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冶金技术新科技发展状况

分类:冶金论文发表 时间:2017-03-27 10:16 关注:(1)

  文章是一篇冶金类论文,主要讲述了冶金工程中钢科技的新发展应用和对冶金工程技术的新改革运用措施制度等等。本文选自:《冶金能源》,《冶金能源》其办刊宗旨为:贯彻国家科技政策和能源政策,宣传报导治金工业能源合理利用方面的政策、理论、工艺技术、设备、材料和实践经验,促进与合理利用能源密切相关的热能与热工业专业的科学技术交流,为企业培养管能与用能人才。

  摘要:随着国民经济的迅速发展,对石油和天然气等能源的需求也日益增加,而管道输送油气是一种既经济又有效的运送方式。但从上世纪60年代开始至今,世界各地先后发生多起输气管道爆裂事故。研究表明在管道内部压力和外部土壤腐蚀环境的交互作用下,管线钢可以发生应力腐蚀开裂。管道的破裂造成了重大经济损失、人员伤亡和自然环境破坏等严重后果。

  关键词:冶金技术,冶金应用,冶金发展,冶金工程,冶金论文

  1管线钢简介

  1.1管线钢用途

  管线钢是指用于输送石油、天然气等的大口经焊接钢管用热轧卷板或宽厚板。管线钢在使用过程中,除要求具有较高的耐压强度外,还要求具有较高的低温韧性和优良的焊接性能。管线钢主要用于加工制造油气管线。油气管网是连接资源区和市场区的最便捷、最安全的通道,它的快速建设不仅将缓解我国铁路运输的压力,而且有利于保障油气市场的安全供给,有利于进步我国的能源安全保障程度和能力。

冶金能源杂志投稿论文

  1.2管线钢的生产情况

  目前,我国油气输送所使用的管线管主要由石油自然气团体公司的6个焊管厂生产,它们是宝鸡石油钢管厂、贵阳石油钢管厂、华北石油钢管厂,辽阳石油钢管厂,沙市石油钢管厂,胜利石油钢管厂等,总设计生产能力约为120万t左右。生产的油气管以螺旋焊管和高频直缝焊管为主,而管径大、管壁厚的直缝埋弧焊管的生产在我国时间较短。2000年,我国第一条大口径直缝埋弧焊管生产线在番禺珠江钢管公司建成,此生产线从澳大利亚引进,可生产厚壁大口径长输管线钢管,钢管外径457~1800mm,特殊规格可达3000mm,壁厚4.5~37mm,特殊规格还可增厚,单管最长可达12m。但生产这种焊管所需管线用宽厚钢板目前基本还需依靠进口。近日,日本住友金属和住友商事又与中国石油自然气团体公司(CNPC)下属的宝鸡钢管厂合作生产石油自然气用中径焊接钢管,主要生产油气输送管线的支线用焊管,产量可由目前的5万吨进步到2~3年后的12万吨。

  国内对管线用钢的需求以X70级为主,新线目标定位在X80级热轧宽钢带和X100级宽厚板的生产,以适应目前10MPa和近期14MPa以上输送压力的设计。

  1.3管线钢的消费状况

  管线钢主要用于加工制造油气管线。油气管网是连接资源区和市场区的最便捷、最安全的通道,它的快速建设不仅将缓解我国铁路运输的压力,而且有利于保障油气市场的安全供给,有利于进步我国的能源安全保障程度和能力。

  同石油一样,我国也将从境外的俄罗斯、中亚国家进口自然气,并通过东南沿海港口进口液化自然气(LNG)。为了把这些自然气输送到主要的消费区域,建设输送管线是必不可少的。目前“西气东输”项目已经建成,今后还将建设的主要管线有陕京二期、中俄自然气管线(东线、西线)、以及中亚或俄罗斯至上海自然气管线,终极与“西气东输”管线形成“两横、两纵”的自然气干线。

  目前,原油、自然气管网已经具有相当规模,成品油输送管道相对较少,目前仅占全部输送量的40%,将来计划修建3万km,管径在Ф500mm左右,壁厚在10mm以下,以X65为主。未来10年,我国将建设5万km的油气管道,均匀每年需要展设近5000km,每年自然气管道需要钢材近400万t。

  随着管道输送压力的不断进步,油气输送钢管也相应迅速向高钢级方向发展。在国际发达国家,20世纪60年代一般采用X52钢级,70年代普遍采用X60~X65钢级,近年来以X70为主,而国内城市管网以X52、X65为主。目前国内主干线输气管最大压力为10MPa,最大直径能够达到Ф1016~1219mm,以X65、X70应用为主,X80也有应用,但用量未几。随着国内输气管的延长和要求压力的进步,X70、X80将成为主流管线钢。

