JFE不同能源環(huán)境下鋼材品種的開發(fā)

鋼材在能源工業(yè)設(shè)施和裝備中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。近年來,JFE鋼鐵公司(以下簡稱JFE)順應(yīng)世界能源需求增長的形勢,針對能源用鋼的特殊性質(zhì)和極高的安全要求,開發(fā)了符合能源開采、運(yùn)輸、生產(chǎn)和使用各階段的能源用鋼。

不同使用環(huán)境對鋼管性能要求各異

石油工業(yè)用鋼管(OCTG)。JFE的耐腐蝕石油用管獨(dú)具特色,其中一類是應(yīng)用于CO2環(huán)境下的高強(qiáng)度高耐蝕性油井管,另一類是應(yīng)用于H2S環(huán)境下的抗硫腐蝕油氣用管。JFE還銷售OCTG的優(yōu)質(zhì)管接頭。除API標(biāo)準(zhǔn)級鋼管外,JFE還生產(chǎn)高抗壓潰性油井用管和用于寒冷環(huán)境下的高低溫韌性油井管,可用作配管和套管。

JFE生產(chǎn)的高強(qiáng)度、高耐蝕性石油用管的鮮明特點(diǎn)是馬氏體不銹鋼系列鋼管。除常規(guī)的13%Cr鋼管外,該公司還提供一系列滿足各種服役環(huán)境要求的產(chǎn)品,如更高強(qiáng)度和耐蝕性的JFE-HP1-13CR鋼管、JFE-HP2-13CR鋼管和適用于傳統(tǒng)雙相不銹鋼使用環(huán)境的JFE-UHP-15CR鋼管等。

深油氣井中使用的螺紋管接頭必須具有高強(qiáng)度和高密封性。JFE開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的螺紋接頭FOX和JFEBEAR鋼種。為減少連接螺紋接頭時含有環(huán)境污染物潤滑劑的溢出,該公司還開發(fā)了“CLEARRUN”接頭潤滑系統(tǒng)。

輸油氣管線用鋼管。JFE有無縫鋼管、UOE鋼管和電焊鋼管生產(chǎn)線,形成了不同用途和規(guī)格鋼管的完整體系。

其管線鋼管產(chǎn)品包括遠(yuǎn)距離大口徑輸送用高強(qiáng)度管線管、適用多震帶和永凍帶地區(qū)的高變形性鋼管HIPER、性能優(yōu)于傳統(tǒng)電焊管的MightSeam焊管、適用腐蝕性環(huán)境的馬氏體不銹鋼管等。

目前,輸油氣管線的鋪設(shè)向環(huán)境惡劣的地域發(fā)展,對于在地震帶和不連續(xù)凍土帶鋪設(shè)的管線來說,必須具有足夠的變形能力,才能在地基發(fā)生變動導(dǎo)致管線變形時,不至于發(fā)生局部屈曲和環(huán)焊縫處斷裂事故。因此,JFE研究生產(chǎn)了高變形性管線鋼管HIPER(UOE)。

隨著輸油氣管線向高壓輸送和大口徑化的方向發(fā)展,X80級等高強(qiáng)度管線鋼管也要求實(shí)現(xiàn)厚壁化。為滿足管線鋼管進(jìn)一步高強(qiáng)度化的要求,JFE于2002年在世界上率先進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)CSA690級高強(qiáng)度管線鋼管(CSA是加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會,CSA690級相當(dāng)于APIX100級)。2004年冬季,CSA690級高強(qiáng)度管線在加拿大北部極寒地區(qū)鋪設(shè),顯示出該鋼管良好的母材性能、焊接區(qū)性能和焊接施工性。

目前,世界范圍內(nèi)X100管線的應(yīng)用尚存在局限性,但JFE正在努力開發(fā)有關(guān)的管線設(shè)計技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)和評價技術(shù),X100管線的推廣應(yīng)用值得期待。

