陳小偉， 王 旭， 韓鐵利， 張正鑫

（1. 渤海石油裝備巨龍鋼管公司， 河北青縣 062658； 2. 天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 天津 301607）

0 前 言

對(duì)輸送效率和經(jīng)濟(jì)性的追求推動(dòng)了全球油氣管道不斷向高鋼級(jí)、 大直徑方向發(fā)展[1-2]。 俄羅斯巴甫年科沃—烏恰管道率先采用了K65 鋼級(jí)（相當(dāng)于X80）、 Φ1 420 mm 管道， 在國(guó)際高鋼級(jí)大直徑管道建設(shè)史上具有里程碑意義[3]。 2019年建成投產(chǎn)的俄羅斯西伯利亞力量管道， 是中俄東線(xiàn)對(duì)應(yīng)的俄羅斯段， 采用了與巴甫年科沃—烏恰管道類(lèi)似的設(shè)計(jì)， 管徑為1 420 mm， 鋼級(jí)包括K60 和K65。 另一條具有代表性的管徑1 422 mm管道是土耳其與阿塞拜疆合資建設(shè)的跨安納托利亞天然氣管道項(xiàng)目 （TANAP）， 該項(xiàng)目采用了X70 鋼級(jí)鋼管。

中俄東線(xiàn)天然氣管道是我國(guó)第一條X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 管道， 項(xiàng)目建設(shè)時(shí)正值我國(guó)X80 管道陸續(xù)出現(xiàn)一些質(zhì)量安全事故， 問(wèn)題包括環(huán)焊自身的問(wèn)題， 以及一系列與管材質(zhì)量相關(guān)的問(wèn)題。盡管X80 管線(xiàn)鋼在我國(guó)已有大規(guī)模應(yīng)用， 但由于中俄東線(xiàn)鋼管的直徑、 壁厚均有較大幅度的增加， 以及基于以往X80 管道質(zhì)量問(wèn)題等因素，對(duì)管材產(chǎn)品提出更嚴(yán)格的要求， 給我國(guó)板材、 管材制造企業(yè)的制造技術(shù)、 質(zhì)量控制能力帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。 本研究通過(guò)對(duì)中俄東線(xiàn)北段采用的約50%的直縫埋弧焊管的實(shí)物理化性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 旨在對(duì)我國(guó)目前X80 寬厚板、 直縫埋弧焊管制造技術(shù)及質(zhì)量控制水平有較深入的了解， 并對(duì)中俄東線(xiàn)北段管道運(yùn)行及安全評(píng)價(jià)、 管道挖潛等提供參考。

1 技術(shù)挑戰(zhàn)

近年來(lái)我國(guó)X80 管道發(fā)生了較多的質(zhì)量安全問(wèn)題， 相關(guān)失效分析結(jié)果表明， X80 管道主要失效形式為環(huán)焊縫失效， 其主要原因包括環(huán)焊縫韌性、焊接缺陷、 不等壁厚及錯(cuò)邊等引起的應(yīng)力集中，以及環(huán)焊縫相對(duì)于鋼管的低強(qiáng)匹配等[4-7]。 這些失效反映出來(lái)的管材質(zhì)量問(wèn)題包括： 管材成分要求范圍寬， 實(shí)物一致性差， 導(dǎo)致管材可焊性差； 管材強(qiáng)度要求寬泛， 實(shí)物水平接近標(biāo)準(zhǔn)上限， 造成焊縫與管體低強(qiáng)匹配； 管材幾何尺寸要求偏低， 現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)困難， 出現(xiàn)強(qiáng)力組對(duì)以及應(yīng)力問(wèn)題等。 圍繞這些問(wèn)題， 在中俄東線(xiàn)建設(shè)前， 從管材自身質(zhì)量改進(jìn)的角度， 在中俄東線(xiàn)鋼管技術(shù)條件以及數(shù)據(jù)單補(bǔ)充技術(shù)要求中， 對(duì)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及控制范圍均進(jìn)行了更為嚴(yán)格的要求。 其中， 涉及理化性能方面主要包括化學(xué)成分、 拉伸性能和DWTT 等指標(biāo)。

