目前，uo軋機幾乎占領了日本的國內市場，為了更好地滿意海外用戶的需求，日本前進了煉鋼、連鑄、厚板出產、鋼管制作悉數工序的制作技能，開發出新產品，并前進了出產高功能管
目前，uo軋機幾乎占領了日本的國內市場，為了更好地滿意海外用戶的需求，日本前進了煉鋼、連鑄、厚板出產、鋼管制作悉數工序的制作技能，開發出新產品，并前進了出產高功能管線鋼管上游工序的制作技能。一起，上游工序也大規模地引進了新的制作設備。本文介紹大口徑鋼管制作辦法、鋼管功能要求和上游工序的技能前進。
1 鋼管制作辦法概要
1.1 大口徑焊接鋼管的制作辦法
大口徑螺旋鋼管是由厚板、熱軋板通過成形、焊接而成。制作辦法首先按焊接法分類，將選用高效率和可靠性高的埋弧焊（submerged arc welding）鋼管稱為saw鋼管。本文評論的大口徑鋼管首要以這種saw鋼管為方針。saw鋼管又分為縱向焊接的埋弧焊直縫鋼管l-saw和螺旋焊的埋弧焊螺旋鋼管h-saw。l-saw鋼管有合適大批量出產的uo成型法、合適品種多量少的曲折輥法和壓力機床法。
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jcoe成型法是介于uo成型法和壓力機床法之間的辦法。在壓力的末段是否有擴徑工序對鋼管功能有很大影響，有無該工序也是分類辦法之一。h-saw相當于螺旋焊管，將板卷狀的鋼板成型為螺旋狀，再焊接對接部位而成。除選用成型、定位焊接后再進行saw的傳統辦法外，為了取得高出產率和高質量的鋼管，也可選用定位焊接后在其他出產線進行saw的兩步螺旋焊法。
1.2 uo鋼管的制作辦法
uo鋼管的質料一般運用厚板，有時也運用剪切的熱軋帶卷。對鋼板進行焊縫坡口加工的辦法有：預彎邊（用c形壓力機將鋼板邊際曲折到接近制品曲率）；u成型（用u形壓力機將鋼板壓成u形）；o成型（用o形壓力機冷成形為o形）。加工后，選用gmaw（gas metal arc welding：熔化極氣體保護電弧焊）等辦法對焊縫進行定位焊接，從內外面選用saw焊接焊縫后，進行約1%的擴徑。在前進正圓度的一起，消除焊縫部位的殘余應力，這種辦法一般稱為uoe成型法。為了衡量鋼管的無缺程度，選用1%的塑性變形不呈現決裂作為衡量方針。
1.3 螺旋焊管的制作辦法
螺旋焊管軋機是由開卷機、成型機、內外面焊接機、超聲波探傷機及飛剪等設備構成。一般運用熱軋帶卷作為質料，也運用斯特克爾式軋機出產的熱軋鋼板。一般先焊內面，旋轉0.5或1.5轉后焊接外面，一般選用埋弧焊接法進行焊接。螺旋焊制管法是從連續成型到焊接，經飛剪，選用氣體切割法或等離子切割法剪切陳規則長度。然后，進行端面加工，無損探傷、二次加工及外觀尺寸檢查等工序。
2 功能要求
2.1 管線鋼管功能要求
運用管道運送原油和天然氣，特別是在確保氣體管道安全性上，要求管線鋼管具有高技能特性。天然氣基本是用管道運送，長間隔運送能夠下降液化天然氣（lng）的運送本錢。當運送量為10bcm/a時，使lng本錢比較合理的運送間隔是3000km。當運送量為25bcm/a時，合理值為5000km。假如增加氣體運送量，管道運送就會增加本錢優勢。此外，假如選用高壓運送，例如將管道的進站壓力從本來的10mpa增加到14mpa，管道運送的運距可變長。用于這種管道的大口徑管線鋼管要求具有下述技能特性。
2.1.1 高內壓
為了增加氣體運送量，能夠在同一運送氣體壓力下擴展管道內徑，或在同一管道內徑下前進運送氣體壓力。為了操控管線建造本錢，多選用高壓運送氣體。陸上的管線一般運用10mpa。西氣東輸二線干線管道規劃壓力是12mpa，阿拉斯加管線項目規劃壓力是15mpa。由于海底管線鋼管在半途難以設置空氣緊縮站，所以用更高的壓力運送。陸上管線鋼管也方案前進運送壓力，但空氣緊縮機等周邊機器的維修、下降空氣緊縮機運轉能耗以及確保安全性也很重要。
