王 波

（寶山鋼鐵股份有限公司 制造管理部，上海201900）

X65MS鋼級(jí)Φ914 mm×19.8 mm耐蝕管線(xiàn)管的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)

王 波

（寶山鋼鐵股份有限公司 制造管理部，上海201900）

為了滿(mǎn)足高要求耐蝕管線(xiàn)管的需求，通過(guò)優(yōu)化煉鋼工藝，改善鋼中夾雜物和中心偏析，合理設(shè)定厚板工藝得到均勻的針狀鐵素體組織，并優(yōu)化UOE成型和擴(kuò)徑工藝，成功開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)了X65MS鋼級(jí)Φ914 mm×19.8 mm管線(xiàn)管，并對(duì)研制的管線(xiàn)鋼管進(jìn)行了理化性能試驗(yàn)及抗HIC和SSC性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，82℃時(shí)的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較常溫分別下降25 MPa和32 MPa，屈強(qiáng)比低于0.90；焊縫、熔合線(xiàn)沖擊功＞200 J，-20℃管體 SA均值為99%；附加UT定位試樣缺陷后測(cè)得裂紋指標(biāo)滿(mǎn)足CLR≤10%；抗HIC、SSC、SOHIC試驗(yàn)均合格。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)良好的成分和軋制工藝設(shè)計(jì)可獲得高要求 X65MS耐腐蝕管線(xiàn)管。

X65MS；耐蝕管線(xiàn)管；HIC

Abstract:In order to meet the needs of high demand corrosion-resistant line pipe,through optimizing steelmaking process to improve inclusion in steel and center segregation,designing reasonable thick plate process to achieve uniform acicular ferrite,and optimizing UOE forming and expanding process,X65MSΦ914 mm ×19.8 mm line pipe was successfully developed,and the performance test,HIC resistance test and SCC resistance test were carried out for the developed line pipe.The results showed that at 82℃the yield strength and tensile strength respectively decreased 25 MPa and 32 MPa,compared with room temperature,the yield ratiowasbelow0.90,theimpactenergyvalueofweldandfusionlinewashigherthan200J,theaverageSAvalueofpipebodyat-20℃was 99%,CLR≤10%,the HIC resistance test,the SCC resistance test,and SOHIC test were all qualified.The results indicated that the high demand X65MS corrosion resistance line pipe can be obtained through designing good composition and rolling process.

Key words:X65MS;corrosion-resistant line pipe;HIC

20世紀(jì)90年代至今，國(guó)內(nèi)外鋼廠(chǎng)和焊管廠(chǎng)先后開(kāi)發(fā)了X65MS、X70MS、X80MS[1-2]等鋼級(jí)耐蝕直縫埋弧焊管，國(guó)內(nèi)外批量供應(yīng)的抗HIC管線(xiàn)鋼主要為X65MS鋼級(jí)，最高鋼級(jí)為X70MS[3-4]。

根據(jù)管線(xiàn)項(xiàng)目服役地點(diǎn)、環(huán)境、所屬石油公司的不同，X65MS管線(xiàn)管的耐腐蝕性要求也有較大差別，如TOTAL[5]、BP等石油公司在中東等地區(qū)開(kāi)發(fā)的管線(xiàn)項(xiàng)目，不僅加嚴(yán)了HIC試驗(yàn)的CLR等指標(biāo)，而且對(duì)HIC試驗(yàn)增加了“UT定位試樣缺陷后再采用金相法測(cè)定裂紋指標(biāo)”的要求，這些要求大大提高了耐蝕管線(xiàn)管的開(kāi)發(fā)難度，對(duì)煉鋼、厚板和制管工藝提出了更高的要求。

1 耐蝕管線(xiàn)管的研制與開(kāi)發(fā)

1.1 產(chǎn)品性能要求

研發(fā)產(chǎn)品為X65MS鋼級(jí)Φ914 mm×19.8 mm規(guī)格管線(xiàn)管，產(chǎn)品性能要求見(jiàn)表1。HIC試驗(yàn)要求UT定位試樣缺陷后再采用金相法測(cè)定裂紋，且驗(yàn)收指標(biāo)嚴(yán)格。拉伸試驗(yàn)溫度為常溫和82℃，驗(yàn)收指標(biāo)相同。

表1 產(chǎn)品性能要求

1.2 生產(chǎn)工藝流程

主要生產(chǎn)工藝流程為：高爐三脫鐵水→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐→LF→RH→連鑄→5M軋機(jī)軋制→DQ冷卻→鋼板UT→CUO成型→焊接→擴(kuò)徑→鋼管探傷→性能檢測(cè)→成品。

