海洋環(huán)境用鋼管質(zhì)量淺析

海洋環(huán)境用鋼管質(zhì)量淺析1第1頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月2海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析中海石油金洲管道有限公司是中海油能源發(fā)展股份有限公司與金洲集團(tuán)共同投資建立的合資企業(yè)。公司ERW610機(jī)組的生產(chǎn)線圖紙由美國(guó)BRONX公司設(shè)計(jì)，關(guān)鍵設(shè)備從國(guó)外進(jìn)口，可生產(chǎn)直徑φ219~φ610mm、壁厚5.6mm~20mm，長(zhǎng)度6m~18.5m。

公司簡(jiǎn)介2第2頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月3隨著煉鋼工藝、鋼卷熱軋工藝、鋼管的制造工藝和質(zhì)量控制體系的提高，高頻直縫焊接鋼管（HFW）已經(jīng)應(yīng)用于海洋和酸性油氣介質(zhì)的輸送。但由于高頻直縫焊接鋼管焊縫的耐腐蝕性和穩(wěn)定性的問題，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用時(shí)間并不是很長(zhǎng)。本文主要介紹在海洋環(huán)境中HFW鋼管的耐腐性、焊縫抗斷裂性能CTOD、焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性和質(zhì)量保障體系。海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析3第3頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月4高頻直縫電阻焊鋼管在輸油輸氣管線中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，尤其在海洋和含CO2、H2S等酸性環(huán)境已經(jīng)開始應(yīng)用，但是由于高頻電阻焊鋼管的焊縫耐腐蝕性能和質(zhì)量穩(wěn)定性在海洋環(huán)境中使用受到限制。中海石油金洲管道有限公司根據(jù)幾年生產(chǎn)海底管線鋼管的經(jīng)驗(yàn)，基本解決這一問題，并且保障十五萬噸海底管線鋼管正常服役。本文主要描述如何減小鋼管焊縫的腐蝕和提高焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性，解決焊縫低溫沖擊韌性和斷裂韌性。0引言海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析4第4頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月5海底管線鋼管要求所使用的管線鋼管的化學(xué)成分、焊縫熱處理狀況和生產(chǎn)工藝路線對(duì)焊縫溝槽腐蝕是不敏感的。在很多文獻(xiàn)中提出海水環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生溝槽腐蝕現(xiàn)象，HFW鋼管的溝槽腐蝕主要產(chǎn)生在焊縫的位置（見圖1）。1高頻直縫HFW鋼管焊縫溝槽腐蝕海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析圖1HFW焊縫溝槽腐蝕后圖片理學(xué)5第5頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月6海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析1高頻直縫HFW鋼管焊縫溝槽腐蝕一般認(rèn)為，HFW鋼管焊縫溝槽腐蝕產(chǎn)生的有以下幾個(gè)方面的原因：HFW鋼管焊縫組織不同于母材鐵素體+珠光體組織，同時(shí)由于快速加熱和冷卻而導(dǎo)致焊縫處存在較大的殘余應(yīng)力；另外由于熱軋鋼卷存在沿著軋制方向的金屬流線，在焊接時(shí)擠壓力作用下與內(nèi)外表面形成上升的角度。圖2焊縫具有上升金屬流線的圖片6第6頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月71高頻直縫HFW鋼管焊縫溝槽腐蝕海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析在金屬流線中存在著非金屬夾雜物如MnS等，當(dāng)鋼管處于腐蝕環(huán)境時(shí)，溝槽腐蝕就會(huì)沿著非金屬夾雜物MnS富集區(qū)的金屬流線開始腐蝕。溝槽腐蝕的產(chǎn)生和擴(kuò)大可以描述為三個(gè)步驟，一是在焊接時(shí)MnS熔解后的快速沉淀形成富S區(qū)域；二是MnS富集區(qū)產(chǎn)生坑腐蝕；三是在焊縫和母材之間形成巨大的腐蝕坑即形成溝槽。7第7頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月8采取焊縫熱處理和改變化學(xué)成分的方法可以有效減小焊縫的溝槽腐蝕。