X90/X100管线钢国内外研究开管线钢国内外研究开发与应用进展发与应用进展DevelopmentandApplicationofX90/X100PipelineSteelsatHomeandAboard康永林康永林北京科技大学北京科技大学 材料学院材料学院1X90-X100管线钢的开发与应用主要内容主要内容1、前言2、X90/X100级管线钢国内外研究现状3、 X90/X100级管线钢的标准要求4、涟钢2012年10月X90/X100试生产情况总结5、X90/X100级管线钢生产要克服的难点2024/8/22X90-X100管线钢的开发与应用前言前言为了满足国内日益增长的天然气需求，中国石油正在建设或为了满足国内日益增长的天然气需求，中国石油正在建设或规划多条能源管道，规划多条能源管道，“十二五十二五”期间将有期间将有2.3万公里的天然气管万公里的天然气管道需要建设。单条输气管道的设计输量将从现在道需要建设。单条输气管道的设计输量将从现在300亿亿m3/年增年增加到加到450亿亿m3/年以上。年以上。提高输送压力是天然气长输管线发展最明显的趋势。天然气提高输送压力是天然气长输管线发展最明显的趋势。天然气管道输送压力在管道输送压力在30年间从最初的年间从最初的0.25MPa提高到提高到14MPa。输送压力的提高要求采用更高强度的管线钢。研究开发输送压力的提高要求采用更高强度的管线钢。研究开发X90X120超高强度管线钢势在必行。超高强度管线钢势在必行。2024/8/23X90-X100管线钢的开发与应用前言前言X90/X100与与X80相比，可以有效减小壁厚从而降低钢管制造相比，可以有效减小壁厚从而降低钢管制造难度，节约钢管采购成本。难度，节约钢管采购成本。以以450亿方亿方/年天然气输量、管道外径年天然气输量、管道外径1219mm为例，与为例，与X80相比，西气东输四线相比，西气东输四线/五线如采用五线如采用X90可减少用钢量可减少用钢量23万吨万吨/44万吨，节省管材采购成本万吨，节省管材采购成本14.1/26.6亿元；如采用亿元；如采用X100可减少用可减少用钢量钢量41万吨万吨/76万吨，节省管材采购成本万吨，节省管材采购成本24/45.1亿元亿元。X90/X100高级别管线钢的研究开发和应用已成为下阶段管高级别管线钢的研究开发和应用已成为下阶段管道建设的关键技术和重点研究对象。道建设的关键技术和重点研究对象。2024/8/24X90-X100管线钢的开发与应用主要内容主要内容1、前言2、X90/X100级管线钢国内外研究现状3、 X90/X100级管线钢的标准要求4、涟钢2012年10月X90/X100试生产情况总结5、X90/X100级管线钢生产要克服的难点2024/8/25X90-X100管线钢的开发与应用一、国外一、国外X90/X100管线钢研究开发和应用现状管线钢研究开发和应用现状6X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状一些最近生产的一些最近生产的X80和和X100钢管满足了钢管满足了X90的要求，他们可被认作的要求，他们可被认作“实质上实质上”的的X90。下图为下图为X80和和X100钢管的力学性能钢管的力学性能，方框内为满足，方框内为满足X90级管线钢力学要求的区间。级管线钢力学要求的区间。国外国外X90X90管线钢管线钢研究开发研究开发和应用现状和应用现状2024/8/27X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状X90钢级是钢级是2007年版年版APISPEC5L新增加的钢级。新增加的钢级。对于对于X90钢级管线钢管，国外开展的研究工作很少，仅钢级管线钢管，国外开展的研究工作很少，仅Europipe公司进行过少量的公司进行过少量的X90管线钢的开发，并进行过两管线钢的开发，并进行过两次次X90的全尺寸气体爆破试验。的全尺寸气体爆破试验。目前国际上还没有目前国际上还没有X90试验段及示范段的建设实践。试验段及示范段的建设实践。2024/8/28X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状国外国外X100X100管线钢管线钢研究开发研究开发和应用现状和应用现状目前，已经生产目前，已经生产X100管线钢的国外企业主要有日本新日铁、管线钢的国外企业主要有日本新日铁、JFE、住友、住友金属、金属、NKK公司、加拿大公司、加拿大IPSCO(伊普斯科钢管伊普斯科钢管)公司、美国公司、美国Exxon Mobil(埃埃克森美孚石油克森美孚石油)公司和韩国浦项公司和韩国浦项(POSCO)公司等七家公司，进行了一些小规公司等七家公司，进行了一些小规模的生产并相应的公布了一些专利。模的生产并相应的公布了一些专利。2024/8/29X90-X100管线钢的开发与应用Trans Canada公司是世界高级别管线钢的先行者和主要建设者之一。公司是世界高级别管线钢的先行者和主要建设者之一。该公司对该公司对X100高级别管线钢的开发、应用工作始于高级别管线钢的开发、应用工作始于1998年，并在年，并在2002年年9月在西部环路项目中建设了部分试验段，该试验段所采用的月在西部环路项目中建设了部分试验段，该试验段所采用的X100级别管线钢厚度规格为级别管线钢厚度规格为14.3mm，全部为日本，全部为日本JFE公司提供。公司提供。Trans Canada公司经过多年的对公司经过多年的对X100高级别管线钢开发及应用取得高级别管线钢开发及应用取得了一系列的技术成果，并且用直径为了一系列的技术成果，并且用直径为914.4mm的的690MPa级别的钢管进行级别的钢管进行了两次全尺寸爆破实验以检验所制钢管的止裂性能了两次全尺寸爆破实验以检验所制钢管的止裂性能。X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状2024/8/210X90-X100管线钢的开发与应用时间时间项目项目试验段概况试验段概况目的目的2002年年（试验段）（试验段）WESTPATH（基于应力设计）（基于应力设计）（Transcanada）全长全长20.9km，X100长度为长度为1km，规，规格为格为121914.3mm，其余为，其余为121912.0mm的的X80钢管。