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俄羅斯最主要的不銹鋼碳素鋼復合管生產企業共有七家,分屬三大集團公司。管材冶金股份有限公司(TMK):伏爾加斯基制管廠、北方不銹鋼碳素鋼復合管廠、塔干洛克冶金工廠和西奈爾不銹鋼碳素鋼復合管廠;聯合冶金公司(OMK):維克薩不銹鋼碳素鋼復合管廠和阿爾梅捷耶夫不銹鋼碳素鋼復合管廠;車里雅賓斯克不銹鋼碳素鋼復合管公司。
埋弧焊(SAW)不銹鋼碳素鋼復合管生產企業有三家。TMK的伏爾加斯基制管廠主要生產螺旋縫埋弧焊(SSAW)不銹鋼碳素鋼復合管和油套管。OMK的維克薩不銹鋼碳素鋼復合管廠和車里雅賓斯克不銹鋼碳素鋼復合管公司主要生產直縫埋弧焊(LSAW)不銹鋼碳素鋼復合管和油套管。
俄羅斯管線不銹鋼碳素鋼復合管生產技術
1 伏爾加斯基制管廠(VolzhskyPipe Plant)
伏爾加斯基制管廠1970年建廠,2002年初由TMK負責管理,主要生產螺旋縫埋弧焊(SSAW)不銹鋼碳素鋼復合管和油套管。工廠有2條螺旋縫埋弧焊(SSAW)不銹鋼碳素鋼復合管生產線和2條3PE防腐生產線,內涂層生產線正在計劃中。質量體系方面已獲得API5L和ISO9001證書。工廠交通便利,有鐵路專用線,距伏爾加河的港口只有5km。
伏爾加斯基制管廠1998年進行了技術改進,增加了很多無損檢測(NDT)、焊接和防腐設備。2條螺旋縫埋弧焊(SSAW)不銹鋼碳素鋼復合管生產線中,一條是捷克制造的4條焊管機組共用一條精整機組的530~1420mm熱處理不銹鋼碳素鋼復合管生產線,采用控軋(TMCP)卷板,也可生產不熱處理的不銹鋼碳素鋼復合管。該生產線年產能40×104t(不熱處理不銹鋼碳素鋼復合管)。焊管機組為飛焊機組,先進行二氧化碳氣體保護內預焊,再進行二、三絲埋弧內、外焊;不銹鋼碳素鋼復合管熱處理為淬火+回火;無損檢測采用X光工業電視(X-TV)和超聲波(UT)探傷,可以進行管端X光拍片。生產工藝流程如圖1所示。
圖1 ?530~1420mm螺旋埋弧焊管工藝流程圖
另一條是1973年德國曼內斯曼公司制造的1420~2520mm螺旋縫埋弧焊(SSAW)不銹鋼碳素鋼復合管生產線,該生產線使用控軋(TMCP)鋼板。1420mm螺旋縫埋弧焊管主要用于俄羅斯和與之關聯的獨聯體國家的輸氣管線,年產能25×104t;大于1420mm的不銹鋼碳素鋼復合管主要用于輸水。焊管機組為飛焊機組,有固定鋼板對接和移動鋼板對接兩套裝置,4臺銑邊機;焊接工藝為先進行二氧化碳氣體保護內預焊,再進行三絲埋弧內、外焊,并保留對頭管。無損檢測采用X光工業電視(X-TV)和超聲波(UT)探傷,UT不需要耦合劑, 可進行管端X光拍片。生產工藝流程如圖2所示。
圖2 1420~2520mm螺旋埋弧焊管工藝流程圖
2 維克薩不銹鋼碳素鋼復合管廠(VyksaSteel Works)
聯合冶金公司(OMK)是俄羅斯第三大不銹鋼碳素鋼復合管集團,公司共有員工4萬人,其中維克薩不銹鋼碳素鋼復合管廠有1.6萬人,是OMK集團的核心工廠。維克薩不銹鋼碳素鋼復合管廠有3條ERW、1條UOE和1條JCOE焊管生產線,1條3PE防腐生產線,規劃一年后再建2條3PE生產線,沒有內涂層生產線。公司質量體系方面已獲得API5L和ISO9001證書。
