宝钢HFW管线钢管的生产及研发.docx

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宝钢HFW管线钢管的生产及研发

宝钢HFW管线钢管的生产及研发

随着国际油气输送行业对降低建设成本的需求，人们对管线钢管因外径、壁厚及钢级的变化而带来的采购、运输及焊接成本的降低愈来愈关注，也加快了输送钢管向高钢级发展的步伐。

2005年，宝钢以德国SMSMEER公司的焊管制造技术为核心，配套建设了一套φ610mm（24in）HFW焊管生产线。

利用宝钢对管线钢制造研发的技术优势，经过了设备功能考核、负荷试车、工艺试验验证及批量生产制造过程，逐步掌握了HFW焊管从管线钢冶炼到制管的关键制造技术。

下面主要介绍宝钢在HFW管线钢管制造技术方面的进展。

1、管线钢管的一贯制设计与质量保证

宝钢HFW管线钢管生产采用的是从钢的冶炼、控制轧制、焊接制管及检验试验的全过程质量控制。

对用户产品的质量差异性要求及交付使用，采用合同单元来进行一贯制管理，为其产品质量与合同交付提供全过程保证。

宝钢HFW管线钢管的生产研发，充分利用了宝钢在热轧管线钢领域的技术优势。

宝钢2050热连轧机组建成以来，已逐步掌握了高强度、高韧性管线钢热轧卷板的微合金化成分设计、冶金工艺控制等关键性技术，形成了X系列铁素体+珠光体组织及针状铁素体组织管线钢的生产制造技术。

为了满足管线管对高强度、高韧性的要求，在HFW钢管用钢的制造过程中，采用了低碳、微合金细化晶粒及夹杂物控制技术，以保证高强度、高韧性管线钢的纯净度和性能稳定性。

同时为满足管线工程现场焊接性的需要，严格控制钢的碳当量（CEPcm）值。

如图1、图2所示，宝钢X60管线钢管中的有害元素S的质量分数均控制在0.010%以内，平均为0.0042%；CEPcm均控制在0.20%以内，平均为0.1352%，为HFW管线钢管获得良好且稳定的产品质量提供了保证。

同时，针对各工程用管线钢管在成分、性能及尺寸等方面的不同要求，建立以用户合同为单元的质量设计及工序控制体系，并从冶炼到钢管入库及发运等进行全过程工序控制及质量保障，满足了用户对产品个性化的需求。

图1X60管线钢管中S的质量分数

图2X60管线钢管中CEPcm的值

2、制管技术与质量保证

2.1、制管技术

宝钢HFW焊管成型机组采用世界中直径焊管的先进排辊成型技术，与SMSMEER优良的设备制造技术相结合，实现了带钢变形过程的良好控制。

其成型工艺如图3所示。

宝钢HFW焊管成型工艺特点为:

（1）所有排辊成型辊位采用计算机设定、调整及数据管理，建立不同钢级、规格产品的辊位数据库，并进行模拟优化，实现不同产品变形过程参数的准确、重复性管理及工艺优化，保证产品质量的一致性，并使更换规格时间比传统排辊机组缩短50%以上。

图3宝钢HFW成型工艺

（2）封闭孔型采用URD（uniformrigidityde2signstand）刚性机架设计（如图4所示），使调整在水平和垂直方向具有一致的刚性，保持在各方向调整的准确和一致性，获得几何形状良好的钢管。