1.1 化學(xué)成分

在西氣東輸三線(xiàn)焊接工藝評(píng)定過(guò)程中， 出現(xiàn)了較多的環(huán)焊縫性能不合格問(wèn)題， 由此引起了對(duì)西氣東輸二線(xiàn)以來(lái)我國(guó)X80 鋼合金體系不一致、合金含量差異大、 甚至同一廠家不同批次板材合金含量差異大的問(wèn)題的關(guān)注。 圖1 為不同時(shí)期某廠家同一規(guī)格X80 鋼級(jí)合金成分的變化。 當(dāng)時(shí)這種變化幾乎不需要經(jīng)過(guò)任何告知及確認(rèn)， 完全取決于制造商。 這些變化一方面可能導(dǎo)致鋼板、 鋼管性能的巨大變化， 另一方面必然引起材料可焊性的變化， 從而對(duì)制管焊接以及現(xiàn)場(chǎng)焊接帶來(lái)隱患。

圖1 不同時(shí)期某廠家同一規(guī)格X80 鋼合金成分的變化

為了避免這種問(wèn)題， 《中俄東線(xiàn)天然氣管道工程技術(shù)規(guī)范第四部分： X80 級(jí)直縫埋弧焊管技術(shù)條件》 對(duì)X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 管材合金元素進(jìn)行了嚴(yán)格的限制。 管材化學(xué)成分的限制著眼于兩方面： 一是減少成分波動(dòng)以促進(jìn)管材質(zhì)量的穩(wěn)定以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊工藝的適用性； 二是通過(guò)對(duì)關(guān)鍵元素以及冷裂紋敏感系數(shù)的嚴(yán)格控制， 改善環(huán)焊可焊性， 促進(jìn)環(huán)焊縫以及熱影響區(qū)強(qiáng)韌性的改善。技術(shù)條件中給出了合金元素的驗(yàn)收值及推薦范圍，但規(guī)定“如制造商選擇推薦范圍以外的其他化學(xué)成分， 應(yīng)經(jīng)業(yè)主批準(zhǔn)”， 這就使得推薦值成為事實(shí)上的驗(yàn)收值。 合金元素主要要求部分見(jiàn)表1， 表1還列出了俄羅斯巴甫年科沃—烏恰管道以及西伯利亞力量管道《工作壓力11.8 MPa 的天然氣干線(xiàn)長(zhǎng)輸管道用直徑1 420 mm、 強(qiáng)度等級(jí)K65 的直縫電焊鋼管技術(shù)條件》 中K65 （相當(dāng)于X80） 鋼管合金元素要求。 對(duì)比發(fā)現(xiàn)， 兩者理念和嚴(yán)格程度基本一致， 在Nb、 Mo、 Ni 等元素范圍要求上略有不同， 中俄東線(xiàn)對(duì)鋼管冷裂紋敏感指數(shù)Pcm 的要求顯然要高于K65 鋼管， 但不能據(jù)此判斷優(yōu)劣。

表1 中俄東線(xiàn)X80 直縫焊管合金元素要求

1.2 拉伸性能

西氣東輸二線(xiàn)建設(shè)以后的相當(dāng)一段時(shí)間， 對(duì)于X80 鋼管的拉伸性能是基于API SPEC 5L 要求， 即屈服強(qiáng)度為555～705 MPa， 抗拉強(qiáng)度為625～825 MPa。 由于強(qiáng)度區(qū)間要求寬泛， 導(dǎo)致X80 鋼強(qiáng)度波動(dòng)大、 穩(wěn)定性差， 給制管以及環(huán)焊帶來(lái)一系列問(wèn)題。 對(duì)于制管過(guò)程， 典型的問(wèn)題是低合金以及高強(qiáng)度帶來(lái)的焊管焊縫熱影響區(qū)軟化以及不合格問(wèn)題[8]， 如圖2 所示。

