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    鋼管制造技術(shù)的進(jìn)步及展望

    作者:董敬松 時(shí)間:2024-04-08閱讀數:人閱讀

    鋼管制造技術(shù)的進(jìn)步及展望 


    2012年10月原新日鐵和原住友金屬兩公司合并,成立了新日鐵住金公司。新公司一面對原公司具有的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行整合、完善,一面推進(jìn)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)。本文對新日鐵住金的鋼管產(chǎn)品和鋼管技術(shù)開(kāi)發(fā)狀況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,并對今后鋼管技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)進(jìn)行評述。  

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    1.油井鋼管

      1.1概況

      在世界能源需求量不斷增長(cháng)的形勢下,作為主要能源的石油、天然氣的重要性日漸凸顯。為增加石油、天然氣的產(chǎn)量,各石油公司不斷向過(guò)去開(kāi)采困難的大深度油氣井、超深海油氣井和高腐蝕環(huán)境油氣井發(fā)起挑戰。在這種情況下,對油井管的要求出現了技術(shù)要求多樣化和油井管性能極限化的趨勢。大深度和超深海油氣井處于高溫、高壓環(huán)境,要求使用高強度厚壁鋼管,并且這種鋼管的接頭應具有復合負荷(拉伸、壓縮、內壓、外壓)環(huán)境下的抗泄漏性。如果油氣井的環(huán)境還是高腐蝕環(huán)境,則要求鋼管還有具有抗腐蝕減薄和抗腐蝕裂紋的能力。因此要求對具有這些特性的油井管進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

      此外,頁(yè)巖油、頁(yè)巖氣等非傳統能源的開(kāi)發(fā)也因水平井和水壓破碎技術(shù)的應用進(jìn)入實(shí)用化階段。美國正在成為主要的能源產(chǎn)地國家之一。美國對油井管的主要要求是能夠短期、低成本大量完成深度較淺的長(cháng)水平井的建設。

      油、氣井開(kāi)發(fā)時(shí)的環(huán)保技術(shù)也是一個(gè)備受人們關(guān)注的技術(shù)。在油井管接頭連接時(shí),為保證良好的抗泄漏性和抗黏著(zhù)性,需要使用API潤滑劑。但API潤滑劑中含有重金屬,會(huì )對海洋環(huán)境造成污染。近年來(lái),北海、西伯利亞、里海等地區的油、氣井開(kāi)發(fā)要求采用不使用API潤滑劑的管頭連接技術(shù)。

      1.2 無(wú)縫鋼管油井管

      新日鐵住金的無(wú)縫鋼管油井管制造廠(chǎng)是和歌山制鐵所(外徑60.3-425.4mm)和尼崎制造所(外徑60.3-339.7mm)。和歌山制鐵所生產(chǎn)碳素鋼到13Cr的冷加工高強度油井管,尼崎制造所生產(chǎn)不銹鋼(高Ni不銹鋼和雙相不銹鋼)冷加工高強度油井管。

      新日鐵住金高強度抗硫腐蝕碳素油井管的產(chǎn)品系列如下:

      ◆用于H2S分壓1atm以上的高硫腐蝕環(huán)境的SM-XS系列產(chǎn)品:

      SM-80XS、SM-90XS、SM-95XS、SM-110XS,以及增加高抗壓潰性的SM-TXS系列產(chǎn)品。

      ◆用于H2S分壓0.1atm的中高硫腐蝕環(huán)境的SM-ES系列產(chǎn)品:

      SM-110ES、SM-125ES以及增加高抗壓潰性的SM-TES系列產(chǎn)品。

      ◆用于H2S分壓0.03atm的中硫腐蝕環(huán)境的產(chǎn)品SM-125S系列產(chǎn)品。

      這些產(chǎn)品分別適用于不同的油、氣環(huán)境,客戶(hù)可選擇使用。此外,還開(kāi)發(fā)出厚壁油井管和非標準尺寸的油井管,滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。

      新日鐵住金公司還生產(chǎn)在高CO2、高H2S惡劣環(huán)境下使用的高Ni不銹鋼油井管SM2535(25%Cr-35%Ni-3%Mo)和SM2550(25%Cr-50%Ni-6%Mo),分別適用于不同的高溫高壓和腐蝕環(huán)境。新日鐵住金公司已經(jīng)完成的油井管技術(shù)開(kāi)發(fā)還有:高溫、含固體硫的硫腐蝕環(huán)境用的油井管、提高氣井生產(chǎn)效率用的9-5/8大口徑高Ni不銹鋼鋼管。高強度高耐蝕Ni基合金油井管的開(kāi)發(fā)和天然氣增產(chǎn)用的高合金油井管的開(kāi)發(fā)分別獲得1993年度、2013年度大河內紀念獎。

