本钢X80管线钢的开发与应用

摘 要：本钢新建2300热连轧机组是目前世界上规模最大、轧制能力最强的热连轧机组，本钢通过合理设计的X80合金成分，采用TMCP技术生产的具有针状铁素体组织的X80管线钢，具有高强度和高的抗冲击韧性，其制成的Ф1219mm×18.4mm螺旋埋弧焊管各項性能优良，完全满足中石油西气东输二线管道工程用X80螺旋埋弧焊管技术条件。

关键词：X80；管线钢；TMCP

西气东输二线天然气管线工程是我国建国以来最大的基础设施建设工程之一，工程干线首次采用X80钢级，是迄今世界上采用X80最大管道工程。项目规划一干八支，其中干线长度约4000km，管径1219mm，干线将使用18.4mmX80螺旋埋弧焊管。本文结合本钢2300mm轧机，对合金设计和TMCP工艺中的相变做了详细的研究。

1 X80管线钢化学成分设计

X80级别钢是从X65和X70的化学成分及管线钢生产中积累的经验发展过来的，X80管线钢的化学成分设计以低C-Mn-Nb微合金化为基础，高的Mn含量不仅能够起到固溶强化的作用，而且还因为Mn能延迟γ向α转变，从而通过细化铁素体晶粒和促进B形成获得进一步强化的作用[1]，还能减少板坯偏析和改善钢的焊接性能。再添加适量Cu、Ni、Mo、Ti、V等合金元素，从而平衡不同的强化机制，达到最终所需的性能。具体成分见表1。

2. X80管线钢热轧板卷的组织与力学性能

2.1 组织

管线钢的合金设计发展的最终结果是确定两种基本组织类型，这两种组织的钢是目前世界范围内API标准管线钢商业化生产的基础，它们是铁素体/珠光体钢和铁素体/针状铁素体钢。针状铁素体也被定义为由晶内形核产生的低碳贝氏体[2]。X80管线钢的组织应由针状铁素体+少量等轴铁素体+少量MA组元构成，MA组元是高碳马氏体和残余奥氏体的混合。如图1，X80的金相显微组织为针状铁素体加少量弥散分布的M-A岛状组织，组织均匀，晶粒细小，晶粒组织评定为12级，带状组织1.0级，完全满足X80金相组织评定的技术条件。

图1 a：边部显微组织；b：1/4处显微组织；c：心部显微组织

2.2 力学性能

X80管线钢拉伸性能、夏比冲击试验V型缺口和DWTT取样都是沿板卷30°方向。具体性能见表2。

屈服强度在570～690MPa之间，抗拉强度在670MPa～720MPa之间，管线钢的屈强比是钢管抵抗破裂的重要参数，它表示了材料从屈服到最后断裂过程中的变形能力[3]。西气东输二线管道工程用热轧板卷技术条件中屈强比要求≤0.92，根据此标准，本钢开发的X80管线钢的屈强比下限为0.82，上限为0.90，全部符合要求。

3 Ф1219mm×18.4mmX80管线钢SSAW制管

辽阳石油钢管厂用本钢X80制造的螺旋埋弧焊制管，规格Ф1219mm×18.4mm，取3个约2.5m长的螺旋缝埋弧焊管管段，来自其原料板卷的头、中、尾部，送中国石油天然气集团公司西安管材研究所进行试验。

母材屈服强度为562MPa～655MPa，抗拉强度为702MPa～738MPa，屈强比为0.77～0.89， DWTT试验结果，在-10℃和-20℃试验温度下，管体母材横向断口的剪切面积SA都为99%，管体纵向断口的剪切面积SA都为100%；夏比冲击功在-10℃和-20℃都大于270J，剪切面积SA均为100%，表明该螺旋埋弧焊管具有较高的强度和韧性，较高的抗撕裂能力。

4 结论

本钢研制的X80管线钢具有合适的成分设计，具有低的含碳量，通过Nb-V-Ti微合金化控制组织，采用TMCP技术获得了高强度、高韧性、良好的抗撕裂能力和较好的焊接性能的X80管线钢。

组织为针状铁素体加少量弥散分布的M-A岛状组织，具有管线钢两种基本组织之一的铁素体/针状铁素体钢的基本特征。

用本钢研制的X80热轧板卷制造的Ф1219mm×18.4mm螺旋埋弧焊管，各项性能指标完全满足中石油西气东输二线管道工程用X80埋弧焊管的技术条件。

参考文献

[1]A.Massip and L.Meyer.Grobblech und Warmband aus bainitischen Stahlen mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt.Stahl und Eisen 98（1978），989-996

[2] Douglas G.Stalheim.The use of High Temperature Processing（HTP） Steel for High Strength Oil and Gas Transmission Pipeline Applications.Chinese Society for Metals Fifth International Conference On HSLA Steels 2005，Hainan，China，November 2005

[3]霍春勇，马秋荣，袁彭斌，等.西气东输管线钢技术调剂关键技术指标研究。西气东输管道与钢管应用基础级技术研究论文集，北京：石油工业出版社，2004，11

作者简介

徐勇（1979-），男，辽宁省沈阳市人，现职称：工程师，学历：硕士，研究方向：石油天然气管道用钢。