NbTi-(V)钢；X70多为低C-Mn-V-Nb-Ti或低C-Mn-Mo-Nb-Ti钢；X80为低C-Mn-Mo-V-Nb钢。近年来，为适应高寒代大口径石油及天然气输送管线工程的高强度、高低温韧性、可焊性和良好成型性要求，在Mn-Nb系钢基础上降低碳的含量(0.06%)提高锰的含量(1.6)、加入钼(0.15-0.35%)把X70钢级改进为低C-Mn-Mo-Nb型针状铁素体成为高强度、高韧性管线用钢成分设计趋势。3.3.2高Nb的强韧化研：Nb是

11、现代微合金化管线钢最主要的元素之一，也是研究内容最丰富的微合金元素之一。传统上主要利用Nb微合金的细晶强化效果，通过热轧过程中固溶Nb的拖曳作用和形变诱导析出Nb(C,N)阻碍奥氏体再结晶的作用，Nb显著提高奥氏体再结晶温度（如图2），可以在较高温度终轧获得低温大变形的控轧效果，获得细小再结晶奥氏体晶粒或变形的奥氏体晶粒（压扁的奥氏体晶粒），相变后获得细小的铁素体晶粒，以使钢具有高的强度和良好的低温冲击韧性。 图2 Nb微合金延迟再结晶的影响但伴随炼钢、轧钢控制水平的提高和技术的进步，发现由于C、N含量的降低为添加高的Nb含量创造了条件（C、N含量影响Nb的溶解，轧制前未溶解的Nb不发挥强化效

12、果），另外发现铁素体相变前固溶于奥氏体中的Nb显著降低铁素体相变温度，促进中、低温相变组织的转变，同时固溶于奥氏体中的Nb在相变后铁素体中弥散析出，进一步提高强度。图3为X80卷板奥氏体化热模拟试验结果，从图13可以发现伴随加热温度提高，奥氏体晶粒尺寸逐渐增大，当加热温度达到1200，尽管奥氏体晶粒仍然均匀，但个别奥氏体晶粒已经出现局部粗化，当加热温度达到1250，奥氏体晶粒迅速粗化，表明Nb全部溶解于奥氏体中，因此加热温度应该不高于1200。图4为采用Irvine溶度积计算公式结算X80卷板Nb溶解量随加热温度的关系，可以发现随着加热温度的提高，Nb溶解量逐渐增加。随后生产过程中取板坯淬火样

13、进行化学萃取，加热温度为1180，Nb含量溶解了0.09%，与计算结果基本一致。图 3 X80卷板奥氏体化热模拟试验结果图 14 加热温度对Nb溶解量的计算结果3.4 冶炼方法钢带是由氧气转炉或电炉冶炼工艺生产。PSL2钢应为经过炉外精炼的细晶粒镇静钢。L485/X70以上级别必须经过真空脱气处理。除非需方有特殊要求，冶炼方法由供方选择。3.5 力学和工艺性能管线所处地理位置负责多变，所用钢带的技术指标要求难以同一，本标准中的性能要求重在国内目前工业生产性能数据统计的基础上，同时主要参考石油部门的企业标准，以用户多年来的实际应用而制定，其中对X90及以上级别的钢带只是提出建议性数值，因X90的

14、实际应用数据几乎没有，故有些性能数据并没有给出推荐值，同时，提出建设性意见。目的是在总结实际生产数据的基础上引导行业进步。3.5.1 拉伸性能 拉伸性能主要采用的是API Spec 5L（44版）的性能，但在屈强比上，将X90以上级别的屈强比略有降低，这在API Spec 5L（44版）中也是允许存在的，这主要是因为X80及以下级别的钢带在我国各钢厂一般均有生产，对大生产的数据均有统计，而X90以上的钢带在各生产厂均属于研制阶段，并且在实际工程中也没有大量的应用，为推进行业进步，特在已经研制的基础上，将X90及以上级别的数据略有改动。 图 5 大生产X80力学性能统计结果3.5.2 应变时效问

15、题与西气东输一线X70卷板相比，X80卷板最显著的区别是应变时效敏感性。所谓的应变时效问题是指X80制管矫直、成型，以及随后的打压和涂层对屈服强度的影响，导致屈服强度显著增加，并造成屈强比性能超标的问题。图6为X80卷板、水压前钢管和打压后圆棒试样的拉伸曲线，两组试样屈服强度分别为：565、625和660MPa，抗拉强度分别为：695、685和690MPa，对应的屈强比性能分别为：0.81、0.91和0.95。并且发现，卷板屈服强度越低，制管打压后增加越多，如图7所示。 图 6 X80卷板、水压前后钢管拉伸性能图7 卷板制管打压后强度性能变化关于应变时效的机理国内外专家给出解释，认为引起应变时

16、效的主要原因是固溶碳在加工硬化过程中阻碍位错滑移，以及位错增值的关系。为了解决应变时效造成的屈强比性能超标问题，从成分设计和轧钢工艺进行了调整，主要措施为：1)在一定限度内，提高固溶元素，从而提高抗拉强度性能。2)调整轧钢工艺，即提高卷取温度促使碳化物的析出，减少固溶碳的影响。3.5.3韧性在GB/T 14164-2004标准的基础上，提高了冲击功，综合参考我国西气东输等主要工程的干线和支线建设情况，确定-10为夏比V型冲击试验；同时DWTT 试验温度规定为-15，这也是我们长期生产实践的结果。西气东输一线，生产过程中存在的难点主要是DWTT性能不稳定，并且存在严重的断口分离现象。由于炼钢控制

17、水平的提高，P、S和N含量控制低钢质洁净度进一步提高， -15DWTT性能检验几乎全部为100%。另外首钢生产的X80卷板炼钢过程采用轻压下技术，DWTT试样断口几乎不存在分离，如图8所示。图 18 X80系列温度DWTT试验断口形貌3.5.4表面质量表面质量部分，一方面采用了钢带国标中长期和普遍采用的方法，同时考虑到中石油的企标和技术条件中多次出现的GB/T 14977 钢板表面质量的一般要求的写法，也将钢板的GB/T 14977作为协商条款，以适应用户的要求。也就是说用户开平制管后，钢管表面出现表面缺陷，缺陷面积的计算方法、缺陷深度的允许值、缺陷面积大小的允许值等均按照GB/T 14977

18、的方法计算。3.5.5其他要求此次标准的重大突破点在于此，本标准中将非金属夹杂、带状组织、硬度等都给出了长期工业性生产，并被用户接受的数值，同时考虑到国内多年来管线钢带状组织和非金属夹杂的试验方法部分，几乎所有的数据都是在ASTM 标准的试验方法所得到的，故本标准将ASTM E45 作为非金属夹杂的试验方法，同时将带状组织的试验方法作为本标准附录。（1）非金属夹杂钢中A、B、C、D类非金属夹杂物级别限定如表1所示。其检验方法按照 ASTM E45 方法A进行。表1 非金属夹杂物级别ABCD薄厚薄厚薄厚薄厚2.02.02.02.02.02.02.02.0（2）晶粒度晶粒尺寸应符合表2的规定。表2 晶粒度尺寸牌 号晶粒度尺寸牌 号晶粒度尺寸L245/B、L290/X42、L320/X46、L360/X52、L390/X56、L415/X60、L450/X657级或更细L4