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      在油井管的開(kāi)法中,對與鋼管配套的接箍的要求也是多樣化,以適應惡劣環(huán)境的使用。復合負荷(拉伸、壓縮、內壓、外壓)環(huán)境下的抗泄漏接箍有VAM甌OP和提高抗泄漏性和配研性的VAM?1。此外,為滿(mǎn)足客戶(hù)的需求,還開(kāi)發(fā)出高性能長(cháng)接箍和高扭矩接箍。為應對無(wú)潤滑劑接頭的要求,開(kāi)發(fā)出VAM瓹LEANWELL和VAM瓹LEANWELL-DRY技術(shù)。

      1.3 ERW油井管

      新日鐵住金的ERW(電阻焊)油井管制造廠(chǎng)是名古屋制鐵所(外徑114.3-406.4mm)和光鋼管部(外徑318.5-609.6mm),產(chǎn)品從ERW生產(chǎn)套管到ERW導管等多種類(lèi)別。

      新日鐵住金公司生產(chǎn)的ERW油井管特點(diǎn)是:以先進(jìn)煉鋼技術(shù)和TMCP熱軋技術(shù)制造的高強度熱軋鋼板為原料,用獨有成型技術(shù)和焊接技術(shù)(線(xiàn)能量自動(dòng)控制、焊接過(guò)程監控系統)保證了高可靠性電阻焊,制造出非調質(zhì)(非熱處理)、高強度、高韌性ERW油井管。名古屋制鐵所生產(chǎn)的中小型ERW油井管以其高尺寸精度和TMCP的高強度技術(shù),使鋼管具有好于A(yíng)PI標準的擴口性和壓潰強度。名古屋制鐵所生產(chǎn)最小屈服強度(SMYS)95ksi以下的ERW油井管(NT-HE系列,通稱(chēng)T.U.F.鋼管)。

      近年來(lái),美國的頁(yè)巖氣和頁(yè)巖油的開(kāi)發(fā)十分活躍,要求具有更高壓潰強度的套管。為此,新日鐵住金開(kāi)發(fā)出SMYS 110ksi級高壓潰強度套管(NT-110HE)并開(kāi)始供貨。此外,新日鐵住金正在開(kāi)發(fā)降低油井開(kāi)發(fā)成本的新開(kāi)采工藝用套管和膨脹管用材,在繼續供應低、中擴口率油井管的同時(shí),進(jìn)行高擴口率、高耐蝕性油井管的開(kāi)發(fā)。

      光鋼管部的無(wú)縫鋼管生產(chǎn)工藝線(xiàn)制造難生產(chǎn)的406.4mm以上大口徑套管的SMYS在80ksi以下,由于當前油井環(huán)境惡劣化(深井化和苛刻腐蝕環(huán)境)增強了對高強度和抗壓潰性套管的需求,光鋼管部去年強化了鋼管生產(chǎn)線(xiàn)的設備能力,正在開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足客戶(hù)需要的套管。

      1.4今后技術(shù)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)

      為滿(mǎn)足世界能源需求的增長(cháng),天然氣產(chǎn)量不斷增加,天然氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)環(huán)境不斷向高溫高壓的方向發(fā)展(見(jiàn)圖1)。近年來(lái)開(kāi)始開(kāi)發(fā)超高溫高壓環(huán)境(Ultra HPHT,地層壓力20000(138MPa)以上、地層溫度400℉(204℃)以上)天然氣氣田。傳統的高合金油井管的強度是0.2%屈服強度(YS)110ksi(758MPa)以上和125ksi(862MPa)以上。但超高溫高壓天然氣氣田開(kāi)發(fā)需要耐高內壓和高耐蝕性的、YS在140ksi (965MPa)以上的油井管。新日鐵住金對高強度Ni合金油井管進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。合金的成分系為25%Cr-32%Ni-3%Mo。

    鋼管制造技術(shù)的進(jìn)步及展望(圖3)

      固溶強化和加工硬化是高強度化的有效方法,添加廉價(jià)元素N也可以提高合金的強度,但N會(huì )降低合金的抗應力腐蝕性(SCC)和熱加工性。新日鐵住金開(kāi)發(fā)出添加稀土(REM)提高耐蝕性和熱加工性的獨有技術(shù),解決了N降低抗應力腐蝕性(SCC)和熱加工性的問(wèn)題,開(kāi)發(fā)出140ksi(965MPa)級超高強度Ni合金油井管。

      通過(guò)開(kāi)采技術(shù)的進(jìn)步提高油氣的可開(kāi)采量,對于保證人類(lèi)將來(lái)對能源的需求具有重要意義。相應地,未來(lái)對油井管的技術(shù)要求也更加多樣化。  