輸油氣管線與油氣井的情況一樣,也有因為H2S的存在發(fā)生氫致裂紋的現(xiàn)象。為防止氫致裂紋的產(chǎn)生,他們采用對鋼中的S含量和硫化物進(jìn)行特殊控制的抗硫腐蝕管線鋼管。鋼管的強(qiáng)度目前達(dá)到X65級,但該公司正在推進(jìn)X70級等強(qiáng)度更高抗硫腐蝕管線鋼管的開發(fā)工作。

鑒于石油和天然氣的生產(chǎn)和運(yùn)輸環(huán)境越來越惡劣,JFE大力開發(fā)管線電焊鋼管用材制造技術(shù)和焊縫的無損檢驗技術(shù),并開發(fā)出管線用電焊鋼管新產(chǎn)品MightySeam,使電焊鋼管的可靠性得到極大提高,從而可以充分利用電焊鋼管高尺寸精度、高韌性的特點(diǎn)進(jìn)行管線設(shè)計。

截至目前,雙相不銹鋼一直用作耐腐蝕管線鋼管的材料。雖然雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性,但成本昂貴,并且焊接線能量輸入難以控制,還因具有過度防蝕性能而容易產(chǎn)生裂紋。而馬氏體不銹鋼不僅具有優(yōu)良的耐CO2腐蝕性,而且成本低于雙相馬氏體不銹鋼。在此背景下,JFE利用先進(jìn)的煉鋼技術(shù),通過調(diào)整添加元素的成分,降低C和N含量,開發(fā)出焊接性和耐蝕性俱佳的管線用馬氏體不銹鋼無縫鋼管。

鍋爐和熱交換器用鋼管。JFE開發(fā)并生產(chǎn)出的鐵素體合金鋼管,具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、耐氧化性和焊接性能。

改良型9%Cr-1%Mo鋼管(T91/P91鋼管)。JFE利用曼內(nèi)斯曼軋制工藝生產(chǎn)ASME(美國機(jī)械工程師學(xué)會)SA231和SA335標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的改良型9%Cr-1%Mo鋼管(T91/P91鋼管)。該類鋼管具有以下特點(diǎn):屬于超級耐火鋼管,外徑和壁厚尺寸精度高;可制造余熱鍋爐用22米長左右的超長鋼管;可制造主蒸汽管和集汽管用壁厚為50mm的特厚中口徑鋼管。

含鎢2.25%Cr鋼管(T23/P23鋼管)。該鋼種的規(guī)范于2001年納入ASMESA213標(biāo)準(zhǔn),牌號為T23。它是一種添加大量W的2.25%Cr-Nb-V鋼,具有很高的高溫強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。JFE開發(fā)出低C、低Al、低N的T23鋼管,具有優(yōu)秀的高溫強(qiáng)度、良好的焊接性和抗HAZ裂紋性能,應(yīng)用于廢熱回收鍋爐的過熱器和再熱器。

含鎢9%Cr鋼管(T92/P92鋼管)。高溫強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度優(yōu)于T91/P91鋼管的T92/P92鋼管于2004年納入ASME標(biāo)準(zhǔn)。該鋼管是添加大量W的9%Cr-Nb-V鋼,適用于主蒸汽管、過熱器和再熱器。

鋼板生產(chǎn)追求高強(qiáng)度和安全性

高強(qiáng)度鋼板。高強(qiáng)度鋼板不僅用于建筑、橋梁、工業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域,也用于能源設(shè)備。高強(qiáng)度鋼板的合理應(yīng)用取決于對其強(qiáng)度級別、焊接性和低溫韌性等性能的具體要求。為提高材料的焊接韌性,JFE開發(fā)出EWEL焊接技術(shù)。