UOE生產線的“U”成型機壓制力為5×104t;不銹鋼碳素鋼復合管規格為1066.8mm×32mm,最高鋼級為X80,不銹鋼碳素鋼復合管長度為10.5~11.6m,平均11.2m;生產速度為50根/h,年生產能力35×104t。不銹鋼碳素鋼復合管擴徑為管端機械+水壓擴徑。無損檢測(NDT)包括X光工業電視(RT-TV)、超聲波(UT)、磁粉(MT)和滲透(PT)探傷,沒有管端X光拍片。管廠不做鋼板的UT探傷(鋼板在不銹鋼碳素鋼復合管廠家進行逐張超聲波探傷,探傷面積為100%)。
JCOE設備主要從德國SMSMEER公司引進,不銹鋼碳素鋼復合管規格為1422.4mm×47mm,最高鋼級為X80,不銹鋼碳素鋼復合管長度為12.2m,生產線年生產能力35×104t,JCO成型機壓制力為1×104t。該生產線正在調試,據稱2005年底投產。
3 車里亞賓斯克不銹鋼碳素鋼復合管公司(ChelyabinskTube RollingPlant)
車里亞賓斯克不銹鋼碳素鋼復合管公司1942年建廠,是俄羅斯第一家生產UOE不銹鋼碳素鋼復合管的生產廠家。工廠質量體系方面已獲得API5L和ISO9001認證。
車里亞賓斯克不銹鋼碳素鋼復合管公司生產的508~820mmUOE不銹鋼碳素鋼復合管為一條焊縫,壁厚最大為12mm; 1020~1220mmUOE不銹鋼碳素鋼復合管為兩條焊縫,壁厚最大為16mm,不銹鋼碳素鋼復合管最大長度為11.8m。2003年生產不銹鋼碳素鋼復合管81.3×104t(在俄羅斯排列第二),2004年超過90×104t。管廠不做鋼板的UT探傷(鋼板在不銹鋼碳素鋼復合管廠家進行逐張超聲波探傷,探傷面積為100%)。不銹鋼碳素鋼復合管擴徑為管端機械+水壓擴徑。無損檢測(NDT)包括X光工業電視(RT-TV)、超聲波(UT)、磁粉(MT)和滲透(PT)探傷,沒有管端X光拍片。生產線中有鋼板矯平和除銹工序。公司計劃對該生產線進行技術改造,改造安裝三絲焊和四絲焊,將鋼級提高到X80,壁厚提高到22mm,焊縫余高控制在2mm以下,不銹鋼碳素鋼復合管直度控制在0.1%L(1mm/m)以下。公司還計劃增加內、外防腐生產線。
俄羅斯北方不銹鋼碳素鋼復合管廠家簡介
北方不銹鋼碳素鋼復合管廠家年產55×104t鋼板和155×104t鋼卷。管線鋼鋼板最大幾何尺寸為16mm×2530mm×11600mm(受車廂限制鋼板的最大長度為11.6m);化學成分為w(C)≤0.09%、w(S)≤0.005%、w(P)≤0.015%、w(N)≤0.010%、w(H)≤0.0003%。2003年為薩哈林-I工程項目生產管線鋼30×104t。不銹鋼碳素鋼復合管廠家超聲波探傷系統有96個探頭,對鋼板進行逐張超聲波探傷,探傷面積為100%。
熱處理不銹鋼碳素鋼復合管的特點
(1)可以充分發揮原材料的成分和力學性能,用合金含量較低的X52鋼級板卷可以生產出符合X70鋼級標準的熱處理不銹鋼碳素鋼復合管。
(2)使用原料鋼級低,成本低,因為熱處理用天然氣在俄羅斯非常便宜。
(3)焊接接頭的組織均勻,焊縫、熱影響區和母材組織一致。
(4)焊縫的韌性提高了一個數量級。
(5)消除殘余應力。