    2.管線(xiàn)鋼管

      2.1概況

      近年來(lái),石油、天然氣等能源開(kāi)發(fā)向自然環(huán)境惡劣地區發(fā)展,例如北海、西伯利亞、加拿大、薩哈林等寒冷地區和地中海、黑海、墨西哥灣、巴西近海等深海域。此外還有北海、波羅的海、澳大利亞西北大陸架油氣開(kāi)發(fā)的長(cháng)距離高壓海底管線(xiàn)建設、澳大利亞?wèn)|部煤氣層開(kāi)發(fā)、加拿大等地的石油砂開(kāi)發(fā)以及美國進(jìn)展迅速的頁(yè)巖氣、頁(yè)巖油的開(kāi)發(fā)等能源開(kāi)發(fā)工程。同時(shí),環(huán)境保護的要求也促進(jìn)天然氣的需求不斷增長(cháng),根據天然氣輸送管線(xiàn)系統經(jīng)濟性要求,要減輕管線(xiàn)鋼管的重量和提高操作壓力。

      為應對上述環(huán)境的變化,管線(xiàn)鋼管特性的要求向高級化和多樣化方向發(fā)展,主要有①厚壁、高強度化、②高韌性化、③提高現場(chǎng)焊接性(周向焊接)的低碳當量化、④高耐蝕性、⑤凍土、地震、斷層地帶鋼管的高變形能。有些使用環(huán)境的鋼管,常常要求這些性能的復合性能。

      2.2 UO管線(xiàn)鋼管

      新日鐵住金的鹿島制鐵所和君津制鐵所生產(chǎn)能源用大口徑鋼管(外徑457.2-1524mm)。兩個(gè)工廠(chǎng)的大口徑鋼管累計生產(chǎn)量達2600萬(wàn)t以上,供世界各國輸送石油、天然氣使用。每個(gè)工廠(chǎng)都形成了煉鋼、厚板軋制、制管、檢查的大口徑鋼管先進(jìn)的系列制造技術(shù)。這些技術(shù)主要有:高純度煉鋼技術(shù)、新型連鑄機減輕鑄坯中心偏析技術(shù)、厚板TMCP技術(shù)、即控制軋制+加速冷卻技術(shù)(鹿島制鐵所的DAC-n、君津制鐵所的CLC-μ)、高強度高韌性焊接材料、厚壁高強度鋼管生產(chǎn)的高精度拔管-擴管技術(shù)、超聲波探傷(數字化X射線(xiàn)探傷、多通道相控陣探傷)等無(wú)損檢驗技術(shù)以及尺寸自動(dòng)測量裝置。

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      此外,新日鐵住金管線(xiàn)鋼管生產(chǎn)的特點(diǎn)是擁有管線(xiàn)鋼管安全性評價(jià)技術(shù),采用各種模擬技術(shù)和實(shí)管破壞性試驗對鋼管的安全性進(jìn)行評價(jià)。

      在管線(xiàn)鋼管冶金學(xué)技術(shù)方面,新日鐵住金擁有高強度、焊接性?xún)?yōu)良的抗H2S腐蝕的鋼管成分系列及工藝技術(shù)(形變熱處理技術(shù))、添加微量Ti細化晶粒提高焊接熱影響區韌性技術(shù)、氧化物冶金(TiO、MgO等)技術(shù)以及化學(xué)成分最佳化技術(shù),還開(kāi)發(fā)出利用化學(xué)成分的變化和形變熱處理來(lái)控制微觀(guān)組織制造高強度鋼管技術(shù)。

      此外,開(kāi)發(fā)出基于FEM的模擬技術(shù),利用該技術(shù)提出了厚壁、高強度、高變形能鋼管制造條件的優(yōu)化方案。

      利用這些技術(shù)制造出的產(chǎn)品有抗H2S腐蝕管線(xiàn)鋼管、超低溫用管線(xiàn)鋼管、深海用厚壁管線(xiàn)鋼管、高強度管線(xiàn)鋼管、高變形能管線(xiàn)鋼管、高HAZ(焊接熱影響區)韌性管線(xiàn)鋼管等類(lèi)別繁多的管線(xiàn)鋼管。

      目前,新日鐵住金公司生產(chǎn)的API X70級以下的抗H2S腐蝕管線(xiàn)鋼管已經(jīng)批量供貨。過(guò)去,一般情況下主要使用API X65級以下的管線(xiàn)鋼管,為了使鋼管輕量化、降低管線(xiàn)鋪設及焊接成本,新日鐵住金開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)良抗H2S腐蝕的高強度管線(xiàn)鋼管。

      阿拉斯加、加拿大、俄羅斯等地的冬季溫度達到-40℃至-60℃,新日鐵住金公司制造出適用于這些地區的超低溫管線(xiàn)鋼管,用于這些地區的石油、天然氣精制裝備。此外,新日鐵住金還開(kāi)發(fā)出處理H2S氣體設備用的、耐絕熱壓縮的、-46℃低溫用H2S氣體輸送管線(xiàn)鋼管。

