我国钢管行业面对“十三五”的产品升级方向

庄　钢，钟锡弟

（中国钢结构协会钢管分会，天津300301）



我国钢管行业面对“十三五”的产品升级方向

庄钢，钟锡弟

（中国钢结构协会钢管分会，天津300301）

摘要：阐述了我国钢管下游主要行业用管的种类、品种，行业用管特点和对钢管的要求；分析了下游主要行业的发展趋势及用管需求趋势。提出我国钢管行业要以下游行业用管需求为产品研发方向，加大研发力度，调整品种结构，提升产品等级，实现钢管产业由量向品种、质量和效益的战略转变。

关键词：中国；钢管行业；“十三五”；产品升级；发展方向；战略转变

庄钢（1955-），男，教授级高级工程师，副总工程师，主要从事无缝钢管生产技术工艺研究与管理工作。

2015年不仅是“十二五”收官之年，也是做好“十三五”发展规划的关键年。“十二五”是我国钢管工业发展速度最快、产品结构调整、工艺装备提升、节能减排取得一定成效的5年，钢管工业有效满足了经济社会发展需要。但与此同时，行业发展产能出现相对过剩，企业经济效益下滑，成本压力加大，企业融资难、融资贵，资金风险上升，环境等制约因素逐步增大；阶段性矛盾和结构性矛盾越显突出。

“十三五”时期是深入推进创新发展、加快转型升级的攻坚阶段。在“新常态”下，钢管产业进入大变革、大调整的新阶段。钢管工业企业须在发展理念、商业模式、工艺技术、企业管理等方面创新发展，做好顶层设计，理顺思路，确保在本轮严酷的洗牌中能够得以生存，并取得更好地发展。解决生存问题的出路之一是：围绕下游行业用管需求，调整品种结构，提升产品等级［1-4］。

1　下游主要行业用管产品的升级方向

1.1油井管

1.1.1油套管

（1）铁镍基合金油套管。为了满足油套管在高含CO2/H2S或H2S环境中服役的性能要求，国内企业已为油田开发出了G3、2535、028、2250、2242、2332等牌号的铁镍基合金油套管，并已批量供货［5］。近两年来，根据油田的需要正在开发（22～ 25Cr）双相钢、超级双相钢油套管。

（2）钛合金油套管。钛合金具有低密度、高强度和耐腐蚀等性能，被广泛应用于航空、航天、军工、汽车等领域；在油气开采领域，钛合金首先被成功用于海上油气开采，近期国内陆地油田正在试用钛合金油管，未来钛合金管材可部分替代镍基合金管材［6-8］。

（3）高抗挤毁套管（140TT、150TT）、深井超深井套管（140V、155V、165V）、抗硫化氢应力腐蚀套管（C110、110SS、125S）、稠油热采用套管（110H、125H）等高端产品，国内均可以批量生产，当前需要进一步提高这些产品的质量稳定性。160TT、170V、125SS套管等均是我们未来继续研发的产品。

（4）页岩气开采用套管。页岩气开采用套管具有良好的抗内压及密封性能；水平及延伸部分能承受拉伸、压缩、扭转循环载荷作用，良好的弯曲变形能力（高的狗腿度）；良好的耐热应力/应变性能（注水和生产过程中温度变化很大）；良好的气密封性和抗腐蚀性能（长期开采，储气层往往呈酸性）。此类产品应是未来大规模开发页岩气的储备产品。

1.1.2特殊螺纹接头

目前，国内已开发的特殊螺纹接头有30多种。据统计，国内生产的特殊螺纹接头油管和套管已占国内油田需求量10%以上，未来特殊螺纹接头油管和套管占比还将继续增长［9］。近期，国内企业在大直径、半直连型、新一代高性能特殊螺纹接头油管和套管的开发上又有了新进展。TP-CQ BG特殊螺纹接头啮合状态如图1所示。

图1　TP-CQ BG特殊螺纹接头啮合状态示意

1.1.3连续油管

连续油管主要应用于冲砂、洗井、投捞、除垢、气举排液、完井、钻井等常规作业。近年来，耐腐蚀不锈钢油管、高端特殊螺纹接头油管发展迅速，在此基础上，超大管径、精细化、智能化是连续油管未来重点发展方向。随着国内页岩气的大规模开发，超大管径连续油管是未来的发展趋势，外径由小到大，长度越来越长，强度由弱到强。如不锈钢连续油管（316、316L、304、双相不锈钢），外径9.525～88.900 mm（0.375～3.500 in），壁厚1.9～7.6 mm，长度可根据客户需求达到万米以上，最高耐压达103.4 MPa。宝鸡石油钢管有限责任公司的低合金钢CT80、CT90、CT110（外径≤60.3 mm）连续油管产品已成功用于油田并出口国外。