钢管。所有钢所有钢管管由由JFE（原（原NKK）提供。）提供。主要是获取主要是获取X100的制造和夏的制造和夏季建设经验，以便它能被应季建设经验，以便它能被应用于未来的高压项目。用于未来的高压项目。2004年年（试验段）（试验段）Godinlakeloop（基于应力设计，（基于应力设计，同时考虑到了基同时考虑到了基于应变设计因素）于应变设计因素）（Transcanada）试验段选在阿尔伯塔省北部的皮尔试验段选在阿尔伯塔省北部的皮尔利斯湖项目利斯湖项目(PeerlessLakeproject)上上实施。包括实施。包括17.7km610mm的的X70管道，以及管道，以及3.6km由由914mm的的X100和和X120管道组成的戈丁湖回路。管道组成的戈丁湖回路。X100为为2km，壁厚为，壁厚为13.2mm，由，由JFE提供。提供。X120为为1.6km，壁厚为，壁厚为16mm，由新日铁提供由新日铁提供。评估极地寒冷环境施工技术评估极地寒冷环境施工技术（焊接和冷弯）研究钢管拉（焊接和冷弯）研究钢管拉伸和压缩应变行为、基于应伸和压缩应变行为、基于应变的设计方法。变的设计方法。X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状超高强度管道试验段的建设是其能否实际应用的关键步骤。以下为国外X100管线试验段概况国外国外X100管线试验段概况管线试验段概况2024/8/211X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状时间时间项目项目试验段概况试验段概况目的目的2006年年（试验段）（试验段）Stittsville（基于应变设计）（基于应变设计）（Transcanada）Stittsville回路钢管直径回路钢管直径1067mm，长度为，长度为19.7km，其中：，其中：5.5km为为X100大应变直缝大应变直缝埋弧焊钢管，规格为埋弧焊钢管，规格为1067mm 14.3mm，重量约，重量约2000t（JFE提供提供）；）；2km X100螺螺旋焊钢管，规格为旋焊钢管，规格为1067mm 12.7mm，重约重约660t（加拿大伊普斯科钢铁公司提供加拿大伊普斯科钢铁公司提供）；）；其余为其余为X80钢管，壁厚为钢管，壁厚为13.4mm。X100钢管的基于应变钢管的基于应变设计研究，并且对研制设计研究，并且对研制的的X100钢管的应变容钢管的应变容量、环焊工艺和环焊缝量、环焊工艺和环焊缝性能进行了深入的研究。性能进行了深入的研究。2003年年（示范段）（示范段）TAP项目项目(ENI Group)X100钢管钢管, 1219x 16.6、18.4mm UOE 钢钢管。管。2010年完成。钢管制造商年完成。钢管制造商: Europipe, NSC, JFE, Sumitomo.模拟模拟20年服役，证明年服役，证明X100管道铺设和运行管道铺设和运行的可行性。的可行性。2006年年（示范段）（示范段）BP环线环线（Sumitomo）位于英国位于英国Spadeadam，钢管直径，钢管直径48英吋，英吋，设计压力设计压力180bar，设计系数，设计系数0.8。生产厂家。生产厂家为为住友和住友和EUROPIPE。ALASKA管线应用管线应用X100的可能性。的可能性。国外国外X100管线试验段概况管线试验段概况2024/8/212X90-X100管线钢的开发与应用在近年来在近年来X100的研究开发进程中，最重要的事件可能是的研究开发进程中，最重要的事件可能是2006年完成的大年完成的大规模的规模的X100试验段试验段-斯提兹维尔斯提兹维尔(Stittsville)试验段的建设。试验段的建设。1）项目实施地点位于加拿大南部安大略省的）项目实施地点位于加拿大南部安大略省的3类地区（以前的两个试类地区（以前的两个试验段都在验段都在1类地区实施类地区实施）；）；2）完全采用了基于应变的设计（以前的两个）完全采用了基于应变的设计（以前的两个X100建设项目是基于应建设项目是基于应力的设计力的设计）；）；3）首次应用了）首次应用了2kmX100螺旋焊钢管。螺旋焊钢管。X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状2024/8/213X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状X100热连轧钢带的组织发展目标热连轧钢带的组织发展目标意大利意大利CSM提出的组织发展目标提出的组织发展目标X70：铁素体+珠光体；X80：铁素体+粒状贝氏体+M/A；X100：粒状贝氏体+M/A；X120：低碳贝氏体+渗碳体2024/8/214X90-X100管线钢的开发与应用以下为国外专利陈述的以下为国外专利陈述的X100管线钢成分及工艺管线钢成分及工艺2024/8/215X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状单单位位CSiMnPSNbVTiCrExxonMobil 0.030.100.61.62.10.0150.0020.010.10.010.10.0050.031.0IPSCO0.010.101.01.90.020.0150.030.10.120.0080.03JFE0.030.070.010.50.52.00.0050.07 0.0050.10 0.0050.040.05NKK0.020.080.010.50 0.51.80.010.020.0050.05 0.0050.100.040.100.05新日新日铁铁0.030.120.80.82.50.030.010.010.100.100.0050.031.0POSCO0.050.070.31.41.50.0150.0050.040.050.010.02住友金属住友金属0.010.100.31.02.50.010.0080.0050.060.100.0040.0251.0单单位位MoCuNiBNOAlsCeqPcmExxonMobil 