圖2 彎曲試驗(yàn)表現(xiàn)出來(lái)的焊接熱影響區(qū)軟化

另一方面， 近年來(lái)備受關(guān)注的環(huán)焊縫失效事故與環(huán)焊縫、 管體的強(qiáng)度匹配問(wèn)題， 國(guó)內(nèi)外比較一致的觀點(diǎn)認(rèn)為， 環(huán)焊縫的高強(qiáng)匹配對(duì)于避免環(huán)焊縫失效至關(guān)重要[5,9-10]。 高強(qiáng)匹配能夠有效避免環(huán)焊縫處的應(yīng)力集中， 從而避免環(huán)焊縫失效。 由于環(huán)焊縫與管體的匹配程度顯然與管體自身的強(qiáng)度相關(guān)， 較低的管體強(qiáng)度使等強(qiáng)甚至高強(qiáng)匹配變得更容易實(shí)現(xiàn)， 因此壓縮強(qiáng)度上限也成為促進(jìn)環(huán)焊縫合理強(qiáng)度匹配的重要方向。

為了給現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊縫焊接創(chuàng)造更好的條件，以更好滿(mǎn)足等強(qiáng)甚至高強(qiáng)匹配的要求， 技術(shù)條件中鋼管拉伸性能區(qū)間進(jìn)一步縮小。 中俄東線(xiàn)技術(shù)條件中將屈服強(qiáng)度上限由API SPEC 5L 要求的705 MPa 壓縮至690 MPa， 在后續(xù)的數(shù)據(jù)單中進(jìn)一步壓縮至675 MPa， 區(qū)間范圍由150 MPa縮窄為120 MPa； 抗拉強(qiáng)度上限由825 MPa 壓縮至780 MPa， 在后續(xù)數(shù)據(jù)單中進(jìn)一步壓縮至765 MPa， 區(qū)間由200 MPa 縮窄為140 MPa。強(qiáng)度區(qū)間的縮窄給制造工藝的穩(wěn)定性帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)， 也需要制管廠和鋼廠密切配合， 尋求最佳的鋼板強(qiáng)度控制區(qū)間， 以確保鋼管強(qiáng)度區(qū)間滿(mǎn)足要求。

1.3 DWTT 性能

高鋼級(jí)、 大直徑、 厚壁管材的DWTT 性能面臨較大的技術(shù)挑戰(zhàn)， 這是由于板材厚度增加、板寬增加帶來(lái)軋制壓縮比的降低， 而采用大壓縮比軋制細(xì)化奧氏體晶粒是改善DWTT 性能的重要途徑。 按照API SPEC 5L 規(guī)定， 壁厚超過(guò)25.4 mm 時(shí)， 管材DWTT 剪切面積由強(qiáng)制性的70%/85% （最小單值/最小平均值） 要求改為協(xié)商確定。 中俄東線(xiàn)直縫鋼管主要規(guī)格為25.7 mm和30.8 mm， 按照API SPEC 5L 規(guī)定可以協(xié)商確定更低的DWTT 剪切面積要求。 為了增強(qiáng)安全性， 中俄東線(xiàn)項(xiàng)目技術(shù)條件要求-5 ℃下DWTT剪切面積也要達(dá)到70%/85%的水平。

2 中俄東線(xiàn)X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 直縫埋弧焊管的實(shí)物性能

2.1 化學(xué)成分

2.1.1 整體情況

中俄東線(xiàn)三種不同壁厚鋼管的化學(xué)成分要求是一致的。 對(duì)三個(gè)規(guī)格共1 393 熔煉爐X80 鋼板制造的Φ1 422 mm 鋼管進(jìn)行了化學(xué)成分檢驗(yàn)， 結(jié)果見(jiàn)表2。 由表2 可以看出， 所有檢驗(yàn)批產(chǎn)品的化學(xué)成分均滿(mǎn)足推薦范圍要求， 合格率100%。 備受關(guān)注的鋼管Pcm 為0.149%～0.203%， 均值為0.171%， 遠(yuǎn)低于API SPEC 5L 規(guī)定的最大0.25%的水平， 且呈現(xiàn)良好的正態(tài)分布， 如圖3 所示，較低的Pcm 為環(huán)焊創(chuàng)造了良好的條件。