目前，世界高端连续管作业区域已使用超大管径连续油管装备，其油管缠绕能力可达2.875～4 500 m；而专为压裂作业而设计的超大管径连续油管，则可实现大排量连续管喷砂射孔、分段压裂等作业。在全集成自动化方面独具优势的“全集成控制系统”、“远程指挥决策系统”、“设备远程诊断系统”3大主干系统，未来完全可以使井场作业无人化。智能化操作可以减少人力成本，同时让作业更加精准、高效，这将是未来油田行业最主要的发展方向。

1.1.4钻杆管

塔里木油田是世界公认的钻井难度最高的油田之一，其地质构造复杂多变，钻杆服役条件极为苛刻。目前，国内含硫油田急需120SS、105SS级的抗硫化氢腐蚀钻杆及接头；钻井新工艺强化钻井（大钻压、高钻速、高泵压）对钻柱构件用钢的强度（特别是抗扭强度）、韧性、疲劳和腐蚀疲劳抗力提出了新的、更高的要求。为适应我国超深（8 000 m左右）、高温、高压深井钻探（165钢级、150钢级），超高韧性、高强度、耐酸性环境腐蚀钻杆管是产品的升级发展方向。

近几年发展的非API钻杆：超高强度高韧性钻杆（如法国瓦卢瑞克、美国格兰特公司研发的165钢级），酸性环境用钻杆（如格兰特按IRP标准研制的抗硫钻杆），高抗扭钻杆（用于大位移、水平井），低温钻杆（用于寒冷地区），铝合金钻杆（主要用于海洋），钛合金钻杆（主要用于海洋），碳纤维材料复合钻杆，径向水平井钻井的特种钻杆。

1.1.5膨胀管

膨胀管技术是石油钻采方面的核心技术，其应用将是一场能源钻采行业的技术革命，在海洋能源开采上具有特殊优势。涉及的相关技术有：已达到膨胀管“无缝化”水平，延伸率超过30%，专用膨胀锥技术和膨胀后的螺纹密封技术。

国内已开发出80钢级膨胀率达18%的LSX-80热张力减径电焊管。目前，美国Long Star公司和法国V&M公司相继开发出95钢级膨胀率达25%以上的膨胀套管新产品。

1.1.6连续管线管

油田地面建设工程集油管线、采气管线、注水管线的铺设主要采用无缝钢管单根焊接，这种工艺会导致焊口多、空气污染严重、劳动强度高、施工效率低。连续管线管的布管装备固定在原地，由牵引车牵引连续管线管头进行布管。

2010年6月在我国南海北部湾涸洲6-1项目中成功铺设了第1条12 km Φ76.2 mm连续管线管，标志着我国海底连续管线管的设计、制造、铺设实现了国产化。连续管线管的应用为海洋边际油气田开发提供了新思路，随着海洋油气资源开发的不断深入发展，连续管线管必将成为海底管道用管一个重要的发展方向。

1.2工业建筑业用管

钢管结构是一种新型的节能环保的建筑体系，被誉为21世纪的“绿色建筑”。它是一种质量小、强度高、抗震性能好、节能环保并能循环使用的承重钢管结构，符合我国发展节能建筑和经济持续健康发展的要求。钢管结构是一个新兴市场，《国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展规划纲要》要求，着力研究生产大直径冷轧方矩形管以及厚壁热轧方矩形管等，用热轧替代冷弯和焊接正是钢结构行业努力的方向。“十三五”期间，各类圆形、方矩形、异形钢管的开发生产要不断满足我国超高层建筑、大跨度空间（体育、会展场馆、高铁站、航站楼等）钢管建筑结构、房地产、公路、铁路和其他基础设施建设对中高端建筑用管的大量需求。

热成型方矩形管具有抗扭强度高、稳定性好、外形美观等优点，已在首都新博物馆以及广州新白云机场主楼、连接楼、连接桥、指廊等钢结构中得到了大量应用；方形管最大截面达500 mm×500 mm×22 mm、500 mm×500 mm×16 mm，矩形管最大规格为500 mm×300 mm×16 mm，目前上述3种规格的方矩形管均从国外进口，价格较高。欧洲最早制定了热成型钢管标准——EN 10210《非合金和细晶粒结构钢的热轧结构钢管》，它起源于英国，相继在德国、法国、日本均予以推广应用。英国热成型钢管厂的产品规格有：圆形（Φ219～508 mm），方形（160 mm×160 mm～400 mm×400 mm），矩形（200 mm×120 mm～500 mm×300 mm）等。