经对所生产管线钢管管端圆度的测量和统计（如图5所示），钢管圆度尺寸较好地控制在0.9%以内。

（3）采用FEM模拟技术对成型变形过程进行分析优化，以获得成型过程尽可能小的应变，优化前后的成型等效塑性应变如图6所示。

工艺优化使成型稳定，进一步扩展了产品制造能力。

已成功实现了X60φ406.4mm×6.4mm（t/D=1.57%）薄壁管及X65φ457mm×19.1mm（t/D=4.18%）厚壁管的生产制造。

X65φ457mm×19.1mmHFW焊管实物照片如图7所示。

图4　URD刚性机架

图5钢管管端圆度

图6优化前后成型等效塑性应变图对比

图7X65φ457mm×19.1mmHFW焊管实物照片

2.2、焊接及热处理技术

2.2.1、高频焊接技术

HFW焊接过程是一个连续生产过程，焊接质量取决于焊接工艺及焊接过程的稳定性保障。

宝钢HFW管线钢管焊接采用基于IGBT功率模块的串联谐振式感应电源技术，并采取负载阻抗匹配等技术，保证了电源输出的稳定性，焊机最大焊接功率达1800kW。

焊接过程采用首检工艺保证，恒定速度过程控制及在线焊缝内、外缺陷检测技术，保证焊缝质量的一致性。

2.2.2、焊缝热处理技术

焊接后，配备了2组在线焊缝热处理装置，实现对焊缝在线全壁厚加热，改善焊缝组织和性能。

对不同钢级、不同规格和不同技术要求的产品实现在线工艺制度，可以根据产品进行N，Q+N等工艺，以控制和提高管线钢管的焊缝性能。

焊缝经热处理后的宏观形貌及组织照片如图8所示。

图8　HFW焊缝宏观形貌及微观组织

在-20℃条件下，取钢管标准试样（10mm×10mm×55mm），对X60HFW管线钢管焊缝进行冲击试验，试验结果统计如图9所示。

由图可见，X60管线钢管焊缝冲击功平均值达到209.3J，焊缝韧性得到改善。

满足了管线工程的规范及使用要求。

图9　X60HFW管线钢管焊缝冲击韧性统计结果

2.3、性能控制技术

在由钢板弯曲成钢管的变形过程中，由于存在加工硬化和包辛格效应的交互作用，材料性能的变化对最终产品性能将产生直接影响。

因而，掌握材料在不同变形条件下的性能变化，能有效地控制产品性能范围，满足管线钢管现场环焊缝强度匹配要求，保护环焊缝不被损坏。

X60HFW管线钢管的拉伸性能统计结果如图10所示，由图可见，对X60管线钢管，屈服强度波动值较好地控制在120MPa之内，抗拉强度波动值控制在100MPa之内，满足了陆地及部分海洋区域对管线钢管的需求。

2.4、产品质量的追溯与检验

2.4.1、产品追溯性

宝钢HFW产品实行全过程质量控制与识别，以保证出厂的每根钢管具有可追溯性。

宝钢HFW产品质量追溯流程如图11所示。

图10　X60HFW管线钢管拉伸性能统计结果

图11　宝钢HFW产品质量追溯流程图

2.4.2、水压试验与检验

为保证出厂的每根钢管的密实性，采用最大压力为65MPa的水压试验机，对进行水压的每根钢管进行管号识别及实绩记录，水压过程中对焊缝实行全程监控，以保证试验的可靠性和可追溯性。

2.4.3、焊缝探伤

HFW焊缝超声波探伤过程如图12所示。

对水压后的管线钢管的内、外焊缝逐根进行超声波探伤，对检验不合格的钢管分别进行再确认、改规及降级处理。

图12　HFW焊缝超声波探伤过程

3、主要业绩

宝钢HFW机组的主要管线业绩见表1。

表1　宝钢HFW机组的主要管线业绩

年度

钢级

规格/（mm×mm）

应用工程

2006

L360MB

φ273.1×5.2

张家港—宝山天然气输

送管线

X52

φ508.0×7.9

Pacangaspipeline，Texas USA

2007

L415MB

φ323.9×14.2

玛纳斯气田

L415MB

φ355.6×6.4

φ406.4×7.1

φ406.4×8.7

鲁皖二期成品油管道工

程

2008

X65

φ508.0×9.5

Pacangaspipeline，Texas USA

L415MB

φ457.0×7.1

克乌成品油管道复线

X65

φ273.1×11.1

锦州25-1N油田开发工

程（海底管线）

X65

φ559×17.5

中油海南堡1-3人工岛

地面工程（海底管线）

X70

φ406.4×7.9

Pipeline2467，Pakistan

随着对机组功能考核及完善，利用宝钢管线钢制造的技术优势，及时进行产品品种拓展和新产品研发，逐步掌握了X70及以下钢级管线钢管生产制造技术，形成了宝钢系列化的HFW管线钢管制造技术。

宝钢HFW管线钢管钢级构成如图13所示。

2008年，宝钢X60及以上钢级HFW管线钢管比例达到35%，具备了生产X70及以下钢级管线管的能力。

产品质量满足国内外管道工程的技术和使用要求。

图13　宝钢HFW管线钢管钢级构成图

4、结语

宝钢通过对HFW管线钢管的研发和生产，较全面地掌握了X系列管线钢管的微合金化成分设计、工艺控制、焊接制管及生产过程的质量保证等关键技术，形成了不同产品等级X系列管线钢成分性能、焊接制管工艺及生产质量控制技术，为进一步研发X80HFW管线钢管奠定了基础。

产品质量稳定，满足国内外管线工程的技术和使用要求。