      在深海用厚壁管線(xiàn)鋼管方面,新日鐵住金公司生產(chǎn)出供水深1500-2200m的墨西哥灣、地中海、黑海等海底管線(xiàn)用的、具有優(yōu)良抗壓潰性和低溫韌性的高尺寸精度厚壁鋼管。

      近年來(lái),由于天然氣高壓輸送、降低管線(xiàn)用鋼成本以及降低管線(xiàn)鋪設成本的要求,高強度管線(xiàn)鋼管的使用急劇增加。新日鐵住金的X80級鋼管已經(jīng)在德國、捷克、英國、俄羅斯、加拿大、美國、日本等地使用。特別是在中國的第二條西氣東輸管線(xiàn)工程和俄羅斯的亞馬爾半島氣田開(kāi)發(fā)的長(cháng)距離、高壓輸送管線(xiàn)中得到應用。新日鐵住金的X100鋼管已經(jīng)兩次向加拿大供貨,同時(shí)進(jìn)行實(shí)證試驗和實(shí)際應用。新日鐵住金公司和美國艾克森石油公司共同開(kāi)發(fā)的X120級鋼管,在進(jìn)行鋪設施工實(shí)證試驗的同時(shí),在加拿大艾伯塔州進(jìn)行管線(xiàn)鋪設并獲得成功。

      在不完全永久凍土帶、斷層帶和地震帶等地區使用的管線(xiàn)鋼管方面,新日鐵住金開(kāi)發(fā)出高變形能鋼管,可以承受地層變動(dòng)引起的鋼管變形。

      2.3管線(xiàn)用無(wú)縫鋼管

      新日鐵住金有3個(gè)工廠(chǎng)生產(chǎn)能源用無(wú)縫鋼管,和歌山制鐵所的產(chǎn)品規格是外徑15.9- 425.4mm,尼崎制造所的產(chǎn)品規格是外徑60.3-244.5mm,東京制造所的產(chǎn)品規格是外徑33.4- 168.3mm。

      無(wú)縫管線(xiàn)鋼管用于海底管線(xiàn)、低溫管線(xiàn)和腐蝕性(H2S/CO2)苛刻等環(huán)境,要求鋼管具有高性能和高可靠性。新日鐵住金應對市場(chǎng)需求的變化,實(shí)施擴大高附加值產(chǎn)品開(kāi)發(fā)戰略,開(kāi)展技術(shù)深化研究,開(kāi)發(fā)高附加值新產(chǎn)品。

      在海底管線(xiàn)鋼管方面,開(kāi)發(fā)出300-3000m的深海管線(xiàn)鋼管,并不斷提高高強度、高韌性厚壁無(wú)縫鋼管的性能。此外,為降低管線(xiàn)鋪設成本,對鋼管提出了采用均整加工技術(shù)改善鋼管的尺寸精度,以提高焊接效率。新日鐵住金為應對這些要求,不斷開(kāi)發(fā)具有世界最高水平的新技術(shù)滿(mǎn)足客戶(hù)的要求。

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      在低溫管線(xiàn)方面,新日鐵住金開(kāi)發(fā)出用于北歐、俄羅斯、阿拉斯加、加拿大等寒冷地區的厚壁高韌性鋼管。

      在腐蝕性(H2S/CO2)油、氣輸送管線(xiàn)方面,新日鐵住金向中東、里海沿岸等高H2S油、氣輸送管線(xiàn)提供了大量的耐H2S腐蝕的X65級碳素無(wú)縫鋼管,并以其高質(zhì)量贏(yíng)得客戶(hù)的信賴(lài)。此外,新日鐵住金與北海、大洋洲、東南亞等高CO2、低H2S腐蝕環(huán)境的客戶(hù)保持交流和溝通,以推進(jìn)超級13Cr鋼和雙相不銹鋼在這些地區的擴大應用,目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出施工性?xún)?yōu)良、性?xún)r(jià)比高的新產(chǎn)品SM65-2505(DP25U)。

      新日鐵住金開(kāi)發(fā)的X90、X100級鋼管已經(jīng)通過(guò)API標準的認證。

      2.4 ERW管線(xiàn)鋼管

      新日鐵住金的能源用ERW管線(xiàn)鋼管由名古屋制鐵所(16英寸軋機)和光鋼管部(24英寸軋機)采用高頻感應加熱方法制造。新日鐵住金的能源用ERW管線(xiàn)鋼管具有很長(cháng)的生產(chǎn)歷史,已經(jīng)在海外的海底管線(xiàn)、低溫管線(xiàn)、含H2S天然氣輸送管線(xiàn)使用。新日鐵住金開(kāi)發(fā)出鋼管的先進(jìn)成形方法FFX,用攝像機對鋼管焊接過(guò)程進(jìn)行監控,配置鋼管最佳焊接條件的控制、監視裝置。