1.3 化學(xué)成分及煉鋼工序設(shè)計(jì)

HIC裂紋產(chǎn)生機(jī)理為：環(huán)境中的H+在鋼材中缺陷處聚集并延展，形成垂直于壁厚方向或階梯狀裂紋[6]。缺陷類(lèi)型主要為狹長(zhǎng)的夾雜物MnS/CaS/Al2O3/CaO-Al2O3及粗大析出物 Nb（C、 N）和TiN、偏析帶、帶狀組織等。

針對(duì)狹長(zhǎng)夾雜物，通過(guò)降低S含量來(lái)減少A類(lèi)（硫化物）夾雜物總量；通過(guò)適當(dāng)?shù)腃a處理來(lái)控制A類(lèi)和B類(lèi)（氧化鋁）夾雜物形態(tài)[7]。煉鋼過(guò)程中動(dòng)態(tài)控制ACR系數(shù)來(lái)優(yōu)化Ca處理效果。

針對(duì)偏析帶，板坯厚度中心的偏析帶軋制后，由于Mn/P/C等在鋼板壁厚中心的析出引起局部強(qiáng)度上升，利于H聚集。故應(yīng)采用低C/Mn/P/S成分設(shè)計(jì)，同時(shí)采用較低過(guò)熱度增加板坯1/2壁厚位置等軸晶組織比例，通過(guò)穩(wěn)定準(zhǔn)確的連鑄輕壓下技術(shù)降低板坯中心偏析[8]。具體化學(xué)成分設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 X65MS管線(xiàn)鋼化學(xué)成分設(shè)計(jì) %

1.4 軋制工藝

厚板采用TMCP控制軋制及控制冷卻工藝生產(chǎn)，目的是獲得細(xì)化的針狀鐵素體組織和良好的耐蝕性能[9]。根據(jù)不同成分合金的Ar3點(diǎn)合理設(shè)定始冷溫度，避免雙相組織及珠光體產(chǎn)生。在保證強(qiáng)度的前提下，盡量采用較高的終冷溫度，降低或避免MA島的產(chǎn)生。鋼板加速冷卻過(guò)程采用高冷速，抑制冷卻相變過(guò)程中C從α到γ積聚在1/2壁厚處[10]，從而改善C在鋼板中的偏析程度。同時(shí)，需要制定合適的板坯加熱溫度和Nb/Ti合金含量來(lái)減少粗大析出物Nb（C、N）和TiN產(chǎn)生。

1.5 UOE制管工藝

綜合考慮抗HIC性能、熔合線(xiàn)沖擊等韌性要求和82℃強(qiáng)度要求，制管工藝采用低C/U/O成型速率和較低的擴(kuò)徑率。

2 鋼管理化性能

試制的X65MS鋼管管體拉伸性能見(jiàn)表3。從表3可看出，82℃下屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別較常溫時(shí)下降25 MPa和32 MPa，屈強(qiáng)比低于0.90。

表3 試制鋼管管體拉伸性能

沖擊性能和DWTT性能見(jiàn)表4。從表4可以看出，焊縫及熔合線(xiàn)（FL）沖擊韌性?xún)?yōu)異，沖擊功大于200 J；-20℃ 剪切面積均值為99%。

表4 試制鋼管沖擊性能和DWTT性能

管體非金屬夾雜物實(shí)績(jī)見(jiàn)表5。從表5可以看出，夾雜物類(lèi)別主要為B細(xì)和D細(xì)，夾雜物總和均值低于1級(jí)。

表5 管體非金屬夾雜物實(shí)績(jī)

管體金相組織形貌如圖1所示，主要為針狀鐵素體組織。

圖1 管體金相組織形貌 200×

3 鋼管抗HIC/SSC性能

3.1 抗HIC性能

試驗(yàn)依據(jù)NACE TM 0284 2003標(biāo)準(zhǔn)，采用A溶液。HIC試樣浸泡72 h后，采用UT確認(rèn)試樣中最大缺陷位置，UT設(shè)備為OMNISCAN SX面掃描儀，采用A+S掃描方式，靈敏度設(shè)置為可探測(cè)到0.5 mm長(zhǎng)缺陷，在對(duì)應(yīng)截面位置采用金相法測(cè)定裂紋指標(biāo)。探測(cè)照片如圖2所示。

檢測(cè)128批試制焊管，100%滿(mǎn)足CLR≤10%、CTR≤3%、CSR≤1%要求，其中80.5%無(wú)裂紋，19.5%發(fā)現(xiàn)裂紋，但裂紋長(zhǎng)度低于10%的要求。

