提高輸量、降低成本是油氣管道建設持續(xù)追求的目標,而提高鋼級、增大壁厚是提高輸量、降低成本的有效途徑,這也推動了國內(nèi)外高鋼級、大口徑、大厚壁鋼管的研發(fā)和應用。為了保證管道安全性,要求油氣輸送鋼管具有與鋼級及輸送壓力所匹配的止裂韌性。鋼級越高、輸送壓力越大,所需的止裂韌性越高;并且要求DWTT斷口具有足夠的剪切面積(API等標準規(guī)定平均值至少85%)。同時具有足夠的剪切面積和足夠的CVN吸收能是管體的一個基本特征,在輸氣管線中它能避免脆性斷裂擴展,并控制延性斷裂的擴展。


  由于材料自身強韌性的矛盾,以及管線鋼厚度增加帶來技術難度的增加,使得管線鋼管每增加一個鋼級或壁厚增加一毫米,都要攻克一系列的技術難題。


  21世紀以來,以我國西氣東輸二線建設為標志,X80管線鋼/管的研發(fā)應用快速發(fā)展。2006年,在中石油集團公司的推動下,原華北石油第一機械廠巨龍鋼管公司聯(lián)合國內(nèi)鋼廠開始研制西氣東輸二線X80管線鋼及直縫埋弧焊管,經(jīng)過鋼廠和制管企業(yè)的持續(xù)努力和卓有成效的工作,攻克了一系列的技術難題,成功開發(fā)出了西氣東輸二線X80φ1219mmx22mm直縫埋弧焊管,焊管滿足-10℃條件按下母材夏比沖擊功單值最小140J、平均值最小180J以及焊縫及熱影響區(qū)夏比沖擊功單值最小60J、平均值最小80J的要求,母材0℃條件下DWTT剪切面積率平均大于85%,并大規(guī)模應用于西氣東輸二線工程。2007-2008年,巨龍鋼管公司聯(lián)合國內(nèi)寶鋼、沙鋼、鞍鋼等鋼鐵企業(yè)同時開展了26.4mm、27.5mm及33mm寬厚板及厚壁直縫埋弧焊管單根試制工作,最早試制出了國內(nèi)X80鋼級φ1219mm×26.4/27.5/33mm 直縫埋弧焊管。


  2009年,26.4mm厚規(guī)格鋼板及鋼管技術獲得突破,X80鋼級ф1219mm×26.4mm直縫埋弧焊管實現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn),DWTT剪切面積滿足標準規(guī)定的0℃條件下平均不低于75%的要求,并應用于西氣東輸二線及后續(xù)的西氣東輸三線工程中。2012年,針對中亞C線的需求,渤海裝備所屬巨龍公司與鋼廠合作開發(fā)出了X80鋼級 ф1219mmx27mm 直縫埋弧焊管,0℃條件下的DWTT剪切面積率達到不低于85%的要求。2014年,針對規(guī)劃的陜京四線、新粵浙管道等提出X80鋼級Φ1219mmx33mm鋼板及直縫焊管的需求,該公司聯(lián)合國內(nèi)鋼板企業(yè)成功開發(fā)出了項目所需的X80φ1219mm×33mm直縫埋弧焊管,各項性能指標滿足標準要求,這也是目前國內(nèi)最大壁厚的X80抗延性斷裂直縫埋弧焊管。


  為滿足日益增長的天然氣需求,我國在陸續(xù)建成了西氣東輸二線、三線等X80鋼級、口徑φ1219mm、單管年輸氣量300億立方米的天然氣管道的基礎上,擬開發(fā)建設口徑更大、輸氣量更大的天然氣管道。2012年,中石油啟動了第三代大輸量管道用鋼管的研發(fā),其中X80φ1422mm鋼管作為最具技術可行性的技術方案備受重視。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)、制管企業(yè)開始投入大量人力物力開展科研攻關,逐一攻克技術難關。2014年5月,中俄雙方有關企業(yè)簽署了總價值超過4000億美元、年供氣量380億立方米、期限長達30年的中俄東線天然氣購銷合同。為滿足年輸氣量380億立方米的要求,我國在中俄東線上首次計劃采用X80鋼級Φ1422mm×25.7/30.8mm厚壁直縫埋弧焊管鋼管。


  與X80鋼級ф1219mm管道相比,中俄東線鋼管口徑更大,壁厚更大。如西氣東輸二線二類地區(qū)采用的X80鋼級ф1219mm直縫鋼管壁厚為22mm,三類地區(qū)壁厚為26.4mm;中俄東線二類地區(qū)X80鋼級ф1422mm直縫鋼管壁厚增加到了25.7mm,三類地區(qū)壁厚增加到了30.8mm。無論從鋼管管徑還是壁厚,中俄東線均創(chuàng)我國管道之最,在世界管道史上都是一個標志性的工程,僅有俄羅斯已建的巴浦年柯沃-烏恰管道參數(shù)與中俄東線接近。管徑、壁厚同時增加帶來了技術方面的巨大挑戰(zhàn)。板寬、板厚增加,使鋼板制造過程軋制壓縮比降低,影響晶粒細化效果;厚度增加后還會引起心部冷卻速度降低以及厚度方向的冷卻均勻性,這些都會對鋼板的性能產(chǎn)生不利影響,尤其是要保證至少-15攝氏度下鋼板的DWTT剪切面積達到平均值85%的要求難度更大。另外,板寬增加對板型控制,管徑、壁厚的增加對鋼管幾何尺寸、焊接質(zhì)量控制等,都面臨巨大的挑戰(zhàn)。經(jīng)過國內(nèi)鋼鐵企業(yè)、焊管企業(yè)的共同攻關,攻克了上述的關鍵技術,成功實現(xiàn)了中俄東線X80鋼級ф1422mm×25.7/30.8mm寬厚板及直縫埋弧焊管和X80鋼級ф1422mm×21.4mm/22mm熱軋卷板及螺旋埋弧焊管的批量生產(chǎn)供貨。尤其是X80鋼級φ1422mmx30.8mm鋼管,整體性能穩(wěn)定性、合格率超出了預期。