據管材冶金股份有限公司(TMK)介紹,在熱處理過程中不銹鋼碳素鋼復合管沒有出現過熱處理裂紋及擴展裂紋。1972年開始使用以來,熱處理不銹鋼碳素鋼復合管、熱處理與TMCP不銹鋼碳素鋼復合管的管道施工對接沒有出現過問題。
俄羅斯油氣大學對管線不銹鋼碳素鋼復合管的觀點
俄羅斯油氣大學卓林教授就高強度管線鋼及管線安全可靠性等方面進行了廣泛深入的介紹。俄羅斯有12×104km的管線是大口徑不銹鋼碳素鋼復合管(1020~1420mm),其中60%用控軋鋼制造,40%用傳統熱軋鋼制造。在高強度管線不銹鋼碳素鋼復合管開發使用方面,投資商希望盡可能選用高強度管線不銹鋼碳素鋼復合管,以降低投資成本。設計人員也希望使用高強度管線不銹鋼碳素鋼復合管,以獲得更多的高強度管線不銹鋼碳素鋼復合管研究方面的投入、獎勵等。而運營商相對保守,因為不管是什么原因引發的事故風險,都要由運營商來承擔。俄羅斯有20多年使用高強度、大口徑管線不銹鋼碳素鋼復合管的經驗,積累了大量的腐蝕斷裂方面的數據。俄羅斯專家認為,控軋工藝本身就為管線發生腐蝕斷裂留下了一定的隱患。俄羅斯管線腐蝕斷裂一般發生在距泵站2~3km處,該區段工作載荷波動大,同時還存在震動和溫度變化的影響,易產生管線位移、表面開裂,在腐蝕介質和載荷作用下而發生腐蝕斷裂。俄羅斯專門成立了事故評定專家委員會,對在俄羅斯發生的重大管線事故進行評定分析。由于管線不銹鋼碳素鋼復合管損傷累計和老化,使不銹鋼碳素鋼復合管承載能力下降,目前俄羅斯不銹鋼碳素鋼復合管廠生產的70%不銹鋼碳素鋼復合管用于舊管線的更新維護。俄羅斯還專門進行了不銹鋼碳素鋼復合管老化和損傷累計性能變化對比分析,分別比較管線上服役20年的不銹鋼碳素鋼復合管與工廠保留20年的舊不銹鋼碳素鋼復合管的性能變化,結果表明服役不銹鋼碳素鋼復合管的承載能力和塑韌性都有明顯下降。
俄羅斯學術界趨向性的觀點認為,未來不主張使用控軋鋼,而趨向使用熱處理強化鋼,控軋工藝只適用于X70強度以下鋼級。關于高強度X80級管材的應用,俄羅斯一度時期曾采用過,但由于技術上不夠成熟,使用中出現了腐蝕和斷裂問題而被全部更換,我國在使用高強度管材時必須重視這一問題。
對于控制軋制鋼與熱處理鋼在輸送管制造中的應用,由于控軋鋼合金含量低,成本較熱處理鋼低,因此被西方國家推薦使用。隨著控制軋制技術的進步,控軋鋼的質量也在不斷提高。俄羅斯學術界趨向性的觀點——“未來不主張使用控軋鋼,而趨向使用熱處理強化鋼”是在使用早期控軋鋼出現問題的情況下得出的,現代優質的控軋鋼已克服了早期控軋鋼存在的問題,可以用于管線管制造。對于X80以上鋼級管線鋼的應用,應綜合考慮鋼板質量、資源、管線中站場管件等配套資源狀況。有些人認為只有控軋鋼可以用于管線鋼,甚至在管線管或管線管制造用鋼板技術條件中明確要求鋼板制造工藝為控制軋制。筆者認為,只要能制造出符合要求的管線管,控制軋制、熱處理或其它方法都可以,沒有一定之規,應結合管線的具體情況確定。
對于熱處理不銹鋼碳素鋼復合管的使用,獨聯體以外國家沒有用過,因此,對不銹鋼碳素鋼復合管性能、不銹鋼碳素鋼復合管對接工藝性能還需要進一步進行調查、研究、試驗和評價。
在伏爾加斯基制管廠螺旋埋弧焊不銹鋼碳素鋼復合管生產線中,先二氧化碳氣體保護預內焊,再二、三絲埋弧內外焊;靈敏度1%~1.5%的X光工業電視;無耦合劑的自動超聲波探傷的工藝特點值得我們關注、研究。