超大输气量高压输气管道工程用高钢级管线钢钢带生产技术探讨.pdf

超大输气量高压输气管道工程用高钢级管线钢钢带生产技术探讨超大输气量高压输气管道工程用高钢级管线钢钢带生产技术探讨刘清友刘清友钢铁研究总院钢铁研究总院20117未来西气东输管道建设480亿方案策划序号管径mm压力MPa钢级壁厚mm一类地区壁厚mm二类地区壁厚mm三类地区1142212X8021.425.730.82142212X10017.220.724.83142214X8025.029.935.94142214X10020.124.128.95142216X8028.534.241.06142216X10022.927.533.07142218X8032.138.546.28142218X10025.831.037.19121914x9019.022.827.4Source:西部管道技术研讨会，中石油管道工程有限公司钢管止裂韧性预测情况一级地区输气量（亿立方）管径mm压力MPa钢级壁厚（mm）冲击功（J）142212X8021.4230142212X10017.2440142214X8025.0220142214X10020.1420142216X8028.5200142216X10022.9390142218X8032.1200142218X10025.8220121914x9019.0？450材料技术有可能支撑的方案1.21.4mmX80;2.19.0mmX90;3.17.2mmX100但是，难度均较大，X80、X90和X100热连轧钢带生产会遇到不同的技术难题。21.4mmX80钢带生产技术DWTT问题变形奥氏体组织细化，特别是经未再结晶区变形后奥氏体充分扁平化是获得优良DWTT性能的关键。18.4mmX80：h7.0-8.5mm,推算原奥氏体晶粒尺寸：2328um如技术基础不变，22mm钢带的奥氏体压扁高度为：8.4-10.3um,可能会出现DWTT不稳定现象。对21.4mmX80热轧钢带生产来说，精轧变形量已被限制（60mm-21.4mm,reduction：64），因此，如何利用好加热和粗轧工艺，使粗轧后再结晶奥氏体进一步细化是21.4mmX80生产的关键；同时，应探索新的合金化设计，使再结晶奥氏体进一步细化。21.4mmX80钢带生产技术强度问题钢带厚度达到21.4mm，心部与上下表面的温差会更大，心部的冷却速度较低，易出现多边形铁素体，从而导致强度降低，因此，需要调整合金化设计，延迟铁素体相变，同时也应该降低卷取温度，这也将给卷取工艺带来挑战。钢带厚度达到21.4mm，心部与上下表面的温差会更大，心部的冷却速度较低，易出现多边形铁素体，从而导致强度降低，因此，需要调整合金化设计，延迟铁素体相变，同时也应该降低卷取温度，这也将给卷取工艺带来挑战。101001000100200300400500600700800900Temperature(oC)Time (s)0.5123510203050PFPAF11010010001002003004005006007008000.1oC/s0.5oC/s2oC/s1oC/s5oC/s10oC/s20oC/s30oC/sTemperature(oC)Time(sec)50oC/sPFGB+AFP11010010001002003004005006007008000.5oC/s0.1oC/s1oC/s2oC/s5oC/s10oC/s20oC/s30oC/s50oC/sTemperature(oC)Time(sec)QF+PFPAFBF0.06Nb0.12Nb0.06Nb-0.23Mo可通过调整Nb、Mo来抑制多边形和准多边形铁素体相变，但Nb、Mo也导致MA数量和尺寸变化，应通过研究进行优化。本钢20.6mmX80已试制成功CSiMnCrMoNi+Cu NbVTiCeq0.060.21.60.30.10.4Rt0.5:580MPaRm:650MPaCVN-20：280JDWTT15：10030:100%40:50%20.6mmX80DWTT欧洲钢管公司生产的欧洲钢管公司生产的48”X100焊管力学性能焊管力学性能X100热轧钢带热轧钢带JFE生产的生产的X100焊管力学性能焊管力学性能NSC试生产的试生产的X100焊管化学成分和力学性能焊管化学成分和力学性能IPSCO生产的生产的X100热轧钢带和焊管情况热轧钢带和焊管情况C MnSi Alloy NbV Ti0.06 1.90 0.20 Ni Cr Cu 0.045 0.065 0.00812.7mm钢管CVN：190J-5（平均值）；9.87mm钢管CVN：150J-5（平均值）540560580600620640660680700720740200250300350400CVN-5C JRt0.5 MPa管线钢的强韧性矛盾十分突出管线钢的强韧性矛盾十分突出X100热连轧钢带的组织设计热连轧钢带的组织设计意大利CSM提出的组织发展目标X70?fine-grain (5 m)ferrite?reduced pearliteX80?mixed ferrite/granular bainite?MA islandsX100?fully granular bainite?MA islandsX120?lower bainite?cementiteX100热连轧钢带的组织控制的主要问题：1.尽可能避免多边形铁素体和准多边形铁素体出现；2.尽可能降低MA数量，细化MA尺寸。1101001000100000100200300400500600700800900BF0.10.5125102030Temperature()Time(s)cooling rate(/s)50 本钢X100动态CCT曲线BQF较高的Ceq将导致MA问题十分突出，且显著降低钢的韧性。0510152025220240260280300320340MA数量多，尺寸大，导致屈服强度低，屈强比低，韧性低（约220J）。CVN-20C JVolume fraction of MA%X-450 Mo对MA形成有重要影响较高Mo 较低Mo010203040240250260270280290300310HVcooling rate,C/S10/s20/s40/s提高冷却速度可控制提高冷却速度可控制MA尺寸和数量，增加板条贝氏体体积分数，从而提高强度。尺寸和数量，增加板条贝氏体体积分数，从而提高强度。本钢工业生产15.3mmX100钢带的组织和性能组织类型：粒状贝氏体板条贝氏体MA体积分数：5Rp0.2:690-740MPa;CVN-20：260350JDWTT-15：85789101112131420406080100SA of DWTT(%)Height of pancaked austenite grain(um)通过合理控制加热温度、粗轧制度和精轧未再结晶区充分变形，可使奥氏体充分细化。X100热轧钢带的DWTT性能问题020406080100540550560570580590600610620630640650660670680690700710720730Strength MPaAngle to the rooling direction Rt0.5 Rm020406080100710720730740750760770780790800810820830Strength MPaDirection to RD Rp0.2 RmX100管线钢的各向异性管线钢的各向异性01530456075901.52.02.53.03.54.0Taylor factor(Tensile)Angle to RD(100)(111)(112)M=X80X100X100最低强度出现在60度方向，可能与（100）织构有关，尚需进一步研究。制管后纵向强度可能高于环向，环焊问题应关注。:拉伸应力；M：Taylor因子；：滑移面上剪切应力0.0-0.2-0.4-0.6-0.80-50-100-150-200-250-300 X100 X80Stress(MPa)Strain80082086090094098010201050Strain Rate 1/s0.0-0.2-0.4-0.6-0.80-50-100-150-200-250-300 X100 X8010/s5/s0.5/s1/sStress(MPa)Strain0.1/sDeformation temperature 900X100管线钢的变形抗力在本钢实际生产中，X100的轧制力与18.4mmX80基本相当谢谢大家！谢谢大家！