分析HIC裂紋與中心偏析關(guān)系，選擇4個(gè)位于1/2壁厚處的較長(zhǎng)裂紋，采用JEOL JXA－8500F電子探針掃描分析裂紋附近C/Mn/P/S等易偏析元素，僅1個(gè)試樣存在C和Mn的微弱偏析，且該試樣對(duì)應(yīng)板坯中心偏析級(jí)別最高。裂紋尖端附近偏析元素探針掃描照片如圖3所示。對(duì)比所有試樣裂紋長(zhǎng)度和對(duì)應(yīng)板坯中心偏析級(jí)別，分析認(rèn)為中心偏析級(jí)別低于M18（寶鋼評(píng)級(jí)）時(shí)，可大大降低鋼管1/2壁厚出現(xiàn)裂紋的概率。

圖3 裂紋尖端附近偏析元素探針掃描照片

圖4 裂紋附近夾雜物電鏡分析結(jié)果（裂紋一）

圖5 裂紋附近夾雜物電鏡分析結(jié)果（裂紋二）

對(duì)其他12個(gè)裂紋較長(zhǎng)的試樣做電鏡分析，裂紋附近夾雜物分析結(jié)果如圖4和圖5所示。分析結(jié)果顯示，裂紋附近均未見(jiàn)異常組織，部分1/2壁厚裂紋內(nèi)發(fā)現(xiàn)了 Ca、 S、 Si、 K、 Na、 Mg、 Al、Mn、O等夾雜 （夾渣）成分；少量1/4壁厚裂紋處發(fā)現(xiàn)Ca/S/O等元素，判斷和CaS夾雜物相關(guān)。

3.2 抗SSC性能

試驗(yàn)依據(jù)NACE TM0177 1996標(biāo)準(zhǔn)，采用A溶液。加載應(yīng)力90%實(shí)際屈服強(qiáng)度，試驗(yàn)時(shí)間720 h，結(jié)果全部合格。

3.3 應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂（SOHIC）試驗(yàn)

依據(jù)EFC16附錄2/3規(guī)定的四點(diǎn)彎曲法，采用A溶液，加載應(yīng)力為90%實(shí)際屈服強(qiáng)度，試驗(yàn)時(shí)間720 h。試樣浸泡后采用磁粉探傷方式進(jìn)行檢測(cè)，表面無(wú)裂紋。按照ISO 15156-2規(guī)定，每個(gè)試樣做2個(gè)截面，未發(fā)現(xiàn)階梯裂紋，厚度方向裂紋長(zhǎng)度全部為0，試驗(yàn)合格。

4 結(jié) 論

目前，X65MS仍然是耐蝕管線(xiàn)管的主流鋼級(jí)，但世界主要能源公司逐步加嚴(yán)了抗HIC性能要求，在重要管線(xiàn)工程中普遍收嚴(yán)HIC試驗(yàn)驗(yàn)收指標(biāo)，并對(duì)HIC試驗(yàn)增加UT檢測(cè)試樣，在對(duì)應(yīng)最大缺陷位置進(jìn)行金相檢測(cè)CLR/CTR/CSR的要求。

（1）通過(guò)良好的夾雜物和中心偏析控制，配合TMCP+高冷速軋制及低擴(kuò)徑率工藝獲得X65MS鋼級(jí)Φ914 mm×19.8 mm焊管良好的抗HIC、SSCC、SOHIC和綜合力學(xué)性能。

（2）低C、低P、低S控制，板坯中心偏析級(jí)別≤M18，非金屬夾雜物級(jí)別總和小于1.0級(jí)，可滿(mǎn)足附加UT檢測(cè)的HIC試驗(yàn)結(jié)果CLR≤10%的要求。

（3）成分和軋制工藝設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮82℃拉伸性能較常溫拉伸低的特點(diǎn)。

（4）試制鋼管-20℃下熔合線(xiàn)沖擊功＞200 J，DWTT剪切面積大于95%。

致謝：本工作開(kāi)展過(guò)程中得到了謝仕強(qiáng)、張備、徐國(guó)棟、吳扣根、鄭磊、章傳國(guó)等同志的大力協(xié)助，在此表示真摯的感謝。

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Development and Production of X65MS Φ914 mm×19.8 mm Corrosion Resistance Line Pipe

WANG Bo
（Products&Technique Management Department of Baoshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Shanghai201900,China）

TG407

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.04.008

2017－02－21

編輯：張 歌

王 波（1983—），產(chǎn)品主管，主要從事厚板管線(xiàn)鋼質(zhì)量管理工作。