张 斌，钱成文，王玉梅，张玉志

（中国石油管道研究中心，河北廊坊 065000）

国内外高钢级管线钢的发展及应用

张 斌，钱成文，王玉梅，张玉志

（中国石油管道研究中心，河北廊坊 065000）

长输油气管道正在向大口径、高压力的方向发展，为满足这一要求，高钢级管线钢的应用逐渐成为油气管道建设的发展趋势。目前陆上天然气管道已经发展到X80钢级，国内外对更高钢级X100、X120的研究也取得了新的进展。本文系统整理并介绍了国内外X80、X100、X120等三种高钢级管线钢的开发、生产及应用现状，并展望了它们的发展方向。

X80管线钢；X100管线钢；研究；应用

0 引言

在过去的几十年里，长输油气管道发展迅猛，输送压力不断提高，从上世纪60年代的6.3 MPa上升到了目前的15～20 MPa。同时，长输油气管道通常位于环境比较恶劣的地区，为保证管道的结构稳定性、安全性和经济性，对管线钢的性能提出了更高的要求。通过高钢级管材的开发和应用，可减小钢管的壁厚，减轻钢管的自重，缩短焊接时间，并降低管道建设成本。有关文献介绍，采用X80管线钢会比X65管线钢节省7%的建设费用。因而高钢级管线钢的应用逐渐成为油气管道特别是天然气管道建设的发展趋势[1-3]。

目前，在长输油气管道中正式应用的最高钢级是X80管线钢，X100、X120管线钢也已经开发出来，并且国外已建成部分试验段。国内高钢级管线钢研究起步较晚，但近几年发展迅速，随着西气东输二线工程的开展，我国成为拥有X80钢管道里程最长的国家，高钢级管线钢开发与应用技术步入国际先进行列。

1 高钢级管线钢成分及性能

国内外高钢级管线钢成分均为超低碳微合金化。通过降低C的含量，改善钢的低温韧性、断裂抗力、延展性及成型性；增加Mn的含量，以弥补管线钢因降低C含量而损失的屈服强度；同时控制V、Nb、Ti等微合金化元素的含量，使管线钢获得最佳的韧性和焊接性。国内外相关标准所规定的X80、X100及X120管线钢化学成分指标要求见表1。

由于工艺技术的差别，各厂商生产的高钢级管线钢的组织形态存在一定的差异。但一般说来，X80管线钢为铁素体和贝氏体双相组织，X100管线钢一般为贝氏体组织，X120管线钢为超低碳贝氏体和马氏体。对于X80、X100管线钢的力学性能，国内标准与API标准中的规定差别不大；对于X120管线钢，API SPE 5L-2007“Specification for Line Pipe”将 X120纳入其中，而 GB/T 21237-2007《石油天然气输送管用宽厚钢板》并未提及。三种高钢级管线钢性能指标见表2。

表1 高钢级管线钢的化学成分指标[3-4]

表2 高钢级管线钢的性能指标[4-5]

2 高钢级管线钢的研究开发

2.1 国外现状

2.1.1 X80管线钢

国外X80管线钢的研究开发工作始于上世纪80年代，1985年德国的Mannesmann（后并入欧洲钢管公司）成功研制了X80管线钢，同年X80钢级被列入了API标准中。从90年代开始，X80管线钢得到了批量化使用，日本、加拿大、欧洲的生产厂家均有批量供货记录。目前国外主要生产厂家情况见表3，德国、日本、加拿大等国X80管线钢研究开发处于国际领先地位，生产技术趋于成熟。

表3 全球主要X80钢及钢管生产厂家[6]

经过20多年的发展，目前国外在X80管线钢的冶炼与轧制、钢管制造、焊接工艺、管道防腐、管道设计及运营维护等方面已积累了丰富的经验，在工业应用方面已不存在技术问题。如今X80管线钢已得到广泛应用，加拿大Trans Canada等管道公司将X80管线钢作为新建大型天然气管道的首选钢级。

2.1.2 X100管线钢

有关X100管线钢的最早研究报告发表于1988年，但当时并没有实际的应用需求，直到90年代中期钢管公司对X100管线钢的研发工作才开展起来。1994年欧洲钢管公司开始研究开发X100管线钢。90年代末期，英国Advantica公司、壳牌、BP阿莫科和英国天然气公司曾对X100级管线钢进行历时五年之久的联合研制，研究重点是希望在管线钢的抗裂特性和有效止裂上取得突破。

