刘西畅 陈震 李喜庆 冯宁波

摘 要：随着输油输气行业的迅速发展，管线钢作为主流用钢，其经济性、可靠性和稳定性越来越受到关注。本文从我国管线钢的发展历程出发，以宝钢为例，介绍了现阶段我国管线钢的生产情况和应用情况，并通过组织成分、生产工艺以及焊接工艺等方面重点介绍了现阶段超高强管线钢的研究现状，并肯定了其未来广阔的发展前景。

关键词：管线钢；超高强度；X100/X120；研究现状

1 引言

随着近年来石油和天然气需求量的日益增长，输油输气管线也在迅速发展。由于恶劣的开采环境，开采作业中管线钢的经济性、可靠性和稳定性越来越受到关注。研究表明，与X80相比，X120的强度提高了近50%，可节省管线工程投资10%左右。近年来，使用高等级、大壁厚管线用钢呈现出越来越强的发展态势[1]。

2 我国管线钢的发展历程

我国管线钢的发展十分迅速。上世纪六七十年代主要采用国内生产的A3、16Mn，随后因强度不足很快淘汰。八十年代后按美国API标准生产的管线钢板开始兴起，但由于国内技术落后，多使用进口板。九十年代后，国内管线板生产发展很快，各大钢厂相继开发生产高钢级管线钢。以宝钢为例，宝钢于1995年开始批量生产X52管线钢，在十多年的时间里，宝钢生产的常规和抗腐蚀高钢级管线钢总量超过400万吨。近两年在宝钢人的努力下，不仅产量得到飞跃，还成功开发了超高强管线钢种。目前管线钢板卷已经用于西气东输管线，中俄管线等国内外输油输气重大工程[2-3]。

3 超高强度管线钢的研究现状

超高强管线钢对于降低输送管线的建设成本和确保安全性方面优势明显，其将来必定会成为管线产业的新宠。

3.1 超高强度管线钢的化学成分与微观组织

不同强度级别的管线钢不仅化学成分不同，也有着完全不同的微观组织，不同的显微组织决定了其不同的机械性能。根据显微组织的不同，管线钢可分为铁素体-珠光体型管线钢、针状铁素体型管线钢、贝氏体-马氏体型管线钢及回火索氏体型管线钢[4]。

为保证X120钢高强度和高韧性的设计要求，采用低Pcm的低C-Mn-Ni-Mo-Nb-V-B设计，如表1[5-7]。

由上表可以看出，与X100钢相比，X120钢中添加了B元素。文献[6]指出B元素的作用是提高钢材的淬透性，促进M及下贝氏体的形成，并提高其韧性。与X100的上贝氏体组织相比，通过B元素的添加，X120可获得M+下贝氏体组织，从而获得更优异的机械性能。

3.2 超高强度管线钢生产工艺

现阶段管线钢轧制工艺比较成熟的有TMCP、HTP等技术。

TMCP就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却的技术总称。其通过控制轧制温度和轧后冷却速度、冷却的开始温度和终止温度来控制钢材高温的奥氏体组织形态和相变过程，最终控制钢材的组织类型、形态和分布，提高钢材的组织和力学性能[8]。而HTP是通过增加Nb含量，从而提高终扎温度，配合扎后快速冷却，得到细小的针状铁素体型组织，提高力学性能[9]。

目前X120管线钢的热处理方法可分为以下两种：DQ-T和TMCP工艺。经综合评定研究发现，得到下贝氏体+M的TMCP工艺生产出的X120管线钢更为理想[1]。

3.3 超高强度管线钢的焊接及接头强韧机制

由表1可知，X100/X120管线钢含碳量和Pcm值较低，焊接性较好。管线钢的强度主要依靠细晶强化及位错强化等，而由于焊接的不均匀性，焊缝组织会产生复杂的变化，从而破坏其原有强度。

文献[10-11]指出，焊缝金属以贝氏体及板条马氏体为强化相，通过细小的针状铁素体对晶粒的分割作用增加韧性。熔敷金属通过位错强化、细晶强化和固溶强化来获得强度。而不含碳化物的贝氏体条能有效阻止裂纹萌生和扩展以获得韧性。焊材选择以Mn-Ni-Mo-Cr为主要合金系。Ni的作用是提高其低温韧性，适量的Ti，B，V等微合金元素用以提高贝氏体的含量。更多有关超高强度管线钢的焊接及接頭研究请参阅文献[10-12].

4 展望

目前世界范围内石油和天然气的开发还在继续，由此带动了管线产业的蓬勃发展。而由于增加内径、提高管线的长度与输送压力具有安全便捷、成本低等优势。因此，使用高等级管线用钢已成为发展趋势。虽然由于技术问题，超高强度管线钢的应用还很受限，但我相信超高强度管线钢的前景将会一片光明。

参考文献：

[1] 李继红，杨亮，张敏.X120管线钢的研究现状和发展前景[J].材料热处理技术，2012，41（22）：99-103.

[2] 胡会军，田正宏，王洪兵，职建军.宝钢管线钢炼钢生产技术进步[J].宝钢技术，2009，1：65-68.

[3] 孙梅.我国高等级管线钢的开发与应用[J].中国钢铁业，2009，3：41-49.

[4] 彭玲利.X100高钢级管线钢研发[D].重庆：重庆大学，2011.

[5] 刘志军，张歌，李超，高飞，汪翰云.X120管线钢管的开发及其力学性能[J].焊管，2011，34（10）：78-82，87.

[6] 李继红，杨亮，张敏.X120管线钢的研究现状和发展前景[J].材料热处理技术，2012，41（22）：99-103.

[7] ZHANG Yong-qing et al.Development and Production of X120 Strip With Excellent Toughness in Shougang Steel[J].Journal of Iron and Steel Research，2011，18（Supplement 1-2）：908-914.

[8]张伟卫，熊庆人，吉玲康，宫少涛，李洋.中国金属学会.2010年全国轧钢生产技术会议文集.中国内蒙古赤峰.2010

[9] Stalheim D G. The Use of High Temperature Processing Steel for High Strength Oil and Gas Transmission Pipeline Applications[J].Iron&Steel;，2005，40（Supplement）：699-704.

[10]栗卓新，马司鸣，HEE Jin-kim.X100/X120管线钢焊接接头强韧化研究进展[J].电焊机，2013，43（4）：1-7.

[11]马司鸣.X120管线钢金属芯焊丝及焊缝强韧化机制的研究[D].北京：北京工业大学，2013.

[12]李延丰.X120钢级螺旋缝埋弧焊管研制结果及分析[J].钢管，2012，41（2）：34-37.