0.300.601.01.00.00050.002 0.0010.0060.060.70.35IPSCO0.100.500.015JFE0.100.500.500.500.010.080.32NKK0.050.500.500.500.010.08新日新日铁铁0.60.11.01.00.0010.0080.10POSCO0.50.70.20.30.50.7住友金属住友金属0.81.52.50.0020.040.0030.05X100管线钢国外各厂申请专利成分对比管线钢国外各厂申请专利成分对比2024/8/216X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状X100管线钢国外各厂申请专利工艺对比管线钢国外各厂申请专利工艺对比公司公司加加热热温度温度/终轧终轧温度温度/压压下率下率/%冷却速度冷却速度/（/s）冷却停止冷却停止温度温度/微微观组织观组织ExxonMobil10001250未明确未明确2060（首次（首次轧轧制）制）4080（二次（二次轧轧制）制）10150550下下贝贝氏氏体体50%，其其余余为为板板条条马马氏氏体体，或或混合体混合体组织组织IPSCO1200粗粗轧轧终终轧轧温温度度比比Tnr高高一一点点即即可可；冷冷却却至至780左左右右开开始始精精轧轧精精轧轧总总压压下下率率应应在在55以以上上，最最好好在在70以以上上，但但每每个个道道次次的的 压压 下下 率率 宜宜 在在10201020350450多多边边形形铁铁素素体体占占30%，针针状状铁铁素体占素体占70%JFE11001300750未明确未明确20400未明确未明确NKK10001250750950未明确未明确2750未明确未明确新日新日铁铁950未明确未明确未明确未明确10400铁铁 素素 体体 占占 30%80%，其其余余为为马马氏氏体体和和/或或贝贝氏体氏体POSCO11501250900未明确未明确20未明确未明确未明确未明确住友住友金属金属9501200600900未明确未明确4300马马氏体和氏体和贝贝氏体氏体2024/8/217X90-X100管线钢的开发与应用以下为国外钢厂生产的以下为国外钢厂生产的X100管线钢性能管线钢性能2024/8/218X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状欧洲钢管公司生产的欧洲钢管公司生产的1219mmX100焊管力学性能焊管力学性能规格规格性能性能屈服强度屈服强度Rt0.5/MPa圆棒圆棒抗拉强度抗拉强度Rm/MPa屈强比屈强比冲击功冲击功-10/JDWTT剪切面积剪切面积/%121916.6mm7417860.9527498121918.4mm7648150.9424893JFE生产的生产的X100焊管力学性能焊管力学性能直径直径厚度厚度拉伸性能（圆棒样）拉伸性能（圆棒样）夏比冲击夏比冲击DWTT方向方向YS（MPa）TS（MPa）Y/T（%）EL（%）vE（J）-5SA%-5121914.3横向横向7638389121241100纵向纵向6238017822-914.413.2横向横向7798519222236100纵向纵向6428167923-2024/8/219X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状NSC试生产的试生产的X100焊管化学成分和力学性能焊管化学成分和力学性能CSiMnPSNbTiOthersCeqPCM低碳低碳0.030.201.960.0050.0020.040.01Ni,Cu,Cr,Mo,V0.600.22中碳中碳0.060.221.960.0070.0020.040.01Ni,Cu,Mo0.460.19尺寸尺寸拉伸性能拉伸性能夏比冲击夏比冲击DWTT外径mm壁厚mm方向YS（MPa）TS（MPa）屈强比伸长率/%均匀延伸率/%温度/冲击功/J温度/剪切面积/%低碳低碳76219.1纵向69682085205.1-10212-1096横向79985693195.0-30197-2084中碳中碳76214.3纵向63278581196.7-10242-10100横向69479487217.3-40205-201001321 22.9纵向63277282237.0-10250093横向71980390247.6-30222-20822024/8/220X90-X100管线钢的开发与应用二、国内二、国内X90/X100X90/X100管线钢管线钢研究开发研究开发和应用和应用2024/8/221X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状2007年，中国石油集团渤海石油装备制造有限公司与宝山钢铁股份有限年，中国石油集团渤海石油装备制造有限公司与宝山钢铁股份有限公司合作开发了公司合作开发了X90/X100钢级钢级813 mm16mm JCOE直缝埋弧焊管直缝埋弧焊管。宝钢生产的宝钢生产的X90和和X100钢级管线钢钢级管线钢板板的化学成分十分相似，的化学成分十分相似，区别在于前区别在于前者没有添加者没有添加B元素元素，具体见，具体见下表下表。钢级钢级CMnSiPSNb+TiNb+Cr+Cu Cr+Mo+MnBCeqPcmX900.041.9 0.25 0.0050.0020.080.92.5-0.500.19X1000.041.9 0.25 0.0050.0020.080.92.50.00080.500.19宝钢生产的宝钢生产的X90和和X100钢级管线钢钢级管线钢板板的化学成分的化学成分2024/8/222X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状采用上述成分设计开发出的采用上述成分设计开发出的X90/X100钢级钢级JCOE直缝埋弧焊管的拉伸性能见直缝埋弧焊管的拉伸性能见下表下表，采用圆棒试样测得的采用圆棒试样测得的X90钢级钢级JCOE直缝埋弧焊管的拉伸性能比较理想，其屈强比仅直缝埋弧焊管的拉伸性能比较理想，其屈强比仅为为0.90，优于，优于X100钢级。