假如用近似薄壁圓筒式表明鋼管的周向應力σ，那么σ=pid/2t（pi：內壓；d：直徑；t：壁厚），可見加大對總壁厚的應力，就會前進內壓。這樣就存在加大壁厚或前進強度兩種選擇，因而要求管線鋼管厚壁化和高強度化。在相同直徑下，前進強度能夠減少管壁厚度。不論是哪種條件，前進強度還可下降每單位長度的鋼管分量。即便分量下降率不大，一般也可下降鋼材本錢，進而下降鋼管的運輸本錢、敷設溝的發掘和圓周焊接本錢。
在這種狀況下，開發并應用了高強度管線鋼管。代表性的管線鋼管規范是2007年版的iso 3183，在本來x80級以下基礎上，補充了x90、x100、x120。
近幾年，x80級鋼管需求量急劇增加。在下降管道建造本錢的需求下，現場圓周焊接從手藝焊變為gmaw主動焊，前進了焊接效率，高強度鋼的焊接低溫裂紋也不再是難題。
跟著高強度趨勢的發展，呈現了基本的強度測定問題。管線鋼管的等級規則，表明接受內壓性的參數為圓周屈從強度（c-ys），但測定鋼管的c-ys比較困難。正確的圓周強度的測定有脹大環實驗，但不適用大量的測定。作為小型實驗，一般將圓弧狀剪切的資料，制備成扁平全厚度試樣，進行強度測定。x65級以下扁平試樣的強度變化小，但對于x80級以上，資料的加工硬化變小，扁平試樣的鮑辛格效應明顯，存在用扁平試樣測定的ys比實際ys低的問題。
此外，x80級以上不運用扁平拉伸試樣，而多選用可加工的圓棒試樣，各規范都認可圓棒試樣?？墒?，圓棒試樣的值只表明壁厚方向的一部分，必須認識到與全壁厚的值有些不同（ts低）。曾經api規范中，對油井管、管線鋼管ys的界說是0.5%輕負載屈從強度。例如，x120是0.65%輕負載屈從強度；x100是0.60%輕負載屈從強度接近ys。在iso 3183中，x90等級以上運用位移0.2%的屈從強度?？墒?，加拿大規范csa中，x100的屈從強度為0.5%輕負載屈從強度，比位移0.2%的屈從強度值稍低。
2.1.2 高耐性
跟著極地的開發，要求更低的低溫耐性。加拿大北部敷設的管道耐性保證溫度一般為-5℃，但極地的陸上管道有的要求-60℃。并且，還要考慮當管道決裂后，氣體噴出時隔熱脹大導致溫度下降的狀況。
輸氣管道的低溫耐性，應該考慮裂紋發作及其擴展的高速延性開裂。從現場圓周焊接部位的焊接缺陷發作裂紋的可能性極高。因而，規則了焊縫部位的焊接金屬、焊接熱影響區（haz）的耐性。在iso 3183中要求x80級以上的焊縫部位的焊接金屬和haz到達40j以上的v型缺口沖擊值。近年dnv-os-f101規范要求45j以上。曾經很少用裂紋發作特性的開裂力學功能值ctod點評管線鋼管的焊縫耐性，但現在有增加的趨勢。
別的，內面焊接構成的粗晶粒haz，由于又進行外面焊接，兩相區飽嘗再加熱的irog-haz部位的耐性低，要前進該部位的耐性比較難?？墒?，uoe鋼管在塑性區域進行擴管，并且在該部分用ust探傷，不存在約1mm以上的裂紋。一般狀況下，對基于dnv-os-f101等規則的ctod≥0.15mm的開裂力學核算進行安全性點評時，常常是要求值遠大于需求值。因而，測驗選用淺缺口ctod實驗和sent實驗。此外，考慮到拘謹應力，以為選用等效ctod點評辦法也有用。
輸氣管道即便決裂，內壓也難以下降，所以假如一旦發作裂紋，不穩定性擴展。使該裂紋止裂的必要條件是裂紋傳達面首先成為延性損壞主體，裂紋擴展速度漸漸降下來，且比減壓速度慢。因而，dwtt的耐性斷面率要求在85%以上。一般多用巴特爾二維曲線法核算所需夏比沖擊值。能夠說，dwtt的傳達能或預裂dwtt能比夏比沖擊值更合適，高強度鋼管很難預測夏比沖擊值。近年來，也測驗用ctoa來點評?？墒?，有時高強度管線鋼管很難使鋼管自行停止裂紋擴展，這種狀況下以必定間隔選用裂紋阻止器。
2.1.3 高變形性
