国内外管线钢的生产情况
(一)管线钢的国外生产情况
1、国外X100及以上钢级管线钢专利技术
国际大型钢铁公司及相关企业从20世纪90年代就开始了X100及以上钢级高性能管线钢的研发和试应用,目前已经取得了许多成功经验,进行了小规模试生产,并相应地公开了一些专利,如日本新日铁、JFE、住友金属和NKK公司,加拿大IPSCO(伊普斯科钢管)公司,美国ExxonMobil(埃克森美孚石油)公司,韩国浦项(POSCO)公司等。这七家公司所公开的X100及以上钢级管线钢的典型专利,对我国X100及以上高钢级管线钢的研发有一定的借鉴和参考价值。
2、专利和工艺特点
高钢级管线钢管一般都是在高压下运行于地理环境复杂、温度地寒地带,因而对管线钢的强度和韧性,尤其是低温韧性、抗腐蚀介质氢致裂纹性、焊接性提出了很高要求。所以,虽然7家公司公开的都是生产X100及以上钢级管线钢专利,但申请公开专利时,这些公司提出申请专利的切入点又各不相同。
ExxonMobil公司旨在提高管线钢强度、焊接性和HAZ(焊接热影响区)韧性;
IPSCO公司注重析出细化晶粒,改善微观组织结构,从而提高钢的强韧性;
JFE公司侧重于如何提高管线钢耐消除应力退火性能;
NKK公司主要解决管线钢HIC(氢致裂纹)问题;
新日铁公司主要防止在使用管线钢制管时存在的包辛格效应问题;
POSCO公司主张严格控制钢中Mn含量,解决低温相变时存在的氢致裂纹,导致抗氢致裂性能恶化问题;
住友金属公司专利意在提高管线钢SATT(塑性断裂转变温度)和DWTT(落锤撕裂试验)性能,改进HAZ韧性。
此外,除X100级管线钢外,新日铁、ExxonMobil、住友金属和POSCO等公司还申报了X120以上钢级管线钢专利,在未来敷设输送天然气和石油的管线采用更高级钢级是必然趋势。
(二)管线钢的国内生产情况
近几年来,我国石油天然气管道工程发展迅速,带动了管线钢产量的大幅提高。从管线钢的品质特性来看,我国已从20世纪80-90年代的铁素体—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级别管线钢的批量生产和X100、X120管线钢的试制成功,我国已具备了X52-X120管线钢的生产能力。目前,世界范围内已建成了多条X100试验段,随着研究开发的进一步深入,X100管线钢有望在未来的天然气管道项目中得到广泛应用。
1、国内生产管线钢的钢厂
管线钢生产技术代表和体现了一个钢铁企业的生产控制水平、质量保障水平和综合技术水平。我国管线用钢的应用和生产起步较晚,从80年代开始按API规范开展专用管线管的开发和研制,90年代开始进行X60和X65管线管的工程应用,进入21世纪在我国“西气东输”一线应用了X70针状铁素体管线管,二线天然气管道工程则应用了高强度高止裂韧性的X80管线钢。
国内能生产符合API5L标准的管线工程设计要求的管线钢的钢厂首推宝钢,武钢、鞍钢、首钢、南钢、太钢、马钢、沙钢、本钢等国内许多钢厂均具备批量生产X80管线钢的能力,并且大量运用于西气东输二线工程,达到国际先进水平,迄今为止等级最高的X120管线钢已在宝钢试制成功,其强度比X80提高50%,可使钢材使用量(厚度)综合下降10%~20%,从而减少运输费用。
2、主要大钢厂管线钢生产情况
①宝钢
宝钢是目前国内生产管线钢最大规模和最高利用的代表钢厂,宝钢管线钢的发展过程代表了中国现代管线钢技术进步的发展历程。在过去不到20年的时间里中国的管线钢从无到有不断发展,在长输管道建设中应用的钢级逐步提高级别,跨越了国际管线钢将近50年的发展历程,赶上了国际管线钢和管道建设发展的技术主流。宝钢极大地促进了中国现代高等级石油天然气管道建设的发展。