表2 中俄東線(xiàn)X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 直縫焊管化學(xué)成分

圖3 中俄東線(xiàn)X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 直縫埋弧焊管Pcm 分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.1.2 不同原料廠家產(chǎn)品情況

圖4 為各廠家原料合金元素含量均值對(duì)比，其中某些廠家提供了三種規(guī)格鋼板， 而某些廠家只提供了一種規(guī)格鋼板。 從圖4 可以看出， 差異主要體現(xiàn)在主要合金元素Mo、 Ni、 Cr、 Cu 上，其中Cr、 Cu 元素含量差異較大， C 含量和Pcm基本保持同等水平。 這種差異主要與各廠家的設(shè)計(jì)理念、 技術(shù)路線(xiàn)、 經(jīng)驗(yàn)及傳統(tǒng)有關(guān)， 也與成本管控有一定關(guān)系。 與之前的X80 鋼板合金成分相比， 中俄東線(xiàn)項(xiàng)目鋼板合金差異要小得多， 這對(duì)于鋼管質(zhì)量的穩(wěn)定以及環(huán)焊質(zhì)量提高是有益的。

圖4 不同廠家X80 鋼板主要合金元素含量對(duì)比

由于上述四家鋼廠均參與了板厚30.8 mm 板材的生產(chǎn)供貨， 并且考慮板厚30.8mm 板材的制造難度， 本研究對(duì)四家鋼廠板厚30.8 mm 鋼板主要合金成分進(jìn)行了對(duì)比， 對(duì)比結(jié)果如圖5 所示。對(duì)比圖4 和圖5 可以發(fā)現(xiàn)， 各廠家板厚30.8mm鋼板成分與三個(gè)規(guī)格平均成分基本一致， 這與統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果一致， 表明壁厚對(duì)合金元素添加量的影響較小， 采用同樣的成分可以生產(chǎn)出厚度21.4～30.8 mm 規(guī)格鋼板。

圖5 各廠家30.8 mm 板材主要合金元素對(duì)比

2.2 拉伸性能

對(duì)總計(jì)近20 000 根X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管按照取樣要求制取拉伸試樣， 其中橫向拉伸試樣樣本數(shù)1 972 組， 縱向試樣283 組， 包括小批量試制和正式批量生產(chǎn)。 總計(jì)有31 根鋼管（包括復(fù)?。?拉伸性能不符合要求， 其中屈強(qiáng)比超標(biāo)試樣22 個(gè)， 屈服強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)下限試樣10 個(gè)， 鋼管拉伸性能合格率達(dá)到99.83%。 從不合格試樣的分布看， 主要集中在個(gè)別批次， 這些批次經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)在鋼板制造過(guò)程中存在工藝波動(dòng)。

合格焊管屈服強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表3， 其正態(tài)分布如圖6 所示。

表3 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 鋼管屈服強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明， 目前120 MPa 的屈服強(qiáng)度區(qū)間對(duì)于X80 鋼管來(lái)說(shuō)， 具有非常高的合格率， 但縱向屈服強(qiáng)度區(qū)間達(dá)到了140 MPa。從屈服強(qiáng)度分布情況看， 呈現(xiàn)比較良好的正態(tài)分布， 這使得進(jìn)一步壓縮屈服強(qiáng)度區(qū)間成為可能。 從橫、 縱向屈服強(qiáng)度分布可以看出， 對(duì)于直縫鋼管， 縱向屈服強(qiáng)度分布整體左移， 縱向屈服強(qiáng)度較橫向屈服強(qiáng)度平均低33 MPa。 較低的縱向屈服強(qiáng)度對(duì)管道環(huán)焊縫的高強(qiáng)匹配是有利的。