  1.4管线钢的发展趋势

  随着石油自然气需求量的不断增加,管道的输送压力和管径也不断地增大,以增加其输送效率。考虑到管道的结构稳定性和安全性,还需增加管壁厚度和进步管材的强度,因此用作这类输送管的管线钢都向着厚规格和高强度方向发展。由于自然气的可压缩性,因而输气管的输送压力要较输油管为高。近年来国外多数输气管道的压力已从早期的4.5~6.4MPa进步到8.0~12MPa,有的管道则达到了14~15.7MPa,从而使输气管的钢级也相应地进步[2]。目前,国外的大口径输气管已普遍采用X70钢级,X80开始进进小规模的使用阶段,X100也研制成功,并着手研制X120。输送酸性自然气的管道用钢目前已能生产到X65钢级。21世纪是我国输气管建设的高峰时期。“西气东输”管线采用大口径、高压输送管的方法。这条管线全长4167km,输送压力为10MPa,管径为1016mm,采用的钢级为X70、厚度为14.6mm,20℃的横向冲击功为≥120J。这一钢级、规格、韧性级别目前国内已经生产,并且质量达到国际水平。因此,生产这种规格的高强度、高韧性管线钢对我国今后采用国产管线钢生产大口径、高压输气管具有十分重大的战略意义。

  1.1.5 X80管线钢

  X80管线钢的基本组织是针状铁素体组织[3],这种组织是在较大的冷却速度下,在温度范围略高于贝氏体形成温度下的连续冷却过程中,由于扩散和剪切变形的共同作用,形成没有完整连续的晶界粒度参差不一的组织针状铁素体组织通常由针状铁素体和粒状贝氏体组成,同时基体中分布着岛针状铁素体管线钢主要通过细晶强化、沉淀强化和相变强化保证其强度。由于微合金的添加和控制轧制和控制冷却工艺的应用,可以保证得到细小组织。因此,以针状铁素体和粒状贝氏体为主要组织的X80级管线钢具有较高的抗拉强度和屈服强度。同时,针状铁素体管线钢具有良好的焊接性能,其抗应力腐蚀氢诱发裂纹的能力也较高,较小的重叠尖锐组织为针状铁素体在扫描电镜下可以发现管线钢显微组织体现出了典型的针状铁素体特征:晶界方向不一,且相互交割,晶粒细化明显。放大观察倍数后可以看到晶界上也有大量的位错塞积析出粒子分布较为均匀,对针状铁素体板条上的高密度位错起到了钉扎作用,提高了钢的强度管线钢的强韧性随着油气管道运行压力与管径的不断增加,管道发生爆裂的风险也越来越大。同时,随着在土质不稳定区不连续区及地震带等地质情况复杂地区和高寒地区铺设的管道越来越多,对于管线钢的应变硬化能力抗侧向弯曲能力的要求也越来越高,因此管线钢必须具有很好的低温韧性。天然气管线压力的提高和对管线钢韧性提高的要求,促使人们寻找获得更有效的强度和韧性的组织结构。现已成功研制了针状铁素体管线钢, 在提高其强度的基础上,可大幅度提高韧性。针状铁素体管线钢的组织也并不是100%的针状铁素体,而是以针状铁素体为主的混合组织。针状铁素体AF又称板条贝氏体铁素体,在组织中成簇出现,构成板条束, 每个板条束由若干个铁素体板条组成,板条间为小角度晶界,板束间为大角度晶界。管线钢中,影响氢致开裂的主要组织是珠光体带状组织。因为氢致裂纹一般易沿珠光体带状组织扩展[4],因此,减少带状组织-珠光体的含量, 相应地增加针状铁素体的含量,可以提高管线钢的抗HIC能力。图1.2 X80管线钢显微组织。

  2管线钢中的氢

  2.1影响管线钢中氢含量的因素分析

  相关资料表明,影响钢中氢含量的因素有原辅材料带入的氢(如:铁水含氢、废钢表面的铁锈、铁合金中的氢和水分、石灰、增碳剂、脱氧剂、覆盖剂、保护渣等渣料中的水分等)、冶炼过程的增氢量(设备漏水或电极喷淋水、出钢过程及冶炼过程与大气接触增氢、喂丝过程钢水裸露增氢等)、VD 过程的脱氢效果等。由于废钢、铁水及铁合金等辅助材料带入的氢是不可避免的,目前考虑到成本因素,大部分钢厂对铁合金等辅助材料未进行烘烤,故生产此类钢种只能考虑通过减少精炼渣及石灰的加入量来减少原辅材料带入的氢。其次,电弧炉冶炼过程的电极喷淋水开启过大、水冷件漏水或氧枪漏水也是影响此类钢种VD 前氢含量高的主要因素之一。在VD 炉,提高抗HIC 及SSCC 管线钢VD 过程的脱氢效果,并减少VD 后增氢是控制此类钢种精炼终点氢含量的重要因素。

  2.2管线钢中氢腐蚀机理

  干燥的硫化氢并不会腐蚀金属, 只有在湿硫化氢环境中金属才会发生腐蚀。在湿硫化氢环境中将按照以下步骤进行: 石油、天然气中的水附着于管线钢的内表面,硫化氢( H2S) 在水中形成硫和氢的离子;Fe 夺取 H 的正电荷, 成为Fe2+及 H 原子,形成硫化铁(FeS),硫化铁(FeS)为红褐色物体,附着于管的内表面;H原子体积很小,根据分压大小向钢中扩散H原子首先聚集于非金属夹杂物、气孔及偏析中;在存留处,H原子变成氢气( H2)分子,体积增大20倍,H2体积增大过程中,存留处压力急剧增加,如超过金属起裂应力时会造成裂纹扩展;如存留处在管内表面,则形成鼓泡;如在内部则形成平行于金属表面的裂纹,这些裂纹通常成阶梯。

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