管線鋼,是用來制造石油天然氣管線輸送系統的鋼種。管線系統作為石油、天然氣的長距離運輸工具,具有經濟、安全、不間斷的優點。
管線鋼產品形態包括無縫鋼管和焊接鋼管,可分為高寒、高硫地區和海底鋪設三類。這些工作環境惡劣的管線,線路長,又不易維護,對質量要求都很嚴格。
管線鋼面臨的諸多挑戰包括:油氣田大部分在極地、冰原、荒漠、海洋地區,自然條件較為惡劣,或者為了提高運輸效率,管道的口徑不斷被擴大,輸送壓力不斷被提升,管內油品流動的腐蝕等。
從油氣輸送管的發展趨勢、管線鋪設條件、主要失效形式和失效原因綜合評價,管線鋼要具有良好的力學性能(厚壁、高強度、高韌性、耐磨性),還應具有大口徑、可焊接性、耐嚴寒低溫性、耐腐蝕性(CO2)、抗海水和HIC、SSCC性能等。
① 高強度
管線鋼不但要求高的抗拉強度和屈服強度值,而且要求屈強比在0.85~0.93范圍內。
② 高沖擊韌性
高的沖擊韌性能滿足防止起裂的要求。
③ 低的韌脆轉變溫度
嚴酷地域、氣候條件要求管線鋼具有足夠低的韌脆轉變溫度。DWTT(落錘撕裂試驗)的剪切面積已經成為防止管道脆性破壞的主要控制指標。一般規范要求在最低運行溫度下試樣斷口剪切面積≥85%。
④ 優良的抗氫致開裂(HIC)和抗硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)性能
⑤ 良好的焊接性能
鋼材良好的焊接性對保證管道的整體性和焊接質量至關重要。
目前在我國使用的油氣輸送鋼管的主要技術標準有API SPEC 5L、DNV-OS-F101、ISO 3183,和GB/T 9711等,大致情況如下:
① API 5L(管線管規范)是美因石油學會制定的一個被普遍采用的規范。規范僅僅針對鋼管產品,不包括管線的設計、選用或安裝等。
② DNV-OS-F101(海底管線系統)是挪威船級社專門針對海底管線而制定的規范。涉及內容很廣泛,包括管線設計、材料、制造、安裝、檢測、運行、維護等各方面。單就對鋼管的技術要求,通常比API 5L要嚴格。
③ ISO 3183是國際標準化組織制定的關于油氣輸送鋼管交貨條件的標準,該標準也不涉及管線設計、安裝等。技術條款制定得比較全面、詳細。
④ GB/T 9711最新版本是2017版。此版本是參考自ISO 3183:2012和API Spec 5L第45版,在二者基礎上編制。與參考的兩個標準一致,規定了兩個產品規范水平:PSL1和PSL2。PSL1提供了標準質量水平的管線鋼管;PSL2增加了包括化學成分、缺口韌性、強度性能和補充無損檢測(NDT)的強制性要求。
API SPEC 5L和ISO 3183是國際上具有較大影響的管線管規范,相比之下,世界上大多數石油公司都習慣采用API SPEC 5L規范作為管線鋼管采購的基礎規范。
管線鋼的訂貨合同中應包括這些信息:
① 數量(鋼管的總質量或總數量);
② 規范水平(PSL1或PSL2);
③ 鋼管類型(無縫管還是焊接管,具體焊接工藝,管端類型);
④ 依據標準,如GB/T 9711-2017;
⑤ 鋼級;
⑥ 外徑和壁厚;
⑦ 長度和長度類型(非定尺或定尺);
⑧ 確定需采用附錄。
規范水平 | 鋼管等級 | 鋼級 |
PSL1 | L175 | A25 |
L175P | A25P | |
L210 | A | |
L245 | B | |
L290 | X42 | |
L320 | X46 | |
L360 | X52 | |
L390 | X56 | |
L415 | X60 | |
L450 | X65 | |
L485 | X70 | |
PSL2 | L245R | BR |
L290R | X42R | |
L245N | BN | |
L290N | X42N | |
L320N | X46N | |
L360N | X52N | |
L390N | X56N | |
L415N | X60N | |
L245Q | BQ | |
L290Q | X42Q | |
L320Q | X46Q | |
L360Q | X52Q | |
L390Q | X56Q | |
L415Q | X60Q | |
L450Q | X65Q | |
L485Q | X70Q | |
L555Q | X80Q | |
L625Q | X90Q | |
L690Q | X100M | |
L245M | BM | |
L290M | X42M | |
L320M | X46M | |
L360M | X52M | |
L390M | X56M | |
L415M | X60M | |
L450M | X65M | |
L485M | X70M | |
L555M | X80M | |
L625M | X90M | |
L690M | X100M | |
L830M | X120M |
注:L后面的數字表示最小屈服強度(單位為MPa);X后面的數字也表示最小屈服強度(單位為1000psi);交貨狀態:R=軋制,N=正火(正火+回火),Q=淬火+回火,M=熱機械軋制;后綴P表示含有規定含量的磷。