1.3工程机械行业用管

最近几年国内工程机械行业发展十分强劲，特别是其关键零部件企业。资料显示：液压油缸行业每年对钢管的需求量不低于200万t。工程机械液压油缸主要应用于起重机、装载机、挖掘机、旋挖机等。

国内工程机械液压与气动行业期待工程机械用精密无缝钢管向高可焊性、高强度、高韧性、高淬透性、高精度、低成本的低合金管，轻量化（低C、低Si）方向发展。

1.4海洋工程用管

（1）海水淡化用管材：传热管——铜镍合金管、铝黄铜合金管、铜镍铁锰合金管、钛管等［10］。以单机产水规模4.55万m3/d MSF（多级闪蒸法）海水淡化装置为例，Φ32 mm×1 mm传热管的传热面积为122 150 m2，传热管用量∧1 000 t。另外，使用少量304（用于蒸汽主管道）、316L（用于喷淋管道）、双相钢（如2507，用于高压管道）等材质钢管。

海水淡化用管材料的发展方向为工业纯钛管和双相不锈钢钢管。

（2）海洋油气工程用管。①运输液化石油气（LPG）、液化天然气（LNG）等船用压力管，2.5Ni、3.5Ni、9Ni、36Ni超低温钢（-165～-60℃）、铝合金是现阶段的发展方向；②“海洋工程”特殊的钻采设备、原油处理/液化石油气/液化天然气处理（流程）系统、特殊的系泊系统、火炬系统等，“海洋油气钻采装置”是“海洋工程”的重要标志；③构造中用的“钢管”（如导管架、钻井架、水下钢桩、隔水套管、系泊支架、模块支架、直升机平台、火炬塔架等），具有规格多、材质高、比较杂，有同径、异径，不同壁厚，还有大量的Y、K、T型的管节点（如导管架、钢桩、井口隔水套等）的特点；④海洋平台用的桩柱管、桩腿管，采用X80Q、X100Q钢级管线管。深海钻井隔水用管目前正在向更高强度级别的X100和X120等发展；另外，具有高性能的钛合金、铝合金也逐渐被用于深海钻井隔水管中，并且很好地满足了使用要求［11］。

（3）海底管线管。海底管线的入口压力超过20 MPa（陆上最高13 MPa），管线材料采用X60、X70、X80钢级，部分将采用X100钢级高强度钢、X120钢级超高强度钢［12］。

未来海洋用管材质的开发方向为输送液态硫化氢的双相钢、超级双相钢，而目前海上LNG输送管道的开发还是世界性的难题。

1.5汽车业用管

安全、环保、节能、轻量化是未来汽车工业发展的主要方向，也是衡量汽车制造企业产品水平的重要标志之一。高强度钢和超高强度钢是汽车行业的首选，也是未来汽车用钢升级发展的方向。汽车用钢总体以高强度、轻量化、节能为目标，研究开发新材料、新工艺：①高强度低碳马氏体钢管，用作汽车车门的防撞杆等；②液压成型用钢管，用作承载式车身的异型横梁等；③非调质钢管；④适应主动安全设计的传动轴专用钢管。

双层管（全称双层铜钎焊钢管，俗称邦迪管）是广泛用于汽车和相关行业的一种特殊管材；它是由两层钢带卷成，中间用铜作钎焊填料，在炉内相对静态焊接而成；是国际上公认的以钢代铜的首选管材［13］。作为节约型的钢材品种，双层管迎来了新一轮的发展。

另外，用钢管替代传统的棒材加工汽车齿轮、齿轴得到发展。传统的齿轮、齿轴采用棒材加工，浪费材料并且加工量大。采用钢管作为齿轮、齿轴材料，即节约了大量的材料又节省了加工工时。目前，国内已开发出20CrMnTiH、20CrMoH、SCM420H、SCM822H、SAE8620H、16～20MnCr5等齿轮、齿轴用钢管，符合GB/T 5216—2004《保证淬透性结构钢》、JIS G 4052∶2008《保证淬硬性的结构用钢材（工字钢）》、ASTM A 304—2011《符合末端淬透性要求的碳素钢和合金钢棒材》、EN 10084∶2008《渗碳钢交货技术条件》等标准要求，且得到用户好评。