进入21世纪，对高性能X100管线钢的研究依然活跃。截至2002年，欧洲钢管公司已采用TMCP（热机械控制）工艺生产出数百吨X100管线钢[7]，并进行了数次全尺寸爆破试验。新日铁成功地开发了具有划时代意义的热影响区细晶粒超高强韧技术 （HTUFF），生产了具有高HAZ韧性型和高均匀延伸率型的X100钢管。2006年，日本住友金属公司投资100亿日元，在鹿岛厂建立X100及以上级别超高强度管线钢的生产体系，预计投产后年生产能力可达50万t。

经过多年发展，X100管线钢的标准也逐步完善起来。2002年，新版CSZ 245-1-2002首次将X100钢级列入了加拿大国家标准。之后，X100钢级被列入了ISO 3183草案中，并由ISO和API联合工作组完成了标准的修订。2007年，X100钢级正式被列入API SPEC 5L标准中。

2.1.3 X120管线钢

1993年，埃克森美孚公司开始研究X120管线钢，在1996年分别与日本新日铁和住友金属签订了X120管线钢研究合作协议，开展了X120管线钢钢板开发、X120管线钢焊接工艺多方面的研究[8]。2000年，埃克森美孚利用新日铁生产的X120钢管进行了全尺寸爆破试验。2006年，新日铁投资40亿日元，在君津厂建立X100和X120级超高强度管线钢钢管的生产体系，并于2008年3月实现了X120级UOE钢管的商业化生产。

目前国外掌握X120管线钢生产技术的仅有日本新日铁、住友金属和韩国的浦项制铁等少数几家，且生产X120钢级钢管均采用了UOE成型工艺。X120管线钢相关技术尚需进一步完善，如X120管线钢的止裂性能、焊缝强度匹配性问题等还需要深入的研究。

2.2 国内现状

2.2.1 X80管线钢

虽然国内X80管线钢研究起步较晚，但由于西气东输一线、二线等重大工程的推动，X80钢生产技术发展十分迅速。宝钢、武钢、鞍钢等国内大型钢企已相继成功开发了X80级热轧板卷和宽厚钢板，并具备了批量生产能力。宝鸡、华油、巨龙等钢管公司也已成功开发了X80级螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管。国产X80管线钢在技术标准、检测手段、试验方法上都实现了重大突破，质量达到国内外同类产品先进水平，西气东输二线用钢基本实现了国产化。

2.2.2 X100管线钢

2006年7月鞍钢成功研制开发了X100管线钢宽厚板，成为国内首家掌握X100级管线钢生产技术的钢铁企业。2007年8月武钢成功开发了X100板卷。另外，宝钢、本钢、济钢等也已成功研制了X100管线钢。

2007年华油钢管厂成功研制出X100钢级直缝埋弧焊管，直径813 mm、壁厚12.5 mm，其质量达到国际同类钢管实物水平。巨龙钢管公司采用JCOE工艺，成功制造了直径813mm、壁厚15mm的直缝埋弧焊钢管。2010年宝鸡钢管公司成功研制了X100螺旋埋弧焊管，管径1219mm、壁厚15.3mm。

2.2.3 X120管线钢

宝钢于2005年启动了X120管线钢的前期研发，2006年l0月宝钢在新投产的5 000 mm宽厚板轧机上成功试制出超高强度X120管线钢宽厚板，成为国内第一家、全球第四家具备X120管线钢试生产能力的企业。2008年3月太钢在2 250 mm热连轧生产线上成功轧制了X120板卷，成为全球首家实现X120管线钢卷板试生产的企业。巨龙钢管有限公司采用宝钢研制的X120钢级管线钢钢板成功研制出直径914 mm、壁厚16 mm直缝埋弧焊钢管，钢管成型采用JCOE工艺。管体和焊缝的强度、冲击韧性和硬度等力学性能均较为理想，达到了国外同类钢管实物水平。

3 高钢级管线钢应用现状

3.1 X80管线钢应用现状

国外近20多年的使用经验证明，X80钢级应用于高压输气管道已经是一项比较成熟的技术，其主要用户有加拿大的TransCanada、德国的Ruhrgas、英国的Transco、中国的中石油等。至今具有代表性的X80管线钢输气管道有德国Schluechtern-Werne管道、美国Cheyenne Plains管道和中国西气东输二线管道等工程。