焊縫熱處理可以有效降低S富集區(qū)，減少焊縫和母材之間的組織差異，降低焊縫的殘余應(yīng)力。但由于高頻直縫焊管的焊縫在線熱處理時(shí)間較短，因此不能完全消除溝槽腐蝕。降低鋼中硫含量可以有效的減少M(fèi)nS附近S的富集，因此可以幫助減小溝槽腐蝕的產(chǎn)生。1高頻直縫HFW鋼管焊縫溝槽腐蝕海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析8第8頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月9海底管線鋼管多數(shù)使用雙層管，外面作為套管，里面的鋼管是輸送使用，內(nèi)管和外管之間采用保溫層。作為輸送油氣使用的內(nèi)管在酸性環(huán)境下要求具有良好的HIC腐蝕性能。在較小直徑的HFW鋼管生產(chǎn)中，需要采購(gòu)兩倍工作寬度的鋼卷進(jìn)行縱剪，由于鋼帶存在中心偏析，縱剪后的鋼板有一邊存在偏析，在焊接時(shí)通過加熱和擠壓，非金屬夾雜物殘留在焊縫熔合線周圍及鋼管表面。因此這些非金屬夾雜物影響了焊縫的抗HIC性能。2高頻直縫HFW鋼管焊縫抗HIC腐蝕性能海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析9第9頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月10為了提高焊縫抗HIC腐蝕性能，需要從原料、焊接工藝參數(shù)和焊縫熱處理工藝方面入手。首先要做到的是提高原料的純凈度，減小或消除帶鋼中心偏析，為焊接奠定良好的基礎(chǔ)。新的焊縫在線熱處理工藝即焊縫淬火+回火的熱處理工藝來代替正火熱處理工藝，可以有效提高焊縫的抗HIC腐蝕性能。再者焊接工藝參數(shù)直接影響夾雜物的形成，也是提高焊縫抗HIC性能的關(guān)鍵，最終研究表明較窄的熔合線寬度和較大的金屬流線角度可以明顯提高焊縫抗HIC腐蝕性能。海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析2高頻直縫HFW鋼管焊縫抗HIC腐蝕性能10第10頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月CTOD是指張開型裂紋的尖端在外力作用下所張開的距離。在CTOD試驗(yàn)中，把要測(cè)試的材料或焊接接頭做成帶有預(yù)制裂紋的試樣，加上外力后，可以測(cè)定裂紋尖端張開位移CTOD值。CTOD值的大小反映了受試材料或焊接接頭的抗開裂能力（即韌性）的高低。CTOD值越大，表示裂紋尖端處材料的抗開裂性能越好，即韌性越好；反之，CTOD值越小，表示裂紋尖端處材料的抗開裂性能越差，即韌性越差。海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析3高頻直縫HFW鋼管焊縫的CTOD（裂紋尖端張開位移）試驗(yàn)11第11頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月123高頻直縫HFW鋼管焊縫的CTOD（裂紋尖端張開位移）試驗(yàn)海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析在海底管線規(guī)范DNV-OS-F101中要求首批檢驗(yàn)時(shí)對(duì)焊縫、管體進(jìn)行CTOD試驗(yàn)，以檢驗(yàn)管體和焊縫抗開裂的能力，規(guī)范要求在0度時(shí)CTOD值應(yīng)不小于0.2mm，我公司在麗水項(xiàng)目海底管線對(duì)HFW鋼管焊縫進(jìn)行試驗(yàn)，CTOD的值在所0.7mm（見圖3）以上，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。圖312第12頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月13應(yīng)用于海底管線的鋼管質(zhì)量要求高于陸地管線，要具有穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量首先要具備良好的設(shè)備做為保障，以影響產(chǎn)品質(zhì)量和檢驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)備說明如下：

海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析4海底管線鋼管質(zhì)量穩(wěn)定性和保障體系銑邊：在線銑邊機(jī)設(shè)備，銑邊形狀為直邊和5度V形邊，以保障鋼管成型后接近平行對(duì)接；同時(shí)可以去除帶鋼邊緣的缺陷，有效保障帶鋼工作寬度；焊接：具有自動(dòng)熱量輸出控制系統(tǒng)，溫度監(jiān)控系統(tǒng)，保障焊接的穩(wěn)定性；13第13頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月14鋼管管端：鋼管管端手動(dòng)超聲波檢驗(yàn)和磁粉檢驗(yàn)；海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