1.6市政给排水行业用管

每年民用项目所用给排水管材大约在10亿m，主要分为：①建筑给水用管；②市政给水用管，用于城市、城镇新建水厂和水厂改造，新城区城市管网建设，老城区管网改造；③排水及其他，排水管用量类同于给水，种类多为非金属管材。三类管材在城市建设市场所占份额见表1。

表1　三类管材在城市建设市场所占份额

城市建设用管的发展方向有：①防腐，涂层涂料的研究和信息搜集；②复合，多种塑料及树脂、双金属；③连接方式，快速、牢固（可靠）［14］。

1.7煤炭工程机械行业用管

目前，我国煤炭的开采多为地下开采，随着煤炭开采的综采化程度不断提高，煤炭工程机械制造对钢材的要求也越来越高。

液压支架是以乳化液作为动力介质，将液压能转化为机械能的一种机械设备；它与掘进机、采煤机、输送机、液压泵站等共同组成综采工作面设备。在煤机综采设备“三机一架”（掘进机、采煤机、刮板机、液压支架）中，液压支架占综采设备总价值的50%。

液压支架主要由顶梁、底座、立柱、推移千斤顶、操纵阀和控制阀（包括安全阀、液控单向阀）等组成。液压支架的升降依靠立柱来完成，移架和推溜由底座上的推移千斤顶来完成。

矿用液压支架上的立柱千斤顶不同于一般工程油缸，它使用的介质是乳化液，一般是由水加专用浓缩液配比而成。随着环保观念的加强，国家和大型煤矿又提出立柱千斤顶直接使用水作为介质；而煤矿当地的水质较差，多为含硫酸根和氯离子较多的酸性水质，再加之煤矿管理的不严谨，导致立柱千斤顶实际使用的介质条件较差。目前的防腐措施是在工件表面镀铜、镀铬，但镀铜对环境污染大，镀铬防腐效果不好；其他还有表面喷涂陶瓷、激光熔覆不锈钢等。上述两种方法成本太高，具体应用效果不明确。

对液压支架立柱、千斤顶管的要求：高强度、耐腐蚀、焊接性能好、优良的综合机械性能。

从材料入手，着力提高液压支架的可靠性，开发出适合于重型液压支架的新材质，整体上提高油缸用无缝钢管的耐腐蚀性能。

1.8石油化工行业用管

目前我国石油化工行业用钢管存在的主要问题：没有形成完整的标准体系，高性能钢管需要大量进口，钢管研发进程滞后，生产企业的产品质量及服务意识还有待提高等。具体表现在4个方面：①板材、管材、锻件、焊接材料不配套，不锈钢钢管生产组距不配套；②石油化工行业需要的中厚宽板，大直径、厚壁钢管生产能力非常有限；③不锈钢钢管产品质量不稳定；④新品种的研发和生产尚无法满足石油化工行业的发展等。另外，国内企业在产品开发方面与国外的企业相比还有差距。例如，欧洲的一些不锈钢钢管企业每年都有十几种不锈钢钢管新品种推出，而我国企业在这方面的工作还很不够。

由于我国在石油化工行业需要的不锈钢钢管有很多国内不能提供，只能靠进口。不锈钢种类繁多，对石油化工行业而言，大量使用的多为奥氏体类。石油化工行业对不锈钢钢管的需求量极大，该行业使用的不锈钢无缝钢管主要牌号、规格包括：304、321、316、316L、347、317L等，外径18～610 mm，壁厚6～50 mm。其中，304为低碳奥氏体不锈耐酸钢；321为奥氏体不锈耐酸钢；316与347为奥氏体不锈热强钢；316L与317L为超低碳奥氏体不锈耐酸钢［15］。

石油化工行业所需的管材要求特殊，价格昂贵，占工程项目投资比例较大；因此，石油化工行业呼唤经济型钢管。对特殊场合用材追求个性化服务，全力支持国内钢管制造企业进行高性能钢管研发工作。

1.9电网及风电铁塔用管

国家电网公司110（66）kV及以上在建（包括已投产和新开工）线路工程中大量应用了钢管塔，采用的管材主要是高频直缝焊管（ERW/HFW）和直缝埋弧焊管（SAWL），其材质为Q345、Q390、Q420和Q460等。近年来特高压骨干网铁塔多采用Q420 和Q460低合金高强度钢管。

