新日鐵高品質(zhì)焊管的開發(fā)應用

新日鐵高品質(zhì)焊管的開發(fā)應用

作為承載能源產(chǎn)業(yè)、汽車、建筑機械和土木建筑等社會各個領(lǐng)域的不可缺基礎(chǔ)材料鋼管，采用圓柱型鋼材，進行穿孔軋制的是無縫鋼管;把鋼板卷成圓型，將接口部進行結(jié)合的是焊接管或鍛接管。目前，需求量最大的當屬技術(shù)進步最為顯著的焊接管。這里介紹焊接管的制造方法、用途和所需要的特性。

　　一、焊接管的種類及多種制造方法

　　通常的鋼材制品，除了鍍層板之外，軋制是最終的工序。而焊接管是在鋼板成型后進行焊接，成型與焊接后成為完整的產(chǎn)品，可以說是唯一的鋼材結(jié)構(gòu)件。主要有螺旋焊管、電焊管和UO管。

　　1.螺旋焊管——它是將熱軋板卷展開，成螺旋狀卷曲，接縫處進行隱弧焊接(SAW)的鋼管。產(chǎn)品直徑的大小由作為材料的熱軋板卷的寬度決定，因此，可以制成各種規(guī)格的管材，生產(chǎn)設(shè)備的規(guī)模也比較小。鋼管制成后，涂上合成樹脂、聚乙烯等提高防腐性，管邊接縫處多進行二次加工后銷售。但是，作為小口徑產(chǎn)品的生產(chǎn)效率是低的。螺旋焊管制造方法如圖1所示。

　　2.電焊管——它是將帶狀的熱軋板卷連續(xù)地卷成筒狀，不使用焊接材料，在接縫處用電阻焊接(ERW)的鋼管,是高頻電流的表皮效果與近接效果的巧妙利用，將接縫處進行結(jié)合的高效加熱焊接。以前的焊管質(zhì)量較低的原因是由于采用低頻電流焊接。60年代，大容量的高頻電流焊接法出現(xiàn)，焊接部位的質(zhì)量呈跨越式提高。產(chǎn)品直徑由熱軋板的幅寬決定(新日鐵最大直徑為24in)，可以進行高速連續(xù)生產(chǎn)，效率很高。電焊管制造方法如圖2所示。

3.UO管——顧名思義，是先將厚板彎曲成U型，然后卷成O型，在接縫處先進行定位焊接，然后進行多電極的隱弧焊接，最后進行擴管，制成厚壁大徑管。UO焊管制造方法如圖3所示。UO管主要材料為厚板，主流產(chǎn)品的中徑管使用熱軋切邊板。

　　新日鐵于60年代首先起步于管徑高度自由調(diào)整的螺旋焊管，70年代開始生產(chǎn)用于石油管線的大口徑厚壁的UO管。另外，新日鐵從1945年起就開始引進電焊小口徑管的制造技術(shù)，1958年開始生產(chǎn)14in以下的中徑管，具備了以汽車材料為代表的結(jié)構(gòu)材料、油井管、線路導管(石油天然氣管)多樣化的各種直徑的制造范圍。

　　二、焊接管的多種用途和所要求的特性

　　各種焊接管的用途與需求的特性是多種多樣的。螺旋焊管可以制成大口徑、長尺寸制品，利用這一特性，新日鐵以國內(nèi)市場為中心，提供作為柱、樁的土木建筑材料。作為國際鋼鐵廠商，則提供能源產(chǎn)業(yè)使用的鋼管，主要用于比天然氣風險較小的石油輸送管線。具有小批量、多品種靈活應對市場的能力的“生產(chǎn)簡易性”;并且可以滿足用戶進行涂覆、接縫的拼裝處理等要求，具有“使用簡易性”。

　　由于電焊管的焊接質(zhì)量不斷提高，使它的用途十分廣泛：建筑材料、汽車結(jié)構(gòu)材料、油井管、線路導管等。電焊管的技術(shù)開發(fā)史，可以說是品質(zhì)穩(wěn)定的高速管線向低頻電流時代的低品質(zhì)產(chǎn)品挑戰(zhàn)的歷史。與新日鐵的最適宜的焊接條件堅實地配置在一起，目前對于特性要求極高且具備安全性的海底管線需求在增加，作為唯一的可以生產(chǎn)具有高強度、低溫韌性的優(yōu)質(zhì)高級電焊油井管的鋼管廠家，獲得了客戶的信賴。另外，還可以靈活提供較薄的、壁厚精度高的熱軋、冷軋板制作的鋼管，作為汽車用材料，可以根據(jù)需要提供各種厚度、直徑的產(chǎn)品。