      ERW管線(xiàn)鋼管以熱軋板卷為原料,板卷由本公司制造,是最先進(jìn)的板卷原料。ERW管線(xiàn)鋼管的優(yōu)點(diǎn)是:生產(chǎn)效率高、成本較低,價(jià)格便宜。過(guò)去的主流產(chǎn)品是X65級以下,厚度16mm以下的產(chǎn)品。為了能夠使用與UO管線(xiàn)鋼管和無(wú)縫管線(xiàn)鋼管規格和鋼級相同的ERW管線(xiàn)鋼管,對ERW管線(xiàn)鋼管提出了厚壁、高強度化、高韌性化的要求。其中,適用于海底管線(xiàn)卷筒式鋪管法的高尺寸精度、均勻材質(zhì)和窄強度分布和低屈強比鋼管,已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)供應。

      2.5今后管線(xiàn)鋼管的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)

      新日鐵住金目前已經(jīng)生產(chǎn)和銷(xiāo)售UO鋼管、無(wú)縫鋼管、ERW鋼管等高級管線(xiàn)鋼管,但市場(chǎng)對管線(xiàn)鋼管的要求將進(jìn)一步向多樣化、高級化和復合化的方向發(fā)展,因此,新日鐵住金公司未來(lái)技術(shù)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是提高鋼管本身以及管線(xiàn)系統的經(jīng)濟性和安全可靠性的產(chǎn)品和應用技術(shù)。  


    3.鍋爐用鋼管

      3.1概況

      日本從20世紀80年代起,開(kāi)始將傳統的石油火力發(fā)電轉變?yōu)榉€定、廉價(jià)能源煤炭火力發(fā)電。新日鐵住金在世界率先開(kāi)始對蒸汽高溫高壓化的超超臨界(USC)發(fā)電鍋爐用鋼管進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)出的新材料鋼管已經(jīng)用于世界各地的USC鍋爐,為減排CO2、改善地球環(huán)境作出了貢獻。

      以下介紹一部分新日鐵住金自主開(kāi)發(fā)的鍋爐鋼管產(chǎn)品。

      3.2不銹鋼鍋爐管

      新日鐵住金開(kāi)發(fā)的TP347HFG鋼管(18Cr-12Ni-Nb)通過(guò)優(yōu)化合金成分,和采用獨有的形變熱處理工藝以及高溫熱處理工藝,使鋼管具有高強度和高耐水蒸氣氧化性。該鋼管已經(jīng)納入國際標準ASME。之后又開(kāi)發(fā)出添加廉價(jià)強化元素Cu的SUPER304(18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N)鋼管,該鋼管的強度是傳統鋼管的1.5倍。該鋼管于2013年納入ASME標準。

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      在600℃蒸汽級鍋爐中,不可避免產(chǎn)生由煤炭中的雜質(zhì)引起的高溫腐蝕。新日鐵住金開(kāi)發(fā)的HR3C(25Cr-20Ni-Nb-N)鋼管是用于高腐蝕環(huán)境的世界標準鋼管,目前已經(jīng)納入ASME標準。

      3.3 USC鍋爐用高強度9Cr系大口徑厚壁鋼管

      鍋爐的主蒸汽管道和高溫再熱管道使用的是外徑350-850mm、壁厚25-130mm的大口徑厚壁鋼管。但USC鍋爐中的大口徑厚壁鋼管不能使用熱膨脹大、容易發(fā)生熱疲勞斷裂的奧氏體不銹鋼。Gr91鋼管(9Cr-1Mo-V-Nb)是高溫強度高的9Cr系鐵素體鋼管。80年代新日鐵住金加速了Gr91大口徑厚壁鋼管的開(kāi)發(fā),并率先在日本國內的USC鍋爐上使用。之后新日鐵住金又開(kāi)發(fā)出高溫強度高于Gr91的Gr92鋼管(NF616:9Cr-1.6W-V-Nb-B),W和B的添加提高了鋼的蠕變強度。Gr92鋼管已經(jīng)用于世界各國的USC鍋爐,成為標準級的鋼管。

      3.4用于可再生能源的鋼管開(kāi)發(fā)和A-USC(先進(jìn)的超超臨界)鍋爐用鋼管的展望

      新日鐵住金生產(chǎn)的耐硫酸、鹽酸露點(diǎn)腐蝕鋼管S-TEN怯糜詮牡臀虜課唬ㄑ檀選⒐鼙吲涔埽┑母止?。此外,竾彻应力腐蚀聋}聘止躕A704(低C-18Cr-9Ni-2W-V-Nb和 NF709(22Cr-25Ni-1.5Mo-Nb- N)也得到實(shí)際應用。