圖6 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管屈服強(qiáng)度分布

焊管抗拉強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4， 分布情況如圖7 所示。 橫向抗拉強(qiáng)度區(qū)間為135 MPa， 縱向抗拉強(qiáng)度區(qū)間為125 MPa。 與屈服強(qiáng)度類(lèi)似， 抗拉強(qiáng)度也呈現(xiàn)比較良好的正態(tài)分布。 同樣， 縱向抗拉強(qiáng)度較橫向抗拉強(qiáng)度普遍低一些， 平均低20 MPa。

表4 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管抗拉強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖7 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管抗拉強(qiáng)度分布

焊管屈強(qiáng)比統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5， 分布情況如圖8 所示。 從平均水平看， 盡管鋼管橫、 縱向均具有較低的屈強(qiáng)比水平， 但有相當(dāng)比例的鋼管屈強(qiáng)比位于標(biāo)準(zhǔn)上限值， 這也意味著進(jìn)一步壓縮X80 鋼管的屈強(qiáng)比具有較大的難度。 縱向屈強(qiáng)比分布整體左移， 縱向屈強(qiáng)比較橫向屈強(qiáng)比平均低0.024。

表5 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管屈強(qiáng)比統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖8 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管屈強(qiáng)比分布

焊管焊接接頭的抗拉強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表6，分布情況如圖9 所示。 焊縫抗拉強(qiáng)度平均為682 MPa， 與管體抗拉強(qiáng)度均值686 MPa 相比，焊接熱影響區(qū)與管體強(qiáng)度匹配良好， 未發(fā)生明顯軟化。 制管焊縫焊接接頭強(qiáng)度匹配的改善得益于對(duì)合金成分的嚴(yán)格控制以及強(qiáng)度上限的壓縮。

上述關(guān)于橫向、 縱向屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度的對(duì)比是基于整體數(shù)據(jù)， 其均值有意義。 為了更準(zhǔn)確地研究對(duì)于同一根鋼管橫向、 縱向拉伸性能的情況，對(duì)同時(shí)進(jìn)行橫向、 縱向拉伸試驗(yàn)的鋼管試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比， 對(duì)比結(jié)果如圖10 所示。 圖10 更直觀地表明， 直縫埋弧焊管的縱向屈服強(qiáng)度、 抗拉強(qiáng)度整體低于橫向。 較低的縱向性能有利于形成環(huán)焊縫的等強(qiáng)甚至過(guò)強(qiáng)匹配， 可提高管道的抗變形能力， 這也是改善管道安全性的重要措施之一。

表6 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管焊接接頭抗拉強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖9 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管焊接接頭抗拉強(qiáng)度分布

圖10 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管橫向、縱向拉伸性能對(duì)比

2.3 夏比沖擊韌性

X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管總計(jì)近20 000 根，抽取夏比沖擊試驗(yàn)樣本總計(jì)1 796 組， 包括小批量試制和正式生產(chǎn)。 其中10 根鋼管母材夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果不合格（全部為某鋼廠21.4 mm 厚鋼板， 經(jīng)查詢(xún)存在工藝異常）， 焊管管體夏比沖擊試驗(yàn)合格率為99.95%。

2.3.1 管體

表7 為焊管管體夏比沖擊試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果， 具體分布情況如圖11 所示。 按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行-10 ℃夏比沖擊試驗(yàn)， 同時(shí)對(duì)部分焊管進(jìn)行了-45 ℃以及-60 ℃夏比沖擊試驗(yàn)。 結(jié)果表明， 中俄東線(xiàn)焊管母材均具有優(yōu)良的韌性， 即使在-45 ℃、-60 ℃時(shí)， 其沖擊功均值仍達(dá)到300 J 以上。 可見(jiàn)目前X80 鋼的夏比沖擊韌性十分優(yōu)良。 但從表7 和圖11 也可以看出， 夏比沖擊功的分布離散度較大， 這一方面是由于統(tǒng)計(jì)樣本來(lái)自多個(gè)廠家原材料所制的多個(gè)規(guī)格鋼管， 另一方面也表明了當(dāng)前X80 鋼自身均勻性方面仍存在很大的改進(jìn)空間。