钢级。钢级钢级屈服强度屈服强度/MPa抗拉强度抗拉强度/MPa伸长率伸长率/%屈强比屈强比X90659741210.90X100800851160.94宝钢生产的宝钢生产的16mm厚厚X90和和X100钢级管线钢板拉伸性能钢级管线钢板拉伸性能如下表所示。如下表所示。钢级钢级试样形式试样形式屈服强度屈服强度/MPa 抗拉强度抗拉强度/MPa伸长率伸长率/%屈强比屈强比X90矩形580/650/605730/740/73536/39/370.79/0.88/0.82圆棒620/660/640720/730/725260.85/0.92/0.89X100矩形655/735/697790/805/795340.82/0.92/0.88圆棒715/740/72880522/24/230.89/0.92/0.91注：表中数据为最小值注：表中数据为最小值/最大值最大值/平均值平均值X90/X100钢级钢级JCOE直缝埋弧焊管的拉伸性能直缝埋弧焊管的拉伸性能2024/8/223X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状开发的开发的X90/X100管线钢板管线钢板的夏比冲击功的夏比冲击功和和DWTT性能试验结果性能试验结果如下表所示：如下表所示：由试验结果可见，X90钢级的韧性水平显著高于X100钢级。试制的X90钢级钢管管体具有足够的韧性，有可能依靠自身韧性实现延性断裂的止裂。16mm厚厚X90和和X100钢级管线钢板夏比冲击试验结果钢级管线钢板夏比冲击试验结果16mm厚厚X90/X100钢级钢级管线钢板管线钢板DWTT试验结果试验结果钢级钢级试验温度试验温度/剪切面积剪切面积/%X90-2098X100-2098钢级钢级试验温度试验温度/冲击功冲击功/J剪切面积剪切面积/%X90-20255/395/33895/100/98-30270/440/33090/100/97X100-20240/255/24890/100/93-30235/280/25790/100/95注：表中数据为最小值注：表中数据为最小值/最大值最大值/平均值平均值2024/8/224X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状宝钢生产宝钢生产X90/X100管线钢相关专利管线钢相关专利一种高强度一种高强度X90 管线钢及其生产方法管线钢及其生产方法（中厚板轧机）（中厚板轧机）成分CMnSiSPNbTiVAltwt/%0.0300.0901.552.500.60.00300.0150.0150.1200.0050.0300.1200.060成分MoCuNiCrBCaNO其他其他wt/%0.601.21.51.20.00150.010.0030.0100.0010.006Fe成分设计成分设计2024/8/225X90-X100管线钢的开发与应用Rt0.5/MPaRm/MPaRt0.5/RmA50/%-20夏比冲击夏比冲击DWTTSA%-15冲击功冲击功/JSA/%50%FATT6306607157900.820.882328226315100-60100板坯加热温度板坯加热温度11001250再结晶区终轧温度再结晶区终轧温度9601060未再结晶区开轧温度未再结晶区开轧温度800920未再结晶区终轧温度未再结晶区终轧温度720850冷却终止温度冷却终止温度200550冷却速度冷却速度530/sX90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状轧制工艺轧制工艺力学性能力学性能2024/8/226X90-X100管线钢的开发与应用超高强度超高强度X100 管线钢及其热轧板制造方法管线钢及其热轧板制造方法（中厚板轧机）（中厚板轧机）成分成分CMnSiSPNbTiVAltwt/%0.0150.081.82.50.60.0030.0150.040.150.0050.030.1200.060成分成分MoCuNiCrBCaNO其他其他wt/%0.100.600.51.51.00.0020.010.100.006FeX90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状成分设计成分设计2024/8/227X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状板坯加热温度板坯加热温度11001250再结晶区终轧温度再结晶区终轧温度9001060未再结晶区开轧温度未再结晶区开轧温度800900未再结晶区终轧温度未再结晶区终轧温度720880冷却终止温度冷却终止温度200500冷却速度冷却速度330/sRt0.5/MPaRm/MPaRt0.5/RmA50/%-20夏比冲击夏比冲击DWTTSA%-15冲击功冲击功/JSA/%50%FATT7007208458850.820.882026220320100-60100轧制工艺轧制工艺力学性能力学性能2024/8/228X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状高强度高韧性高强度高韧性X100 管线钢热轧钢带及其制造方法管线钢热轧钢带及其制造方法成分成分CMnSiSPNbTiVAltwt/%0.0150.091.501.790.10.50.0030.0150.030.100.010.0350.1200.020.045成分成分MoCuNiCrZrCaNO其他其他wt/%0.310.600.100.400.100.50.100.40.0010.10.0010.0050.100.008Fe成分设计成分设计2024/8/229X90-X100管线钢的开发与应用板坯加热温度板坯加热温度11451250粗轧温度粗轧温度9301000精轧温度精轧温度750900冷却速度冷却速度4170/s卷曲温度卷曲温度/ /冷却速度：冷却速度：P P6P7X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状Rt0.5/MPaRm/MPaRt0.5/RmA50/%-20夏比冲击夏比冲击DWTTSA%-15冲击功冲击功/JSA/%50%FATT7108008058950.870.891924255313100-6093100轧制工艺轧制工艺力学性能力学性能2024/8/230X90-X100管线钢的开发与应用首钢生产首钢生产X90管线钢相关专利管线钢相关专利高强度低屈强比高强度低屈强比X90 热轧钢板及其生产方法热轧钢板及其生产方法（中厚板轧机）（中厚板轧机）成分成分CMnSiSPAltwt/%0.020.071.401.540.10.40.0030.0120.020.06成分成分NbTiMoCrNHwt/%0.050.100.0080.040.200.350.200.350.0080.0002X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状成分设计成分设计2024/8/231X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状板坯加热温度板坯加热温度11501220再结晶区开轧温度再结晶区开轧温度10501100待温时间待温时间100200s未再结晶区开轧温度未再结晶区开轧温度870900未再结晶区终轧温度未再结晶区终轧温度821850未再结晶区单道次压下率未再结晶区单道次压下率10%30%终冷温度终冷温度300400超快冷冷却速度超快冷冷却速度3140/sRt0.5/MPaRm/MPaRt0.5/Rm-20夏比冲击夏比冲击DWTTSA%-20Akv/JSA/%6406557157500.8670.895325390901009098轧制工艺轧制工艺力学性能力学性能2024/8/232X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢国内外研究现状级管线钢国内外研究现状本钢工业生产本钢工业生产15.3mmX100钢带的组织和性能钢带的组织和性能组织类型：粒状贝氏体板条贝氏体组织类型：粒状贝氏体板条贝氏体M/A体积分数：体积分数：5；Rp0.2:690-740MPa;CVN-20：260350J；DWTT-15：85。2024/8/233X90-X100管线钢的开发与应用主要内容主要内容1、前言2、X90/X100级管线钢国内外研究现状3、 X90/X100级管线钢的标准要求4、涟钢2012年10月X90/X100试生产情况总结5、X90/X100级管线钢生产要克服的难点2024/8/234X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢的标准要求级管线钢的标准要求API5L对高强钢对高强钢(X90/X100)管线钢管的成分要求管线钢管的成分要求钢级钢级CSiMnPSVNbTiCEIIW CEPcL625M/X90M 0.100.552.100.020 0.010 0.150.15 0.150.25L690M/X100M 0.100.552.100.020 0.010 0.150.150.150.25API5L对高强钢对高强钢(X90/X100)管线钢管的拉伸性能要求管线钢管的拉伸性能要求钢级钢级屈服强度屈服强度/Mpa抗拉强度抗拉强度/MPa屈强比屈强比延伸率延伸率/%最小最小最大最大最小最小最大最大最大最大最小最小L625M/X90M6257756959150.9515.6L690M/X100M6908407609900.9714.32024/8/235X90-X100管线钢的开发与应用主要内容主要内容1、前言2、X90/X100级管线钢国内外研究现状3、 X90/X100级管线钢的标准要求4、涟钢2012年10月X90/X100试生产情况总结5、X90/X100级管线钢生产要克服的难点2024/8/236X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结为研究X90/X100管线钢的生产工艺，涟钢在10月2日进行了1炉冶炼拉坯，3-8日分三次轧制，并且11日再次冶炼拉坯，在2日实验基础上对成分进行了调整，具体是提高了Ni、Mo含量，13日进行了轧制。X90级管线钢卷的厚度规格为16.5mm，X100级管线钢卷的厚度规格为14.8mm。两炉冶炼的成分如下表所示：炉号CSiMnPSNbTiVMoCrCuNiCEpcm标准0.090.52.100.0120.0050.150.500.500.500.500.23涟钢X900.0480.291.920.012 0.002 0.0860.0180.220.350.260.220.20涟钢X1000.0510.281.920.011 0.002 0.0840.020.0240.350.360.250.400.22涟钢试生产涟钢试生产X90/X100管线钢铸坯成分管线钢铸坯成分各成分满足标准要求，X100级相对于X90增加了V、Mo和Ni的含量。P含量虽然满足标准要求，但相对于其他文献的P含量（0.005%或0.008%）来说偏高，会对偏析以及低温韧性产生不良影响。2024/8/237X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结卷号工艺Rp0.2/MPaRm/MPaA50/%Akv/JSA/%DWTT超快冷MTCT/X90一一2A09467100 超快冷层冷前段10组水均开，测量点水雾360-380 585/625739/70922.4324/291/350 90/90/9090/902A09467200 超快冷220-230 627/621771/76521.4256/277/233 90/90/9090/90X90二2A09549900 超快冷380-40059271423300/331/330 90/90/9090/902A09549800 超快冷400-42061973222.8237/266/8490/90/9090/902A09549800保留样48小时后检验超快冷644725229/224/249 90/90/9090/90X90三2A09704700 超快冷600*500621711371/385/354 90/90/9090/909日计划加大冷速，但层冷段控制异常，未达目的。