　　螺旋焊管和電焊管的主要用途是作為管中處于空置狀態(tài)的結(jié)構(gòu)材料利用，而UO鋼管則內(nèi)部流動氣體和液體，主要用于石油、天然氣輸送管線。近年來，由于豐富的蘊藏量及二氧化碳減排的要求，對天然氣的需求量快速提高。它的主要產(chǎn)地是西伯利亞和阿拉伯，距離消費地區(qū)有數(shù)千公里的長距離，連接天然氣的管線在持續(xù)計劃和建設(shè)中。其中，不必說液體(石油)，僅氣體(天然氣)的高速、遠距離運輸需求是顯著的，它需要耐200個氣壓的內(nèi)壓的高強度管線。換言之，就是鋼管中“輸送著的完全是空氣”，如果高強度的優(yōu)質(zhì)UO鋼管與運輸效率低、運輸成本高相遇，對有需求的新日鐵來說是困難的。

　　三、適宜能源領(lǐng)域高標準要求的特性

　　焊接管中最著名的技術(shù)革新要數(shù)以UO鋼管中的管線用鋼管。這個品種是適合各類顧客需求的獨一無二的產(chǎn)品，它適合能源的遠距離、大量運輸?shù)男枰�，還從成本削減的角度根據(jù)材料的高強度化，進而達到管材的薄壁化。此外，UO鋼管不但在高寒地區(qū)過于嚴酷的使用環(huán)境下保持高強度，而且達到低溫環(huán)境下的韌性要求。一般來說，鋼材強度的提高往往帶來低溫韌性、延性和焊接性降低的傾向。維持這些特性并如何提高強度，成為該項技術(shù)的基本框架。新日鐵生產(chǎn)的作為母材的厚板高強度化過程，造成韌性損失的碳素量減少只為0.04%的水平(普通鋼結(jié)構(gòu)材料為0.1%)，造成開裂、韌性低下原因的主要成分硫(S)減低到不足10ppm，在鋼板生產(chǎn)過程中實行組織細微化、多相化等材料組織控制，高強度化實施的同時，達到維持高水平的韌性。

　　此外，輸送高壓天然氣的管線，薄弱部分容易產(chǎn)生龜裂，帶來斷裂的危險性，因此，特別要保證焊接部位強度和韌性是不可或缺的。一般情況下，焊接材料的金屬強度要比鋼板的強度大，新日鐵長期致力于焊接材料和焊接方法的研究，確立了包括焊接部位在內(nèi)的品質(zhì)保證體制。以焊接材料的化學成分為起點，新型焊接溶劑(焊接時能夠除去母材和焊接劑產(chǎn)生的氧化膜，加熱時防止氧化的焊接材料)的成分，電流、電壓的調(diào)試方法，與母材的最適化組合等基礎(chǔ)研究，在公司的焊接研究所進行，實際使用的焊接材料則在集團企業(yè)新日鐵住金焊接工業(yè)(株)進行生產(chǎn)。

　　在管線敷設(shè)時產(chǎn)生各種情況的應對措施也十分重要。在UO鋼管的敷設(shè)現(xiàn)場，鋼管間需要焊接，制鐵所維持線路全長范圍內(nèi)準確圓度，實行嚴密的形狀控制措施，此外，含硫天然氣在高寒地區(qū)輸送時產(chǎn)生的弱點，即鋼管自身的焊接處，鋼管間的圓周接合部，尤其是T型接口部，為防止對鋼管特性造成負面作用，采取焊接時按照設(shè)定的熱值變化進行材料控制。即使是由于焊接部位的原因?qū)е麻_裂時，其開裂部分延展到母材時具有立即停止的抑制性。

　　四、提高高級鋼材生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)水平，向“耐硫性”挑戰(zhàn)

　　作為向能源領(lǐng)域提供的管線用材，有它獨特要求的特性，即對“濕潤硫化氫環(huán)境”的耐久性。這一特性是1972年在波斯灣海底管線破裂發(fā)生事故而特別引起注意的，對此，新日鐵長年致力于將提高“耐硫性”作為重要課題開發(fā)新的鋼管用材料。

　　在石油、天然氣中含有大量的腐蝕性物質(zhì)“硫化氫(H2S)”。由于H2S的作用，造成鋼板內(nèi)過量氫的侵入，與鋼材軋制時存于鋼中的非金屬混合物(硫化錳)同鐵的界面上的氫氣滯留膨脹，使鋼板引起開裂的“氫誘使開裂”，便可能產(chǎn)生。于是，必須適應在硫環(huán)境下可以安全使用鋼管的需要，新日鐵開發(fā)并提供了相應產(chǎn)品“耐硫管線用鋼管”。這種產(chǎn)品由于控制了氫誘使開裂原因中的鋼中硫化錳的生成，在煉鋼過程中S的含量降低到10ppm以下(通常為30～100ppm),提高了純度;此外，由于添加了鈣(Ca)使殘留的微量S無害化(CaS)，控制了軋鋼時非金屬夾雜物的延伸。

　　另外，在生產(chǎn)流程中，從連鑄到軋制、冷卻，都實行了嚴密控制，抑制了由于耐氫誘使開裂特性降低的原因造成金屬組織的不均勻性�，F(xiàn)在，在生產(chǎn)高級鋼材時利用的全套先進技術(shù)裝備中，鋼管制品的耐硫措施及進步是重要的組成部分。

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