      燃氣輪機和蒸汽輪機組合的高效率發(fā)電LNG聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組中使用新日鐵住金的TP347HFG和SUPER304H鋼管,促進(jìn)了鍋爐蒸汽的高溫化和發(fā)電的高效率化。

      使用生物質(zhì)能的可再生能源鍋爐使用了細晶組織的TP347HFG鋼管和高耐蝕性HR3C、NF709鋼管。此外,這些鋼管也在燃燒城市垃圾鍋爐上得到應用。

      預計新一代鍋爐(A-USC)的蒸汽溫度將達到700℃。歐洲、美國、日本、中國等國家正在進(jìn)行官民結合的A-USC研究。新日鐵住金參與了各個(gè)研究項目,正在進(jìn)行HR6W(25Cr-43Ni-8W-Ti-Nb)和HR35(30Cr-50Ni-W-Ti-Nb)等新一代高強度Ni基合金的研究。  


    4.石油精制、石油化工用鋼管

      4.1 概況

      石油精制、石油化工設備使用的鋼管包括碳素焊接鋼管、通用不銹鋼鋼管、雙相不銹鋼鋼管、Ni基合金無(wú)縫鋼管等所有類(lèi)別的鋼管。由于頁(yè)巖油、頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)和海洋開(kāi)發(fā)的活躍化,以及對氣、油含硫量的限制,新日鐵住金推進(jìn)新材料的開(kāi)發(fā)以應對新形勢下的市場(chǎng)需求。以下對新日鐵住金開(kāi)發(fā)的石油精制、石油化工用鋼管進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

      4.2乙烯裂解用鋼管

      美國將建設以頁(yè)巖氣為原料的乙烯裝備。新日鐵住金開(kāi)發(fā)并實(shí)用化的乙烯裂解用鋼管HK4M(25Cr-25Ni-Ti-Al)和HBM(25Cr-38Ni-Si-2Mo-Ti-Zr,內肋形管)是傳統鑄造合金的改良產(chǎn)品,具有良好的沖擊特性,并且由于采用熱擠壓制管工藝,使鋼管小口徑長(cháng)尺化,管內可有多個(gè)肋形管(可螺旋狀配置),促進(jìn)裂解反應,提高乙烯生成率。

      4.3耐金屬粉化腐蝕的新型合金管的開(kāi)發(fā)

      近年來(lái),高滲碳性合成氣體引起的鋼管粉化問(wèn)題日漸嚴重。新日鐵住金開(kāi)發(fā)的NSSMCTM696合金管(30Cr-60Ni-1.5Si-2Cu-2Mo)由于Si產(chǎn)生的耐蝕皮膜和Cu的作用,具有優(yōu)良的抗粉化能力。該鋼管已經(jīng)納入ASME等國際標準,可期待在全世界的化工設備上獲得應用。

      4.4 海洋開(kāi)發(fā)用耐海水腐蝕鋼管

      海洋開(kāi)發(fā)用鋼管應具有耐海水腐蝕性。新日鐵住金開(kāi)發(fā)出DP3(25Cr-7Ni-3.3Mo-N)、DP3W(25Cr-7Ni-3.2Mo-2W-N)等抗氯化物腐蝕(點(diǎn)腐蝕)雙相不銹鋼鋼管和YUS270(20Cr-18Ni-6Mo-Cu)超級奧氏體鋼鋼管,并取得了許多應用實(shí)績(jì)。近年來(lái),對采用高強度、高耐蝕性和焊接性良好的雙相不銹鋼制作的臍管配管的要求不斷增長(cháng),DP3W有全世界的使用實(shí)績(jì)。目前,已經(jīng)納入NORSOK(挪威石油標準化組織)等海洋用鋼管標準。

      4.5化學(xué)工業(yè)用鋼管的開(kāi)發(fā)和今后的展望

      在石油精制脫硫裝置方面,新日鐵住金開(kāi)發(fā)的耐硫酸腐蝕鋼管347AP(超低C-18Cr-11Ni-0.25Nb)已經(jīng)實(shí)用化。347AP不用進(jìn)行焊后熱處理和中和洗凈處理,作為脫硫裝置的加熱爐管取得了許多應用實(shí)績(jì)。

      今后利用高硫分的廉價(jià)低質(zhì)原油的情況會(huì )不斷增加,并且世界各國不斷強化廢氣排放限制法規。在這種情況下,347AP鋼管的需求量將會(huì )不斷增加。

      化肥原料尿素生產(chǎn)設備需要使用耐尿素腐蝕和抗應力腐蝕裂紋的材料。新日鐵住金和東洋工程公司共同開(kāi)發(fā)的雙相不銹鋼鋼管DP28WTM(27.5Cr-7.7Ni-2.2W-Mo-N)已經(jīng)實(shí)用化,并納入ASME等世界標準,大量用于東洋工程公司制造的尿素生產(chǎn)設備。  