冲击韧性指标明显提高，组织未见明显差异11日调整成分后拉坯，13日轧制X1002A09828200超快冷30012070883728.6323/364/321 90/90/9095/902A0982830030015071284422.4328/332/325 90/90/9090/90X90技术指标要求技术指标要求625-760 695-915 15.63059085X100技术指标要求技术指标要求695-840 760-990 14.330090853日-14日前后共进行了四次轧制，对钢卷尾部切除1米后，钢卷宽度中心部位取样，按轧向30下样，采用12.7mm圆棒样，四次试轧检验结果如下：2024/8/238X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结由试生产的性能检测结果可以看出：对于X90管线钢的试生产：X90试生产结果多数屈服强度偏低（最大低于标准值40MPa），不能满足X90的标准要求。当卷取温度为220230时，样品屈服、抗拉强度相对最高；当卷取温度为380400时，样品韧性为相对最优，但屈服强度偏低。2A09549800保留样48小时后检验，屈服强度上升25MPa，与时效强化有关。对于X100管线钢的试生产：X100试生产的两卷钢强度及韧性满足X100标准要求。2024/8/239X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结对卷号为2A09467200的X90钢卷进行开平解剖取样检验编号试样位置取样点CTRp0.2/MPaRm/MPaA50/%Akv/JSA/% DWTT,SA/%1尾部25m13266674124325343 2929090/902尾部55m29067974125.6378340 2819090/903尾部78m34766174825324350 3209090/904尾部145m48069472722.8334332 2759090/905尾部148m58468575823347298 3279090/90卷号：卷号：2A09467200试制钢卷开平性能试制钢卷开平性能开平解剖取样检验性能指标基本满足X90技术要求。Rp0.2上升较大（约37-70MPa)，但Rm变化不明显，主要是由于开平过程中试样矫平产生加工硬化，导致Rp0.2上升。对应卷取温度为347的带卷位置试样的冲击韧性最优。2024/8/240X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结对X90钢卷2A09549900开平解剖，采用小压下矫平。编号试样位置取样点CT Rp0.2/MPa Rm/MPa A50/%Akv/JSA/%DWTT,SA/%1尾部4m38063268526308315 30890909090902尾部30m45063069327307259 33290909090903尾部70m43065171022.2336275 29290909090904头部7m50062073224.2215293 284909090909051号样横向50070877619.2卷号：卷号：2A09549900（X90钢卷钢卷6日轧制，日轧制，7日开平）日开平）各点屈服和抗拉强度指标达到X90技术要求。400以下卷取温度处试样可以满足冲击韧性要求，但400以上卷取温度处试样冲击韧性值不能满足技术要求。横向和轧向30试样检验结果相差近90MPa。2024/8/241X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结对卷号为2A09828300的X100钢卷进行开平解剖取样检验卷号：卷号：2A09828300（X100钢卷钢卷13日轧制，日轧制，15日开平解剖）日开平解剖）编号试样位置 取样点CT Rp0.2/MPa Rm/MPa A50/%Akv/JSA/%DWTT,SA/%1#尾部10m2806747782427223128790909090902#尾部30m20073780621.627127730890909090903#头部9m30075684923.630130429990909090904#头部8m35076485322.831432630490909090905#头部7m4507478062131832730890909090906#头部6m54064880623.42092112129090909090l开平样开平样3#、4#、5#均满足均满足X100技术要求。技术要求。l卷取温度在卷取温度在300450位置的试样韧性满足要求，卷取温度为位置的试样韧性满足要求，卷取温度为350取样位置的取样位置的试样强韧性能匹配性较好。试样强韧性能匹配性较好。2024/8/242X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结X90成分典型组织：以粒状贝氏体为主，本次试制控轧控冷工艺难以得到板条贝氏体。X90试样厚度试样厚度1/4处处 500*2024/8/243X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结X100成分典型组织：以粒状贝氏体（成分典型组织：以粒状贝氏体（GB）为主，少量板条贝氏体（）为主，少量板条贝氏体（LB，约约20%）u上左图：上左图：X100试样厚度试样厚度1/4处处u上右图：上右图：X100试样中心处偏析试样中心处偏析u下图：局部地方典型板条贝氏体组织下图：局部地方典型板条贝氏体组织2024/8/244X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结总结总结冶炼过程成分、铸坯质量控制良好；P含量虽然满足标准要求，但相对于其他文献的P含量（0.005%或0.008%）来说偏高；中心偏析需要改善。