管道必須耐相當于小屈從強度（smys）的72%、80%等的規劃內壓。因而，本來只考慮彈性變形來規則圓周強度?？墒?，在管線規劃時應考慮到海底管線的s-lay（海底管道s型敷設法）時發作的鋼管曲折，地震導致的地層變化和不連續凍土地帶的季節性地層變化，以及管道發作的塑性變形等。這些特性對鋼管縱向強度特性的影響比圓周強度大。鋼管本體因曲折和緊縮發作壓曲的變形值大。
曲折變形時緊縮側發作的壓曲首先是受鋼管直徑/壁厚比的影響很大，假如d/t小，壓曲變形極限（緊縮變形極限）就大。在同一個d/ t時，下降屈從比（y/t），增加加工硬化系數（n值）和均勻伸長率（uel），能前進緊縮變形極限。拉伸應變極限和鋼管力學功能的聯系不太明確，但鋼管縱向的ys比圓周焊接金屬的ys低。為了到達這一目的，有時設定縱向ys（l-ys）規范下限值比圓周c-ys規范下限值低。變形功能與低溫耐性成為高強度管的研究課題。
管線鋼管在外面施以防腐涂層，特別是近年來常用的環氧樹脂涂料（fbe）。鋼管冷成形產生應變時效，應力-應變曲線發作變化，強度上升。有的狀況要求，涂層前后的強度特性滿意要求值，且不產生屈從延伸。有報導稱，如發作屈從延伸，內壓下降時緊縮變形極限變小。
2.1.4 高壓潰性
深海敷設管道，鋼管有可能被水壓壓潰。假如水深超越2000m，壓潰壓力成為一規劃要素。不進行高壓操作（沒有內壓）時不產生壓潰（安全率1.41），即要求管線鋼管具有高壓潰性。由于曲折應力下降壓潰值，所以，規劃時也要留意曲折應力對其的影響。壓潰值在很大程度上受d/t的影響，所以為避免鋼管壓潰，運用d/t小的鋼管。低d/t，即鋼管徑（d）變小，運送量下降；若鋼管壁厚（t）變大，運用厚壁鋼管。因而，深海項目要求超厚壁鋼管。
近年來，在黑海（深處2150m）、地中海（深處2160m）建造了水深2000m以上的深海管線，并方案建造穿過深海的第4條地中海管線（深處2800m）。
2.1.5 耐酸性
原油和天然氣中常含有硫化氫（h2s）。假如鋼裸露在濕潤硫化氫環境（酸性環境）中，大量的氫侵入到鋼中，會引起各種形狀的氫脆化。管線鋼管代表性的損害形狀是氫致裂紋（hic），日本開發了將鋼材浸漬在h2s氣飽和的人工海水（ph=5）中的辦法，稱為bp實驗。后來這種hic實驗已作為nace規范tm0284（1984年擬定）?？墒?，在該溶液中，cu增加入鋼中易構成硫化物，雖按捺了氫侵入，但存在不能正確點評裂紋敏感性的問題。
這以后，將油井管硫化物應力腐蝕實驗點評運用的ph值低的h2s飽和溶液0.5%ch3cooh+5%nacl（一般nace溶液，初期ph值2.7，實驗結束時上升到4.0 ）用于hic實驗?，F在將后者稱為a溶液，前者稱為b溶液，記載于tm0284修訂版中。近年來，大部分要求用a溶液進行hic實驗，要求clr（裂紋長度率）≤0.15%。
酸性環境是腐蝕環境，所以一般運用耐酸管線鋼的管道。當運用按捺劑時，能夠應對高腐蝕速度0.1-0.5mm/a的狀況。因而，選用比按規劃壓力核算的壁厚還要厚的鋼管。即便運送含h2s的氣體，假如是脫水后也不會腐蝕，不引起氫侵入。如僅僅為了應對脫水設備呈現故障的狀況，能夠不考慮腐蝕量而選用高強度鋼管。在這種條件下，也可運用具有耐酸性的x80級鋼管。
2.1.6 高耐腐蝕性
當含水量高，二氧化碳分壓高，按捺腐蝕作用的油分少時，依據環境選用13cr、雙相不銹鋼、鎳基合金等耐蝕性資料。由于鎳基合金價格昂貴，所以僅鋼管內面運用耐蝕合金層，耐壓資料的表面大部分運用低合金鋼管的復合鋼管。廣泛運用壓力機床法成形軋制包覆，焊接管縫后熱處理的鋼管和將耐蝕內管機械刺進外管的鋼管。目前也有利用uoe工藝開發出高鎳合金復合鋼管的報導。別的，還開發了13cr的uoe鋼管。
2.1.7 現場焊接的ut化
大口徑管線鋼管的現場圓周焊接后的無損檢測運用主動ust。為了安裝機器的導向裝置，要求在工廠切削內外面管端部管縫焊道的狀況增加，需求完成切削主動化和高效化。
2.2 土木建筑用鋼管功能要求