低溫用鋼板。為保證嚴(yán)寒地區(qū)鉆井平臺和采油平臺的安全性,必須使用有嚴(yán)格低溫韌性要求的鋼板。鉆井平臺使用的是船級社標(biāo)準(zhǔn)中的DH36、EH36、FH36等高屈服點(diǎn)鋼,其中自升式鉆井平臺的樁腿及其周圍結(jié)構(gòu)使用的是高抗拉強(qiáng)度鋼,而齒條則是用HT80特厚鋼板。因為自升式鉆井平臺有時要在嚴(yán)寒區(qū)域移動和鉆探,所以有時需要具有-60℃的低溫韌性。JFE開發(fā)出嚴(yán)寒地區(qū)平臺齒條和鋼索用JFE-HITEN780ML鋼。

在采油平臺方面,導(dǎo)管架式平臺、張力腿式平臺(TLP)頂層和樁柱、深水浮筒平臺頂層使用的是API2W50和API2W60(屈服點(diǎn)為355MPa和410MPa級)的TMCP(熱機(jī)械軋制)高強(qiáng)度鋼。這些鋼板的焊接接頭要求滿足應(yīng)用環(huán)境溫度下的CTOD值(一種嚴(yán)格的斷裂機(jī)械規(guī)范)。

球罐用低溫鋼有JFE-HITEN的L系列鋼種,還有可在更低溫度下使用的2.5%Ni、3.5%Ni、9%Ni系列低溫用鋼板。

抗氫致裂紋(HIC)鋼板。JFE對球罐用高強(qiáng)度鋼板的SSCC問題和含H2S天然氣輸送鋼管的HIC問題進(jìn)行了積極的研究,開發(fā)出適用于H2S環(huán)境的抗氫致裂紋鋼板JFE-AH1和JFE-AH2。

不銹鋼復(fù)合鋼板。涂鍍鋼板是基材鋼板與不銹鋼鍍層鋼板的復(fù)合板。這種復(fù)合式鋼板既有結(jié)構(gòu)鋼板的強(qiáng)度(基材),同時又具有耐熱性、耐蝕性等功能(鍍層),并且與全不銹鋼板相比價格低廉。因此,復(fù)合鋼板廣泛用于壓力容器、船舶、海水淡化裝置等許多行業(yè)。

雖然復(fù)合鋼板的制造方法有很多,但JFE采用的是軋制方法。JFE的復(fù)合鋼板具有良好的接合性、穩(wěn)定的性能、可制造寬幅長尺鋼板、尺寸精度高和交貨及時等優(yōu)點(diǎn)。不銹鋼板和復(fù)合鋼板還用于水壩排水閘管道等,而且具有優(yōu)良耐腐蝕性的復(fù)合鋼板廣泛應(yīng)用于煉油設(shè)備。

造船用鋼板。油輪、集裝箱船、散裝貨船等各種船舶的輕量化、高速化、長壽化和造船高效率化是JFE一直關(guān)注的課題。TMCP(熱機(jī)械軋制)可使造船用鋼板的抗拉強(qiáng)度和焊接性能得到大幅提高。JFE開發(fā)出新一代TMCP技術(shù),即Super-OLAC,并將之投入到工業(yè)應(yīng)用,現(xiàn)在該公司高強(qiáng)度船用鋼板都是利用這種技術(shù)制造的。

液化石油氣船儲倉的冷卻溫度達(dá)到-45℃~-50℃,由于焊縫很長,需要高效率焊接,因此要求鋼板和焊接熱影響區(qū)具有優(yōu)良的韌性。為了滿足這一需求,JFE開發(fā)出EWEL焊接技術(shù),保證焊接熱影響區(qū)的優(yōu)良韌性,已應(yīng)用于許多液化石油氣(LPG)輪船。

原油運(yùn)輸船的儲油倉底板有時會發(fā)生嚴(yán)重的點(diǎn)腐蝕。為此,JFE開發(fā)出原油運(yùn)輸船用耐腐蝕鋼板JFE-SIP-OT。

反應(yīng)堆安全殼用鋼板。在核電領(lǐng)域,反應(yīng)堆的鋼制安全殼采用的是SGV480和高強(qiáng)度鋼SPV490,壓力容器使用的是特厚大單重的SQV2鋼。JFE以嚴(yán)格的質(zhì)量管理制造出大量此類鋼板。