（1）德国Schluechtern-Werne管道。管道全长259 km，设计压力10 MPa，管径1 219 mm，壁厚18.3 mm和19.4 mm，全部采用X80直缝埋弧焊管。这条管道的意义在于它是全世界第一条成功应用X80管线钢的大型高压输气管道，展示了X80管线钢在高压、大流量输气管道上应用的广阔前景，有很强的示范作用。

（2）美国Cheyenne Plains输气管道。从俄亥俄州首府夏延市 （Cheyenne）到堪萨斯州的格林斯堡 （Greensburg），全长611.55 km，最高运行压力为11.1 MPa，日输气量0.48亿m3，总投资4.25亿美元，所用钢管为加拿大IPSCO公司生产的螺旋管和美国NAPA公司生产的UOE直缝管。这是美国建设的第一条X80钢级长距离输气管道，也是第一次大规模应用HTP轧制工艺生产的管线钢管道[9]。

（3）中国西气东输二线管道。西气东输二线管道引进中亚地区的天然气，西起新疆霍尔果斯口岸，南至广州，东达上海，管道干线长4 843 km，直径1 219 mm，壁厚18.4 mm及以上，西段设计压力12 MPa，管道年输气量将达到300亿m3[10]。西气东输二线管道是我国首次大规模采用X80建设的长距离输气管道，其长度超过了国外所有X80管道的总长，标志着我国高钢级管线钢技术已达到了国际领先水平。

目前，全球已建X80管线钢管道统计概况如 表4[3，9-13]所示。

3.2 X100/X120管线钢应用现状

在X100管线钢应用方面，国外已有多条试验段建成。2001年英国BP公司与日本钢铁公司和德国的欧洲钢管进行合作，在美国阿拉斯加气田开发中使用X100管线钢。加拿大Trans Canada公司是X100管线钢应用的积极推动者，该公司已建设了多条X100管线钢试验段，见表5。

表4 国内外X80级管道项目

表5 X100级管道试验段[14-15]

2004年埃克森美孚公司与Trans Canada公司合作，在加拿大-30℃冻土地带建成了世界第一条长1.6 km的X120级输气管道试验段[16]，这也是目前全球唯一一条X120级管道。在该管道的施工过程中，研究人员重点关注了X120钢管的氢致断裂，并对焊接预热和焊接过程的温度进行严格监控。

目前国内尚未建成X100/X120管线钢试验段，但据相关文献报道，尚处于设计阶段的西气东输三线主干线拟建设X100/X120级管线钢的试验段[17]，如能实现，必将大大推动国内高钢级管线钢的发展。

4 结束语

国外高钢级管线钢的开发与应用已有20余年的历史，在X80管线钢的冶炼与轧制、钢管制造等方面积累了丰富的经验，生产技术趋于成熟；X100管线钢的开发生产也已积累了一定的经验，并建成了多条试验段工程；X120管线钢的生产技术仅掌握在少数几个钢铁企业，相关技术尚需完善。

国内对高钢级管线钢的研究起步较晚，但近几年发展迅速，随着西气东输二线等重大工程的开展，我国已跃居X80钢管道总长度第一位，生产与应用均达到了国际领先水平。X100与X120管线钢国内生产厂商也已开发出来，性能已达到国外实物产品同等水平，但尚未进行试验段建设，同时相关标准仍需进一步完善。

对于X80管线钢，相关技术发展已趋于成熟，势必会成为今后大口径、高压力油气管道，尤其是天然气管道用钢的趋势。对于X100、X120钢级的工程应用，需在提高X100/X120管线钢止裂韧性、改善焊缝强度与母材强度匹配性等方面进行更为深入的研究。

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Development and Application of High-grade Pipeline Steel at Home and Abroad

ZHANG Bin（PetroChina Pipeline R&D Center,Langfang 065000,China）,QIAN Cheng-wen,WANG Yu-mei,et al.

Development trend of long distance oil and gas pipelines is toward large-diameter and highpress.To meet these requirements,the application of high-grade pipeline steel becomes the development tendency of oil and gas pipeline construction gradually.Currently,the steel grade of onshore natural gas pipeline has been developed up to X80.And the research of X100 and X120 pipeline steels has made new progress.This paper introduces the development,production and application status of X80,X100 and X120 pipeline steels and views their development prospects.

X80 pipeline steel;X100 pipeline steel;research;application

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.01.001

张 斌 （1982-），男，山东聊城人，工程师，2009年毕业于哈尔滨工业大学，硕士，现从事油气管道科技信息与规划研究工作。

2011-03-30；

2011-04-26