宝钢从上世纪90年代初开始进行X系列管线钢的开发和试制,目前已拥有从低端到高端输送管线焊管用管线钢板卷系列生产能力,近20年来宝钢已为国内外管道工程累计生产了560多万吨的管线钢产品。近期宝钢X120管线钢的试制成功,使宝钢登上了管线钢制造技术的巅峰,虽然在未来的2~3年内,X120管线钢还不会立刻投入中国市场,但随着国家开发能源资源的项目启动,对于管线钢技术水平的不断升高的要求趋势,这一级别的管线钢一旦投入运用,需求量将会很大。
②武钢
武钢从上世纪八十年代开始,率先在国内进行石油天然气输送管线用钢的研制与开发,经过近三十年的研制、生产及设备不断改造更新,其生产能力和实物水平都得到了很大提高,冶炼成分可控制在比较窄的范围,批量生产时钢中硫含量可做到8ppm及以下。武钢研制和生产的管线钢具有高纯净度、高韧性、良好的焊接性能和抗硫化氢腐蚀性能。武钢自主开发的26.4mm厚规格X80管线钢由中石油南京巨龙钢管有限公司制成直缝埋弧焊管,经全面理化性能检验,钢板、钢管的各项性能指标全面满足我国西气东输三线工程的技术条件要求。
从1983年开始,武钢先后为宝鸡石油钢管厂、沙市石油钢管厂、资阳钢管厂等以及印度、美国、伊拉克、伊朗、印尼等20余家国内外钢管厂提供了管线钢板、卷500余万吨,用于制作螺旋、直缝埋弧ERW电阻焊接钢管。产品成功应用于西气东输、川气东送、中亚、陕京二线、忠武、冀宁、西部原油、中哈、苏丹等数条长输管线,为国家的管道建设和出口创汇作出了突出贡献。
③鞍钢
由于受装备水平等方面的限制,在上世纪末,鞍钢管线钢的生产几乎是个空白。打破国外产品垄断,关系国计民生,国家必须拥有一批有实力有影响有责任的大企业,鞍钢随着“九五”和“十五”技术改造项目的陆续投产或调试,开发生产高级别管线钢的装备条件已经具备。2002年,鞍钢热轧带钢厂批量生产5000吨西气东输工程制管用X70管线钢热轧卷板,生产工艺和实物性能稳定,实物质量达到宝钢同类产品实物水平,瓦解了国外钢铁企业的垄断堡垒。
鞍钢针对不同管线工程的技术要求,合理设计化学成分,全线转入了X60、X65高钢级、多品种管线钢的开发生产工作。截至目前,鞍钢在国内已率先成功研制开发X100管线钢,使管线钢钢级形成了X60、X65、X70、X80和X100的系列化,为角逐国内外高端管线钢市场奠定了坚实的基础。
④南钢
南钢目前有两条板材生产线,一条2800中厚板轧机,一条3500炉卷轧机,在建一条5000宽厚板轧机。其中炉卷轧机成材率高,并荣获国内水平5个创新和10个第一,例如第一个在炉卷机上实现TMCP工艺,第一个用炉卷机轧制出厚度18.4mm的X80管线钢等。
当前南钢在海底管线钢、地震带管线钢、抗酸管线钢等方面,均有一定的技术优势和特色。据了解,海底管线钢,当前除了宝钢在生产,大部分产品是南钢在生产,且最宽可达3000MM;地震带管线钢,宝钢、首钢、南钢、湘钢四家都可以生产;其具有较高优势的抗酸管线钢的生产,南钢则可以排在前茅。
(三)管线钢生产及技术攻关方向
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。今后输送的自然气不再是经脱水、脱H2S处理的“甜气”(PH2S≤300Pa),而将是未经处理的“富气”(PH2S≤300Pa),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。国内已具有800万t以上螺旋焊管的制管能力,但大口径厚壁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。
总之,管线钢在合金设计理论、轧制工艺、制管工艺、铺管现场焊接材料和工艺、和管线设计理论(应变设计)等方面都要有相当程度的创新。