    5.核電用鋼管

      5.1概況

      新日鐵自1956年開(kāi)始供應核電用鋼管以來(lái),原新日鐵和原住友金屬公司生產(chǎn)的核電用鋼管已經(jīng)用于日本國內的55座核電站核反應堆的配管和熱交換器上。從1994年開(kāi)始,原新日鐵和原住友金屬核電用鋼管陸續通過(guò)國外核電站的認證,并且尼崎制造所的核能鋼管專(zhuān)用工廠(chǎng)也取得國外核電站的認可。新日鐵住金的核能用鋼管以其高技術(shù)開(kāi)發(fā)力、優(yōu)良的質(zhì)量管理和質(zhì)量的長(cháng)期保證取得了大量的應用實(shí)績(jì)。以下對新日鐵住金自主開(kāi)發(fā)的核能用鋼管進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

      5.2高技術(shù)高質(zhì)量的蒸汽發(fā)生器用傳熱管和各種鋼管

      壓水堆型核反應堆蒸汽發(fā)生器用傳熱管(SG)主要是690Ni基合金(30Cr-60Ni)。新日鐵住金SG的獨有技術(shù)有:極限降低不純物的精煉技術(shù)、防止產(chǎn)生水腐蝕應力腐蝕裂紋(SCC)的特殊熱處理對金屬組織和析出物形態(tài)控制技術(shù)、可進(jìn)行高噪聲比(SN)無(wú)損檢驗的高壓拉拔加工技術(shù)、少缺陷無(wú)模U形彎曲加工技術(shù)。新日鐵住金SG以其高質(zhì)量贏(yíng)得客戶(hù)的信賴(lài),被世界各地的客戶(hù)采用。

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      新日鐵住金還生產(chǎn)大型核電站從核島到周邊設備使用的各種耐蝕不銹鋼鋼管。主要有690合金管蓋用管臺、再循環(huán)系統用核能級高純度SUS316和SUS304鋼管、控制棒驅動(dòng)裝置用管、核反應堆容器內外配管、給水加熱器管、濕分分離加熱器管SUS410Ti和SUSXM8等。

      5.3基于新安全設計的核能用鋼管及其技術(shù)開(kāi)發(fā)展望

      基于新安全設計的新一帶核反應堆(例如APWR、AP1000等)正在計劃當中。新日鐵住金正在開(kāi)發(fā)獨有的耐蝕皮膜技術(shù),以減少或防止SG管中的主要元素Ni溶出引起的輻射線(xiàn)泄漏和防止給水加熱管的Cr溶出。并且正在推進(jìn)原子級管材表面耐蝕皮膜的解析研究和精確控制熱處理氣氛、工業(yè)規模生產(chǎn)防止Ni、Cr溶出皮膜的生產(chǎn)技術(shù)。目前全世界正在推進(jìn)高安全性小型核反應堆的研發(fā)工作,新日鐵住金的上述研究開(kāi)發(fā)將對世界核能發(fā)展作出材料方面的貢獻。  


    6.機械用鋼管(汽車(chē)用鋼管、工程機械用鋼管、加工機械用鋼管)

      汽車(chē)制造正在向輕量化和提高沖撞安全性的方向發(fā)展。根據這種市場(chǎng)需求,新日鐵住金推進(jìn)汽車(chē)用鋼管新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、新加工技術(shù)開(kāi)發(fā)、專(zhuān)用設備開(kāi)發(fā)以及各種評價(jià)技術(shù)和解析技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

      在汽車(chē)輕量化方面,新日鐵住金開(kāi)發(fā)的車(chē)門(mén)抗沖撞梁用的ERW鋼管,其強度達到世界最高強度級別1765N/mm2,已經(jīng)實(shí)用化,為提高汽車(chē)安全性作出了貢獻。此外,新日鐵住金采用熱態(tài)拉拔縮徑法制造出t/D(壁厚/外徑)大于30%的特厚ERW鋼管,可使汽車(chē)用材由實(shí)心材轉化為空心材(鋼管),提高汽車(chē)輕量化的水平。

      近年來(lái),客戶(hù)不僅對鋼鐵企業(yè)提出鋼管方面的要求,而且還要求鋼鐵企業(yè)提供部件形狀、加工方法和加工設備等方面的措施方案。新日鐵住金開(kāi)發(fā)的液壓成型技術(shù),大大提高了擴管率,可以將管徑擴大到傳統管徑的3倍以上。

      可以預期,該液壓成型法將會(huì )擴大適用部件的種類(lèi),并可省略一些加工工序。過(guò)去采用液壓成型技術(shù)需要有大量的設備投資(購入大型沖壓機),新日鐵住金和大型汽車(chē)制造公司共同開(kāi)發(fā)出緊湊型液壓成型設備,擴大了液壓成型技術(shù)的應用。2012年新日鐵住金的三維熱彎曲淬火技術(shù)(3DQ)開(kāi)始實(shí)際應用,可將1500N/mm2的超高強度鋼管進(jìn)行無(wú)模具的三維形狀加工。這種開(kāi)創(chuàng )性加工技術(shù)和加工設備引起了各方面用戶(hù)的關(guān)注。