X90成分采用两阶段控制轧制+超快冷段+层冷前段冷却工艺，组织以GB为主体，少量AF，在个别试样1/4厚度处发现少量LB；X100成分在第一种成分基础上增加了0.1%Mo、0.2%Ni，通过加快超快冷速可以得到少量（10-20%）板条贝氏体LB。X90成分钢卷HV10一般在230-250，而资料显示的X90钢级必须260以上，LB硬相组织含量不够（基本没有）是造成屈服强度偏低的主要原因。2024/8/245X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结分析分析1P含量相对于其他文献（0.005%或0.008%）来说偏高，对偏析的出现有一定影响；同时，P对管线钢的低温韧性有不良影响，是本次试生产韧性不足的原因之一。X90与X100试制结果中韧性均出现较低的现象与卷取温度不均相关，从性能分析中可以发现在350卷曲时韧性较高，说明在350卷取时有利于获得较好的韧性，温度较低或较高均会造成不良影响。建议将卷取温度设定在300400之间。2024/8/246X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结分析分析2X90试制结果中屈服强度偏低与组织中作为硬相的板条状贝氏体含量少相关，分析原因主要是试生产中层冷阶段冷速较低（68/s），而板条贝氏体的获得需要较高的冷速和较低的冷却温度，因此需要提高层冷阶段冷却速度并降低终冷温度以达到提高板条贝氏体的相比例的目的。具体工艺建议为：超快冷阶段冷速30/s，超快速冷却终冷温度为700，层流段减少冷却组数量（层冷前段8组水均开）同时增加水量以达到提高冷速的目的，控制层冷终冷温度在450，冷速控制在12/s。建议冷却工艺图建议冷却工艺图2024/8/247X90-X100管线钢的开发与应用涟钢涟钢2012年年10月月X90/X100试生产情况总结试生产情况总结工艺总结与改进工艺总结与改进如右图所示，实际生产工艺中层流冷却过程中冷速较慢，同时卷曲温度偏高，未经过板条贝氏体（LB）区，故所获得的最终组织中未出现LB，导致强度韧性均偏低。根据上述分析提供建议工艺为超快冷冷却终止温度为700，超快冷冷速30/s，层冷冷速控制在12/s，终冷温度450，卷曲温度300400。2024/8/248X90-X100管线钢的开发与应用主要内容主要内容1、前言2、X90/X100级管线钢国内外研究现状3、 X90/X100级管线钢的标准要求4、涟钢2012年10月X90/X100试生产情况总结5、X90/X100级管线钢生产要克服的难点2024/8/249X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢生产要克服的难点级管线钢生产要克服的难点一、断裂控制一、断裂控制延性裂纹长程扩展是天然气管道失效的主要模式，往往导致灾难性后果。延性裂纹长程扩展是天然气管道失效的主要模式，往往导致灾难性后果。断裂控制是制约断裂控制是制约X90/X100超高强度管线钢应用的关键技术问题。超高强度管线钢应用的关键技术问题。国外已经进行了多次国外已经进行了多次X100钢管的全尺寸爆破试验，但是对于钢管的全尺寸爆破试验，但是对于X90管线钢，管线钢，由于缺乏试验数据，需要探讨其是更接近于由于缺乏试验数据，需要探讨其是更接近于X80(自止裂自止裂)还是还是X100(恶劣条件恶劣条件下需要止裂器下需要止裂器)。2024/8/250X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢生产要克服的难点级管线钢生产要克服的难点一、断裂控制一、断裂控制 大多数试验在焊管纵向上取样大多数试验在焊管纵向上取样从裂纹扩展控制的立场，从裂纹扩展控制的立场，X90置于置于何处？何处？它是更接近于它是更接近于X80(总能遏制总能遏制)还是还是X100(恶劣条件下需要止裂器恶劣条件下需要止裂器)？ BTCM校正系数校正系数 钢钢 级级2024/8/251X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢生产要克服的难点级管线钢生产要克服的难点二、冶金问题二、冶金问题1、化学成分问题、化学成分问题从公开的X100级管线钢专利生产技术中可以查到美国ExxonMobil公司、日本JFE、新日铁、住友金属公司、韩国POSCO公司和加拿大IPSCO公司的X100钢的化学成分，非常值得国内的钢厂借鉴；同时X90级管线钢可参考X100级成分适当减少某些合金成分。但专利欲解决的问题不同，其公开的轧制工艺不同，最终得到的管线钢的显微组织也不相同。国内的钢厂还需结合自身的工艺设备能力，制定适宜的轧制工艺，进行合理的化学成分设计，得到各项性能满足重点工程需要的X90/X100钢。2024/8/252X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢生产要克服的难点级管线钢生产要克服的难点2、显微组织、显微组织文献报道，X90/X100级管线钢的典型组织如下：X90/X100管线钢显微组织由针状铁素体基体和细小分散的MA岛组成。大变形X100管线钢显微组织为铁素体+贝氏体或贝氏体+MA岛结构。MA岛在X90/X100级管线钢的基体组织中所占的比例对管线钢性能的影响规律还需深入研究。对于X100管线钢的组织应该尽可能避免多边形铁素体和准多边形铁素体出现并且尽可能降低MA岛数量，细化MA岛尺寸。2024/8/253X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢生产要克服的难点级管线钢生产要克服的难点3、控轧控冷工艺、控轧控冷工艺目前，国内高级别管线钢主要采用热连轧机组、中厚板轧机和炉卷轧机目前，国内高级别管线钢主要采用热连轧机组、中厚板轧机和炉卷轧机生产线等方式进行生产。