析4海底管線鋼管質(zhì)量穩(wěn)定性和保障體系熱處理：自動(dòng)熱量輸出控制系統(tǒng)，溫度監(jiān)控系統(tǒng)和焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)；鋼板檢驗(yàn)：在線板材超聲波探傷系統(tǒng)，保障使用帶鋼的質(zhì)量；焊縫檢驗(yàn)：在線超聲波焊縫探傷系統(tǒng)和離線焊縫超聲波探傷系統(tǒng)；14第14頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月保障海底管線鋼管的質(zhì)量不僅需要良好的設(shè)備作基礎(chǔ)，還需要嚴(yán)格的檢驗(yàn)流程保障產(chǎn)品質(zhì)量。15海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析4海底管線鋼管質(zhì)量穩(wěn)定性和保障體系我公司HFW鋼管生產(chǎn)線按制管工藝路線設(shè)置專檢的檢驗(yàn)站點(diǎn)共10項(xiàng),其中包括原料檢驗(yàn)1項(xiàng)、定徑檢驗(yàn)1項(xiàng)、無損檢驗(yàn)4項(xiàng)、水壓檢驗(yàn)1項(xiàng)、成品檢驗(yàn)1項(xiàng)入庫檢驗(yàn)1項(xiàng)和發(fā)貨檢驗(yàn)1項(xiàng)。產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)施三檢制,分別為操作者自檢、上下工序互檢和質(zhì)量檢中心專檢,產(chǎn)品質(zhì)量三檢制控制流程保障產(chǎn)品檢驗(yàn)質(zhì)量。15第15頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月在理化性能控制方面，取樣試驗(yàn)頻次最多50支為一批次，試驗(yàn)頻次要遠(yuǎn)高于陸地管線的要求。16海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析4海底管線鋼管質(zhì)量穩(wěn)定性和保障體系我公司建有質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，具有質(zhì)量數(shù)據(jù)錄入和查詢系統(tǒng),此系統(tǒng)包括了原料和產(chǎn)品針對(duì)項(xiàng)目合同號(hào)的所有檢驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù),可以以鋼管管號(hào)和原料爐號(hào)、鋼卷號(hào)為跟蹤依據(jù)實(shí)施全程質(zhì)量追溯,試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)控制結(jié)果與數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)控制,每個(gè)工作日質(zhì)檢中心數(shù)據(jù)庫管理員負(fù)責(zé)與試驗(yàn)室、生產(chǎn)部統(tǒng)計(jì)和倉庫管理員數(shù)據(jù)核對(duì)一次,最后的成品交付,出證開單以質(zhì)量數(shù)據(jù)庫為準(zhǔn)。16第16頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月17海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析原料檢驗(yàn)1項(xiàng)10項(xiàng)檢驗(yàn)站點(diǎn)定徑檢驗(yàn)1項(xiàng)無損檢驗(yàn)4項(xiàng)水壓檢驗(yàn)1項(xiàng)成品檢驗(yàn)1項(xiàng)入庫檢驗(yàn)1項(xiàng)發(fā)貨檢驗(yàn)1項(xiàng)4海底管線鋼管質(zhì)量穩(wěn)定性和保障體系17第17頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月18海洋環(huán)境用HFW鋼管質(zhì)量淺析操作者自檢產(chǎn)品質(zhì)量三檢制上下工序互檢質(zhì)量檢中心專檢4海底管線鋼管質(zhì)量穩(wěn)定性和保障體系18第18頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月19高頻直縫HFW鋼管逐步應(yīng)用于海洋環(huán)境和酸性環(huán)境，HFW鋼管的焊縫耐腐蝕性能和質(zhì)量穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步的研究，以下幾個(gè)方面的措施有助于提高焊縫的耐腐蝕性能和質(zhì)量穩(wěn)定性：（1）HFW鋼管使用的鋼卷要具有更低的硫含量，降低夾雜物附近S的聚集而減小溝槽腐蝕的產(chǎn)生。（2）焊縫正火熱處理工藝和淬火+回火熱處理工藝對(duì)焊縫耐HIC性能明顯不同，焊縫經(jīng)淬火+回火