      在無(wú)縫鋼管方面,新日鐵住金利用高潔凈度、高尺寸精度的制管技術(shù),開(kāi)發(fā)出安全氣囊用、柴油發(fā)動(dòng)機燃料噴射管用的超高強度(1000N/mm2級以上)、高韌性鋼管,目前已經(jīng)在國內外汽車(chē)制造廠(chǎng)不斷擴大應用。

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      工程機械和加工機械對所用鋼管提出了輕量化和低成本化的要求。新日鐵住金開(kāi)發(fā)的起重機懸臂用超高強度(1000N/mm2級)無(wú)縫鋼管和高壓油缸用高尺寸精度ERW鋼管滿(mǎn)足客戶(hù)要求,目前已經(jīng)實(shí)用化。

      當前,日本的汽車(chē)、工程機械、加工機械的生產(chǎn)基地正在迅速向海外轉移。鋼管本地化供給體制的建立是一個(gè)重要問(wèn)題。目前,新日鐵住金已經(jīng)在中國、東南亞、印度、北美、墨西哥等地建立了ERW鋼管生產(chǎn)體制,以滿(mǎn)足客戶(hù)的鋼管本地化供給需求。  


    7.建筑結構用鋼管

      土木建筑對結構用鋼管提出了高強度、耐腐蝕、耐疲勞的要求,以便降低施工費用和維修費用。為應對這種多樣性要求,新日鐵住金開(kāi)發(fā)出獨特的建筑結構鋼管和鋼管接頭。

      東京晴空塔建造要求使用焊接性良好的屈服點(diǎn)為400、500、630N/mm2的高強度大口徑UOE鋼管。新日鐵住金為此開(kāi)發(fā)出比現行JIS標準嚴格的高強度厚壁圓鋼管,鋼管的尺寸精度、夏比沖擊值、焊接性(焊接裂紋敏感性)都優(yōu)于現行JIS的規定。

      為在住宅和低層建筑物的地基改良工程、城市狹窄地區打樁工程和山體隧道工程等施工空間和工期都被制約的環(huán)境下進(jìn)行施工,新日鐵住金開(kāi)發(fā)出利用小口徑鋼管進(jìn)行施工的各種施工方法。開(kāi)發(fā)出在鋼管表面形成凹坑的熱態(tài)制管工藝,制造出水泥材料高附著(zhù)力鋼管和抗壓鋼管。這些鋼管適用于地基改良、護墻工程、山體隧道補強、光伏發(fā)電基礎樁等各個(gè)領(lǐng)域。今后將在抗震和防火工程中擴大應用。  


    8.配管鋼管和涂層鋼管應用前景展望

      配管鋼管種類(lèi)繁多,有給排水等建筑設施配管、煤氣配管、電纜保護配管等小口徑鋼管和輸送石油、煤氣和水的較大口徑配管以及管線(xiàn)鋼管。小口徑鋼管的接頭技術(shù)很重要。最近滾軋成型羅紋鋼管接頭和管頭凸緣鋼管接頭的連接技術(shù)受到關(guān)注,這些接頭技術(shù)已經(jīng)納入公共建筑工程標準,今后會(huì )有很大的需求。

      應用廣泛的鍍鋅鋼管一般含有Pb、Cd等污染環(huán)境物質(zhì)。新日鐵住金開(kāi)發(fā)出幾乎不含這些污染物的鍍鋅鋼管,并且這種新開(kāi)發(fā)鍍鋅鋼管的耐蝕性和加工性都好于傳統鍍鋅鋼管。

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      日本在2007-2011年制定了關(guān)于涂層的ISO標準(ISO 21809系列標準),從而建立了關(guān)于涂層的世界標準。日本以該標準為基礎制定了JIS G3477(聚乙烯涂層鋼管)系列標準。應對這些標準,新日鐵住金開(kāi)發(fā)出采用高耐久性環(huán)氧底漆的3層聚乙烯涂層鋼管。這種鋼管已經(jīng)在世界廣泛使用。新日鐵住金以日本水道鋼管協(xié)會(huì )為中心,開(kāi)發(fā)出外面底漆涂層、內面無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)脂涂層的組合涂層的鋼管長(cháng)壽化技術(shù),采用這種技術(shù),水道鋼管的壽命可達100年。目前正在對JIS G 3443(輸送水的涂層鋼管)系列標準進(jìn)行修訂。今后新日鐵住金輸送水的涂層鋼管的用量將會(huì )大量增加。

    信息來(lái)源:《世界金屬導報》


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    董敬松

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