表7 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管母材沖擊功統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖11 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管管體夏比沖擊功分布

2.3.2 焊縫及熱影響區(qū)

焊管焊縫及熱影響區(qū)-10 ℃夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8， 沖擊功分布情況如圖12 所示。 從表8可以看出， 實(shí)物水平較標(biāo)準(zhǔn)值有較大幅度的富裕量， 尤其是均值超出標(biāo)準(zhǔn)值一倍以上， 表明鋼管直焊縫具有優(yōu)良的韌性水平。 圖12 的夏比沖擊功分布情況表明， 熱影響區(qū)的夏比沖擊功波動(dòng)明顯大于焊縫沖擊功波動(dòng)， 這一方面是由于熱影響區(qū)自身性能波動(dòng)大， 另一方面與焊縫形貌和取樣位置關(guān)系密切。

表8 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管夏比沖擊功統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖12 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管焊縫及熱影響區(qū)夏比沖擊功分布

2.4 DWTT 性能

2.4.1 整體情況

在所有小批量試制和正式生產(chǎn)的焊管中， 僅有3 根鋼管DWTT 不合格 （為某廠小批量試制的25.7 mm 板厚） ， 鋼管DWTT 合格率達(dá)99.984%。 如果僅考慮批量生產(chǎn)， DWTT 合格率達(dá)到了100%。 DWTT 整體情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表9，其分布如圖13 所示。

表9 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管DWTT 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖13 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管DWTT 剪切面積分布

2.4.2 不同規(guī)格板材情況

一般認(rèn)為， 隨著管線(xiàn)鋼厚度的增加， 獲得同樣DWTT 剪切面積的難度增加。 通過(guò)對(duì)中俄東線(xiàn)三種壁厚鋼管DWTT 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 結(jié)果見(jiàn)表10和圖14。 首先需要說(shuō)明的是， 三種規(guī)格均具有優(yōu)良的DWTT 剪切面積。 然而， 統(tǒng)計(jì)結(jié)果并未呈現(xiàn)出DWTT 剪切面積率隨著壁厚的增加而降低。 相反， 結(jié)果表明隨著壁厚的增加， 其平均DWTT 剪切面積率甚至略有升高， 30.8 mm 壁厚鋼管的DWTT 剪切面積率均值達(dá)到了95.1%。

表10 X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管DWTT 統(tǒng)計(jì)結(jié)果（-5 ℃）

圖14 不同壁厚X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 焊管DWTT 剪切面積分布

DWTT 結(jié)果的這種反常， 應(yīng)與兩個(gè)因素有關(guān)。 一是單面減薄試樣試驗(yàn)值要比全壁厚結(jié)果略高[12-14]， 大約高3%～5%， 這就導(dǎo)致壁厚25.7 mm及壁厚30.8 mm 焊管采用減薄試樣進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)， 同等條件下其結(jié)果更好一些； 二是這些不同壁厚的焊管所用板材由不同廠家制造， 而不同廠家對(duì)于DWTT 控制水平不一樣， 盡管某些廠家提供了更多更厚的鋼板， 但其DWTT 表現(xiàn)水平可能要優(yōu)于其他廠家的薄規(guī)格鋼板。

圖15 是分別采用四個(gè)廠家的30.8 mm 壁厚焊管DWTT 試驗(yàn)結(jié)果。 從圖15 明顯可以看出， 各廠家對(duì)于DWTT 的控制存在一定差異， 這種差異與合金成分、 制造工藝有關(guān)。 但結(jié)合圖5 各廠家30.8 mm 厚鋼板的合金含量可以看出， 合金含量的差異與DWTT 性能并沒(méi)有明顯的相關(guān)性， 至少較高的Mo、 Ni 含量并未帶來(lái)高的DWTT 性能。