不同生产线因装备的差异，在生产工艺的控制方面生产线等方式进行生产。不同生产线因装备的差异，在生产工艺的控制方面具有各自的特点。具有各自的特点。即使化学成分相同，使用不同的轧制工艺，获得的组织也不一样，应该即使化学成分相同，使用不同的轧制工艺，获得的组织也不一样，应该在借鉴已经获得的国内外生产资料的基础上，合理设计化学成分，并且制定在借鉴已经获得的国内外生产资料的基础上，合理设计化学成分，并且制定与钢卷与钢卷/板适当的轧制工艺，来获得理想的显微组织。板适当的轧制工艺，来获得理想的显微组织。2024/8/254X90-X100管线钢的开发与应用高级别管线钢的生产方式高级别管线钢的生产方式5555加热炉R1F1 F2 F3 F4 F5 F6卷取机可逆热卷箱粗轧除鳞箱F7精轧除鳞箱精轧立辊切头飞剪粗轧立辊加热炉卷取机4辊可逆轧机粗轧除鳞箱切头飞剪立辊矫直机冷床加热炉4辊可逆轧机粗轧除鳞箱立辊矫直机冷床中厚板生产线中厚板生产线炉卷轧机生产线炉卷轧机生产线热连轧生产线热连轧生产线2024/8/255X90-X100管线钢的开发与应用q鞍钢鞍钢、首钢首钢、太钢、涟钢等太钢、涟钢等q精精轧轧道道次次间间隔隔时时间间短短，在在未未再再结结晶晶区区的的形形变变储储能能累累积积量量大大，可可以以更更加加显显著著地地细细化化晶晶粒粒，提提高高产产品品强度强度q精精轧轧道道次次节节奏奏快快，轧轧件件头头尾尾温温差差也也更更容容易易控控制制，保保证证了了良良好好的的通通卷性能卷性能q由由于于精精轧轧机机组组入入口口厚厚度度限限制制等等要要求求，管管线线钢钢的的两两阶阶段段轧轧制制控控制制相相对复杂。对复杂。热连轧生产线热连轧生产线5656R1F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7热连轧与炉卷轧机精轧道次间隔时间对比热连轧与炉卷轧机精轧道次间隔时间对比56X90-X100管线钢的开发与应用q宝钢宝钢、鞍钢鞍钢、首钢首钢、舞阳舞阳和和沙钢沙钢等企业的等企业的50005000轧机、轧机、43004300轧机轧机q可以可以采用采用横纵轧横纵轧的生产方式，有利于钢板性能的生产方式，有利于钢板性能各各向向异性异性的改善的改善q没没有有卷卷取取机机能能力力的的限限制制，对对于于规规格格较较厚厚的的产产品品可可以以采采用用更更快快的的冷冷却却速速度度和更低的终冷温度，从而更好地发挥和更低的终冷温度，从而更好地发挥层流冷却层流冷却的组织控制作用的组织控制作用q但但由由于于中中厚厚板板生生产产线线精精轧轧道道次次间间歇歇时时间间长长，对对第第二二阶阶段段轧轧制制过过程程中中的的静静态再结晶行为控制要求较高态再结晶行为控制要求较高q而且坯料较短，而且坯料较短，生产效率相对较低生产效率相对较低。中厚板生产线中厚板生产线5757加热炉加热炉4辊可逆辊可逆轧机轧机粗轧粗轧除鳞除鳞箱箱立辊立辊矫直机矫直机冷床冷床2024/8/257X90-X100管线钢的开发与应用q南钢南钢、安钢安钢、酒钢酒钢q在在轧轧机机前前后后设设置置了了卷卷取取炉炉，根根据据产产品品厚厚度度规规格格的的不不同同可可以以在在末末尾尾的的几几个个道次实行平轧或者卷轧生产，道次实行平轧或者卷轧生产，生产方式灵活多样生产方式灵活多样。q炉炉卷卷轧轧机机兼兼顾顾了了热热连连轧轧在在轧轧件件温温度度均均匀匀性性控控制制方方面面的的优优点点，同同时时可可逆逆的的轧制方式又提高了轧制方式又提高了精轧道次的灵活性精轧道次的灵活性，更有利于现场操作人员的控制。，更有利于现场操作人员的控制。q目目前前国国内内采采用用炉炉卷卷轧轧机机生生产产线线的的厂厂家家主主要要有有由由于于配配置置的的连连铸铸线线生生产产铸铸坯坯厚厚度度较较薄薄，对对于于较较厚厚规规格格产产品品的的总总压压缩缩比比略略显显不不足足，需需要要在在两两阶阶段段轧轧制制与层流冷却方面进行更加严格的控制以确保产品的综合性能。与层流冷却方面进行更加严格的控制以确保产品的综合性能。炉卷轧机生产线炉卷轧机生产线5858加热炉加热炉卷取机卷取机4辊可逆辊可逆轧机轧机粗轧粗轧除鳞除鳞箱箱切切头头飞飞剪剪立辊立辊矫直机矫直机冷床冷床2024/8/258X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢生产要克服的难点级管线钢生产要克服的难点三、强韧性匹配三、强韧性匹配随着强度的提高，管线钢的韧性逐渐降低。因此，必须对管线钢的生产随着强度的提高，管线钢的韧性逐渐降低。因此，必须对管线钢的生产工艺进行合理控制以获得有利于提高韧性的组织。工艺进行合理控制以获得有利于提高韧性的组织。2024/8/259X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢生产要克服的难点级管线钢生产要克服的难点四、焊接性四、焊接性X90钢管焊接性试验与分析，尚没有任何研究基础，应进行系统试验与钢管焊接性试验与分析，尚没有任何研究基础，应进行系统试验与分析。分析。已完成的已完成的X100钢管焊接性试验与分析，是以新日铁的钢管焊接性试验与分析，是以新日铁的X100钢管为基础进钢管为基础进行的，其相关规律是否适用于国内不同钢厂的行的，其相关规律是否适用于国内不同钢厂的X100钢管，应进行比对试验与钢管，应进行比对试验与分析。分析。2024/8/260X90-X100管线钢的开发与应用X90/X100级管线钢生产要克服的难点级管线钢生产要克服的难点五、各向异性五、各向异性相对于中厚板轧机，热连轧无法进行横纵轧的生产方式，不利于钢板各相对于中厚板轧机，热连轧无法进行横纵轧的生产方式，不利于钢板各向异性的改善。向异性的改善。需要改善轧制工艺，控制需要改善轧制工艺，控制X90/X100管线钢的组织均匀性，获得横纵向力管线钢的组织均匀性，获得横纵向力学性能的良好匹配，尤其是对于螺旋焊管需保证学性能的良好匹配，尤其是对于螺旋焊管需保证30方向优良的力学性能。方向优良的力学性能。2024/8/261X90-X100管线钢的开发与应用谢谢谢谢！2024/8/262X90-X100管线钢的开发与应用