日本國內螺旋焊管首要用于土木建筑、自來水管道等范疇。特別是鋼管樁、鋼管板樁用占很大一部分。作為制品，大多要求有助于前進制品附加值的附屬品加工和涂層。通過將抗拉強度優勝的鋼管與緊縮強度杰出的混凝土結合，前進結構件的力學功能。為前進鋼管和混凝土的結合力，要求選用網紋熱軋帶卷的螺旋焊管。涂層要求選用避免腐蝕的聚乙烯、聚氨酯涂層。
3 上游工序的技能前進
3.1 煉鋼技能的前進
為了完成管線鋼管的高耐性、耐酸功能，要求高純度和高潔凈度的鋼液。為了按捺發作hic，應按捺mns的生成，然后選用真空脫氣法、噴粉出產低硫鋼技能。20世紀80年代中期，各鋼鐵公司確立了操控硫含量10ppm以下的技能，并確立了將mns改質為cas的ca增加技能。
下降連鑄板坯的中心偏析對按捺hic非常重要，研究表明，能夠選用縮短輥距離、板坯凝固末端輕壓下等技能下降中心偏析。連鑄機的筆直段對夾雜物上浮影響很大。
3.2 厚板制作技能的前進
3.2.1 tmcp
tmcp技能是與高檔管線鋼管制作同步發展起來的一項技能。操控軋制后的加快冷卻從20世紀80年代開端工業化，從x60到x65、x70級管線鋼的高強度過程中，耐酸鋼材和管線鋼的加快冷卻利用率明顯前進。這以后，引進了旨在進一步快速冷卻和均勻冷卻的第二代加快冷卻設備，例如，super-olac（1998年，福山廠）和clc-μ（2006年，君津廠）等。操控冷卻的方針是出產原料均勻的厚鋼板，也有在加快冷卻后面設置感應加熱裝置的在線熱處理設備（hop），用于進行快速加熱，是tmcp條件多樣化的應用實例。
3. 高強度管線鋼管熱軋鋼板制作技能的前進
螺旋焊管的管線鋼管口徑大，所以大多是厚壁鋼管，高強度化的優點不易顯現。近年來，為了出產20mm超厚熱軋帶卷，有增強卷取機才能、強化水冷設備的軋機?？墒?，與厚板軋制相比，熱軋工序的低溫操控軋制約束較多。例如，因軋制速度快前進冷卻才能困難，并且，冷卻到低溫又不易卷取。
此外，還開發了在0.04%c鋼中增加0.08%-0.11%nb的htp（high temperature processing）鋼，已批量出產。跟著nb增加量的增加，cvn能量下降，強度上升，但在約0.1%到達飽和。因而，推測0.1%nb是界限。
3.2.2 安排操控
用加快冷卻出產的x60、x65級管線鋼的主體安排是由奧氏體相變的鐵素體組成?？墒?，低碳鋼中第二相的比率低，所以鐵素體主體安排無法高強度化。因而，x80級以上管線鋼應適用于貝氏體系安排。從焊接性的觀念，用含c量 0.03%-0.08%的鋼液制作高強度管線鋼管，并運用低碳貝氏體鋼。這些鋼的50%相變溫度和抗拉強度的半定量聯系。例如，x120級管線鋼管是用約在400℃發作相變的含c量0.04%的下貝氏體鋼或在約500℃發作相變的含c量 0.06%的上貝氏體鋼取得強度。x100級是在550-600℃發作相變的含c量 0.06%上貝氏體+粒狀貝氏體鋼取得強度。x80級是600-650℃發作相變的粒狀貝氏體鋼取得強度。
適用x120級管線鋼管的下貝氏體鋼中碳對強度的影響大，板坯加熱時引起反常相變，有時變成粗奧氏體晶粒。低碳貝氏體安排易到達高強度，一般測定的夏比低溫耐性杰出，但存在dwtt功能有時低，加工硬化小等缺陷。為了彌補這些不足，也有在貝氏體主體安排引進ma組元（馬氏體-奧氏體）和多邊形鐵素體的狀況。此外，細化扁平奧氏體晶粒厚度也能夠改善低溫耐性。
跟著ma比例前進，鋼板y/t（屈從強度/抗拉強度）下降。淬透性高的低碳鋼，在加快冷卻狀況生成少數的ma。運用hop，如相變途中再加熱，碳向未相變的奧氏體相分散，ma比例前進。當然，如用uoe工藝將鋼板成形，由于冷加工強度發作變化，所以鋼板y/t低，鋼管y/t不必定也低。c方向是首要變形方向。依據鋼的不同，各變化起伏也不同。跟著鐵素體比例的增加，dwtt耐性斷面率前進。用加快冷卻將鋼板冷卻到低溫區域時，鐵素體比率的變化對抗拉強度的影響不大。這是由于假如前進鐵素體比例，碳向周圍的奧氏體相濃縮，成為高強度的低溫相變安排。