圖15 不同廠家生產(chǎn)的壁厚30.8 mm 焊管DWTT 剪切面積均值對(duì)比

3 討 論

（1） 化學(xué)成分方面： 與國(guó)外同類(lèi)項(xiàng)目相比，中俄東線(xiàn)項(xiàng)目對(duì)于管材合金成分的要求已十分嚴(yán)格， 這為鋼管質(zhì)量的穩(wěn)定性和環(huán)焊質(zhì)量的可靠性奠定了基礎(chǔ)。 目前除了不同廠家X80 鋼板合金含量略有差異外， 同一廠家鋼板合金含量比較穩(wěn)定， 波動(dòng)較小。 而且， 各個(gè)廠家不同合金成分均能制造出性能優(yōu)異的板材以及管材， 不能據(jù)此評(píng)判優(yōu)劣。 進(jìn)一步優(yōu)化合金元素含量前， 需要深入研究合金元素含量對(duì)管材性能、 制管焊接、 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)焊的定性以及定量影響。

（2） 拉伸性能方面： 鑒于中俄東線(xiàn)X80 焊管屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度合格率及其良好的正態(tài)分布， 仍存在一定的壓減空間， 比如屈服強(qiáng)度區(qū)間向110 MPa 或100 MPa 趨近， 以更加接近國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。 俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于K65 焊管屈服強(qiáng)度區(qū)間要求為100 MPa （555～655 MPa）， 抗拉強(qiáng)度區(qū)間要求為120 MPa （640～760 MPa）。 但需要注意的是， 同時(shí)壓減屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度區(qū)間， 導(dǎo)致屈強(qiáng)比的問(wèn)題比較突出。 從中俄東線(xiàn)焊管拉伸性能不合格項(xiàng)看， 也主要是集中在屈強(qiáng)比上。 因此， 應(yīng)根據(jù)環(huán)焊縫等強(qiáng)或者過(guò)強(qiáng)匹配是以屈服強(qiáng)度還是抗拉強(qiáng)度為準(zhǔn)， 來(lái)確定壓減屈服強(qiáng)度還是抗拉強(qiáng)度區(qū)間。

（3） DWTT 性能方面： 盡管中俄東線(xiàn)壁厚25.7 mm/30.8 mm 直縫焊管-5 ℃DWTT 具有很高的剪切面積率， 但與俄羅斯巴甫年科沃—烏恰管道以及西伯利亞力量管道要求（-20 ℃DWTT 剪切面積85%） 相比， 仍存在一定的差距。 因此， 我國(guó)X80 管材在低溫DWTT 性能方面還有進(jìn)一步的提升空間。

4 結(jié) 論

（1） 批量供貨的X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm 直縫埋弧焊管的化學(xué)成分全部達(dá)到了中俄東線(xiàn)技術(shù)條件推薦值的要求， 主要合金元素控制在較窄的區(qū)間內(nèi)， Pcm 最大值為0.203%， 均值為0.171%，鋼管具有較低的冷裂紋敏感性。

（2） 在調(diào)整屈服強(qiáng)度區(qū)間至120 MPa、 抗拉強(qiáng)度區(qū)間至140 MPa 時(shí)， X80 鋼級(jí)Φ1 422 mm直縫埋弧焊管拉伸性能合格率達(dá)99.83%。 鋼管屈服強(qiáng)度、 抗拉強(qiáng)度呈較為理想的正態(tài)分布，縱向屈服強(qiáng)度、 抗拉強(qiáng)度平均值較橫向分別低34 MPa 和20 MPa， 這對(duì)于管道施工過(guò)程中環(huán)焊縫實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)匹配以及過(guò)強(qiáng)匹配是非常有利的。

（3） 焊管管體夏比沖擊合格率為99.95%，-10 ℃夏比沖擊功均值達(dá)343 J， 遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求， -60 ℃夏比沖擊功均值仍在300 J 以上。

（4） 焊管DWTT 合格率達(dá)99.984%， 批量生產(chǎn)后鋼管DWTT 合格率達(dá)100%， -5 ℃DWTT 剪切面積均值達(dá)94%。 尤其是25.7 mm、 30.8 mm 大壁厚焊管的DWTT 性能優(yōu)異， 30.8 mm 壁厚焊管DWTT 剪切面積均值達(dá)到了95%， 超出預(yù)期。