刘怡婷

上海市特种设备监督检验技术研究院（上海 200062）

国际油气行业对管线钢管的应用扩展以及对其低成本的关注，促进了输送用管线管的发展和研发。其中，高频电阻焊（HFW）管线管由于力学性能优、尺寸精度高、生产效率高、经济性好等优点，得到了较好的发展。

HFW管线管通常采用热轧钢卷为原料进行加工生产，钢卷弯曲变形成钢管。由于存在加工硬化和包辛格效应等的交互作用，不同钢级及不同厚径比的HFW管线管制管后，钢管力学性能较钢卷有所不同。因此，掌握不同钢级及不同厚径比的HFW管线管的力学性能变化规律，进而得到钢卷的力学性能要求及钢卷生产工艺，才能生产出符合标准及用户要求的HFW管线管。另外，如果材质选用及强度选用不合适，会造成钢管失效，对人员、环境等的损害极大，造成的损失无法估量。因此，必须研究清楚钢卷、钢管的力学性能变化，从而提供可安全服役的HFW管线。

某钢厂HFW610机组配置了世界上较先进的无损探伤设备、高频焊接设备、焊缝热处理设备，是目前世界上装备最先进的中口径直缝焊管机组之一，具有从炼钢、钢卷热轧及HFW制管全流程生产能力及一贯制控制技术，具备常规钢级B～X70钢级管线管的批量供货能力。

本研究考察了该钢厂B，X42，X46及X52管线钢级从钢卷到钢管的力学性能变化，形成了HFW焊管生产的力学性能控制技术。

1 HFW制管过程中板管性能分析

该钢厂HFW焊管成型机组（如图1所示）采用德国西马克梅尔（SMS Meer）公司的制造设备及先进的排辊成型技术，具体组成包括夹送辊、弯边辊、粗成型辊、线成型辊段、精成型机架、挤压机架及热处理后的定径辊，可以实现对钢卷变形过程的良好控制[1]。

图1 某钢厂HFW焊管成型机组

结合该钢厂HFW机组的生产工艺技术，选取了A，B，C，D4种材质的管线钢进行了卷、管性能跟踪，并对力学性能随厚径比的变化进行了分析。考虑到铁素体+珠光体组织管线钢的抗拉强度一般不随厚径比变化等，仅对其制管前后的屈服强度差随厚径比的变化规律进行了比对分析，其相关性结果如图2所示。

图2 A,B,C,D材质制管前后板管屈服强度差随厚径比的变化规律

4种材质的屈服强度分别平均为341，366，379及448 MPa，强度由低到高；低厚径比时，制管后的屈服强度较钢卷的屈服强度下降较明显，随着厚径比的增大，制管后的屈服强度较钢卷的屈服强度上升较明显；4种材质的屈服强度变化与厚径比呈现一定的差异性，板、管性能0差异点的厚径比值分别为2.56，2.92，2.54及3.29。

以上4种材质呈现出的不同强度，为匹配B，X42，X46及X52管线钢级及不同厚径比奠定了数据基础。

2 不同钢级和不同厚径比的HFW管线管和材质匹配

在不同材质管线钢制管后的平均屈服强度基础上，参考不同钢级的强度余量（不同钢级有强度重叠）及经济性，建立了B，X42，X46及X52钢级和如上4种材质的匹配关系，具体如表1所示。

表1 不同钢级强度的标准要求

同时，在不同材质管线钢制管前后屈服强度差随不同厚径比变化规律的基础上，分别找出不同材质管线钢制管前后性能趋于相同的厚径比值，将其作为基点，划分出不同厚径比范围，建立了钢卷的屈服强度控制目标，如表2所示。

通过表1，表2的建立，确定了B，X42，X46及X52钢级和4种材质管线的匹配关系，并确定了不同钢级对钢卷屈服强度及抗拉强度的控制要求，为后续钢卷热轧工艺的确定及优化奠定了基础。

表2 不同钢级及不同厚径比的钢卷屈服强度控制目标值

3 钢卷热轧工艺的优化控制

基于表1及表2的数据，结合该钢厂从炼钢、热轧到制管的一贯制管理方式，并在前期基础上，选取了其中一条热轧产线对4种材质热轧工艺进行了优化，以达到不同材质、不同钢级、不同厚径比的最优匹配，具体见表3。由表3可知，B，X42，X46及X52钢级及其对应的4种材质在板坯再加热时的出炉温度均为1 190℃；对钢卷性能起关键作用的终轧温度和卷曲温度随着厚径比的不同略有差别。该做法的目的是获得最佳钢卷性能，从而获得最佳钢管性能（该钢厂内控对HFW制管后的钢卷性能指标优于标准及客户要求，一般按要求的中值进行控制）。

表3 不同材质、不同钢级、不同厚径比的钢卷轧制工艺

改进热轧工艺后的性能如表4所示，和表1的要求相比，满足标准要求。

表4 改进后的钢管性能MPa

4 取得的效果

依照本研究得到的设计技术，该钢厂进行HFW焊管产品设计时，可以方便地选择对应的原材料制造方案。经过生产过程验证，该设计技术可满足不同项目对管线管性能的控制要求，尤其在有特定技术要求的管线管项目中具有优势。

5 结语

通过分析B，X42，X46及X52钢级HFW管线制管过程的力学性能变化，结合管线管工程的个性化技术要求，建立了B，X42，X46及X52钢级和不同材质的对应关系，得到了不同材质钢卷强度的上下限，优化了某热轧机组的工艺控制要求，从而形成了不同规格、不同强度等级HFW管线管的力学性能控制技术，保障了HFW管线管产品的性能。