采用WFHY系列高强钢制作输气站汇管

张四毛 堵 佩 李 斌 何国栋

1中海油珠海天然气有限责任公司2中海石油气电集团有限责任公司3中国石油西部管道塔里木输油气分公司4中国石油天然气管道工程天津滨海分公司

采用WFHY系列高强钢制作输气站汇管

张四毛1堵 佩2李 斌3何国栋4

1中海油珠海天然气有限责任公司2中海石油气电集团有限责任公司3中国石油西部管道塔里木输油气分公司4中国石油天然气管道工程天津滨海分公司

由于石油天然气输送用汇管使用压力较高，且汇管原则上是参照压力容器进行设计和制造的，以往制作汇管所用材料大多采用GB713标准中的压力容器用钢板，但由于容器用钢的强度指标较低，且随着厚度的增加强度指标随之下降。拔制汇管通过整体补强计算后筒体厚度会很大，由此给汇管制造带来不利因素。低合金高强钢是通过降低碳含量，加入铬、镍、钼、铌、钒、钛、硼等微合金元素，使材料具有高的强度和韧性。采用低合金高强钢制作汇管时钢材用量远低于采用压力容器材料，可降低工程投资。通过汇管的制造和在输气站场的实际应用，汇管选材采用高强钢WFHY415、WFHY485分别替代压力容器用钢Q 345RH和Q 370R，效果很理想。

输气站；汇气管；选材；高强度钢

由于石油天然气输送用汇管使用压力较高，且汇管原则上是参照压力容器进行设计和制造的，以往制作汇管所用材料大多采用GB713标准中的压力容器用钢板，但由于容器用钢的强度指标较低，且随着厚度的增加强度指标随之下降。拔制汇管通过整体补强计算后筒体厚度会很大，由此给汇管制造带来不利因素：①壁厚造成汇管重量增大，使汇管的制造、运输成本提高；②由于汇管主体厚度比支管相接管线厚度多出几倍，造成支口拔制与对接难度增大；③焊材消耗及焊接工作量亦相应增大；④有些汇管焊缝采用射线探伤机已经不能满足检测要求，必须采用放射线源方能检测。

1 压力容器材料及性能

压力容器材料用钢应当是氧气转炉或者电炉冶炼的镇静钢。选择压力容器受压元件用钢时应考虑容器的使用条件、材料性能（力学性能、化学性能等）、容器的制造工艺及经济合理性。压力容器化学成分和机械性能分别列于表1、表2。

表1 压力容器材料化学成分%

表2 压力容器材料机械性能

2 高强钢材料化学成分和机械性能

低合金高强钢是通过降低碳含量，加入铬、镍、钼、铌、钒、钛、硼等微合金元素，使材料具有高的强度和韧性。

一方面低碳有利于提高钢的韧性，具有高的低温止裂韧性；另一方面可显著地改善钢的焊接性能。对于需要更高韧性和焊接性能的受力复杂的大型钢结构件，通常采用≤0.10%的碳含量设计。

铬、镍能增加奥氏体过冷能力，降低马氏体和贝氏体的转变温度，促进马氏体的形成，适量的钼和硼能显著增加钢的淬透性，推迟过冷奥氏体向珠光体转变。通过钼和硼的复合添加，钢板轧后再经过ACC快速冷却，基本可以消除钢中铁素体和珠光体的生成。铌对晶粒细化作用十分明显，通过轧制过程中Nb(C，N)应变诱导析出阻碍形变奥氏体回复、再结晶，经控轧控冷使精轧阶段非再结晶区轧制的形变奥氏体组织再相变时转变成细小的相变产物。钒具有较高的析出强化作用，用来提高钢的强度。钛是强烈的固N元素，细小的TiN粒子可有效地阻碍钢在加热时的奥氏体晶粒长大，并且能显著地改善钢的焊接性能。高强钢材料的化学成分和机械性能分别列于表3、表4。

表3 高强钢材料化学成分%

表4 高强钢材料机械性能

3 经济性分析

以PN9.2MPa DN900汇管为例，最大拔制开口DN700mm，设计系数0.4，考虑2mm腐蚀余量。若采用Q370R材料计算时筒体厚为59mm，汇管每米重量1 244 kg；若采用WFHY485材料计算时筒体厚度为43mm，汇管每米重量924 kg。两者重量差320 kg。按市场钢板价格比较，二者钢板吨价几乎相同，均为8 500元/吨，所以重量的差异导致汇管造价相差2 720元/吨左右。

4 综合分析

（1）由表1～表4可以看出，Q345R及Q370R所含合金元素较少，与高强钢材料成分差别较大，且不能通过热处理提高强度指标，而WFHY415和WFHY485所含合金元素与管线钢管材料成分接近，强度指标与管线钢管材料相同，且可以通过相应热处理获得需要的强度指标，其冲击韧性指标明显高于压力容器用材料。

（2）就焊接因素来考虑，WFHY415和WFHY485与管道或管件焊接连接属于同级别或相近级别相焊接，而Q345R及Q370R由于材料成分的差异，选择焊材时应考虑影响焊接的因素较多，导致焊接工艺评定的工作量相应增大。因此，采用WFHY系列材料比采用Q345R及Q370R与管道或管件焊接具有很大优势，也为管道工程良好的焊接质量提供更有力保证。

（3）由于汇管开孔补强计算是按屈服强度考虑的，因此相同设计参数用Q345R材料计算后得到的厚度要比用WFHY415材料厚20%左右；而用Q370R材料计算厚度比用WFHY485厚30%左右。由此带来的不利影响如下：①由于厚度的差异，使筒体卷制难度相当大，甚至已经超出了薄壁圆筒的范围，需要采用热卷筒节来解决；②使用压力容器材料造成汇管的焊材消耗及焊接工作量增大；③汇管的拔制难度增大，拔制部分从主管到支管金属厚度变化非常大，管道应力分布不均，且焊接连接由厚变薄过渡较困难。

（4）从上述分析及汇管制造总体考虑，由于吨价接近，采用低合金高强钢制作汇管时钢材用量远低于采用压力容器材料，可降低工程投资。

（5）近几年，通过汇管的制造和在输气站场的实际应用，汇管选材采用高强钢WFHY415、WFHY485分别替代压力容器用钢Q345RH和Q370R，效果很理想。

（栏目主持张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.028