2015—2020年，我国平均每年的新增风电装机容量将达到1 800万kW，我国风电机组整机和主要零部件制造商将迎来长期稳定的发展时期。

1.10火电和核电用钢管

我国优化能源结构和实现国家节能减排战略目标的根本举措是重点和优先发展高参数大容量超超临界火电机组和百万千瓦核电机组。

对于火电机组而言，实现了我国超超临界火电机组关键锅炉管从无到有、从有到全、从全到先进的历史性跨越，填补了国内空白，打破了国外垄断；国产高压锅炉管的国内市场占有率从不足30%增长到90%，并实现了大量出口，彻底改变了世界锅炉管市场格局。目前，我国已建成600℃蒸汽参数超超临界火电机组约1.224亿kW（141台机组），这些机组虽仅占我国现有火电机组的14.2%，但已占全球同类装机的80%。我国已成为燃煤发电技术领先的国家，但在超超临界火电机组所用管材研发上与世界先进国家还有一定的差距。

为提高我国超超临界火电机组的技术水平，实现700℃超超临界火电机组燃煤发电技术的自主化，高端锅炉管产品研发的升级方向应是更高层次的高端耐热管。如：锅炉水冷壁用管材质T23/ T24、T92、和HCM12，锅炉过热器和再热器小直径锅炉管材质NF709R、Sanicro 25、GH2984G、CCA617和Inconel 740H等，锅炉管道和集箱用大直径锅炉管材质Super 304H、NF709R、CCA617 和Inconel 740H级别的耐热材料。国内无缝钢管企业可以生产满足国内95%以上品种的高压锅炉管需求，但由于超临界、超超临界和更新的机组对钢种及规格提出更高的要求，要完全替代进口，国内企业在研发能力及产品质量稳定性方面仍有很大的提升空间。

我国已成功批量生产CPR1000/AP1000/EPR百万千瓦级压水堆核电站蒸发器690U型传热合金管。2014年4月，新一代690U型传热合金管首批产品交付国家重点示范工程CAP1400核电机组，这表明我国核电技术及关键设备制造能力跃居国际先进水平。

现阶段，重点发展超临界、超超临界火电机组用大直径耐热、耐高压管，核电机组用高性能铁素体和奥氏体不锈钢、锰镍钼类合金钢管等，进一步优化完善工艺，稳定质量，克服核电用钢管品种规格多、批量小等困难，千方百计满足我国核电发展多品种、多规格、高质量的需求。核电用钢管的主要品种规格情况见表2。

表2　核电用钢管的主要品种和规格

2015年3月10日，从我国参与的第四代核能系统国际论坛会议上获悉，核电启动是中国发展清洁能源、抗击雾霾的重要举措。随着核电建设的崛起，整合核电产业链将迎来前所未有的黄金机遇。预计中国未来5年新增装机容量将达到4 000万kW，5年内的核电设备需求将超3 000亿元。

2　结　语

（1）“十三五”期间，中国钢管行业要突破一批国家建设急需、引领未来发展的关键管材和技术；到2020年，建立起具有较强自主创新能力和可持续健康发展，产、学、研、用紧密结合的管材产业体系。

（2）行业主要关键品种能够满足国民经济和国防建设的需要，部分高端管材产品达到世界先进水平，钢管产品升级换代取得显著成效，企业转型升级取得实质性进展，实现钢管产业由量向品种、质量、效益的战略转变。

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Orientation for Product Upgrade to be Taken by Domestic Steel Tube Industry during 13th FYP Period

ZHUANG Gang，ZHONG Xidi
（Steel Tube Branch，China Steel Construction Society，Tianjin 300301，China）

Abstract：Elaborated in the article are the varieties，types，and characteristics of the steel tubes as used in the major domestic steel tube downstream industries，and relevant requirements for such products. Also analyzed here are the development trends and steel tube demand trends of the said industries. Accordingly，it is suggested that the domestic steel tube-making industry take product R & D addressing the needs for steel tubes by the downstream industries，strengthen the R & D efforts，adjust product variety，and upgrade the products so as to realize the strategic transformation of the steel tube-making industry from the present output-seeking mode into a new mode aiming at product variety，quality and benefit.

Key words：China；steel tube industry；the 13th FYP；product upgrade；development orientation；strategic transformation

收稿日期：（2015-11-10）

中图分类号：TG335.7；T-1摇

文献标志码：A摇

文章编号：1001-2311（2016）01-0001-06