提高输量、降低成本是油气管道建设持续追求的目标,而提高钢级、增大壁厚是提高输量、降低成本的有效途径,这也推动了国内外高钢级、大口径、大厚壁钢管的研发和应用。为了保证管道安全性,要求油气输送钢管具有与钢级及输送压力所匹配的止裂韧性。钢级越高、输送压力越大,所需的止裂韧性越高;并且要求DWTT断口具有足够的剪切面积(API等标准规定平均值至少85%)。同时具有足够的剪切面积和足够的CVN吸收能是管体的一个基本特征,在输气管线中它能避免脆性断裂扩展,并控制延性断裂的扩展。
由于材料自身强韧性的矛盾,以及管线钢厚度增加带来技术难度的增加,使得管线钢管每增加一个钢级或壁厚增加一毫米,都要攻克一系列的技术难题。
21世纪以来,以我国西气东输二线建设为标志,X80管线钢/管的研发应用快速发展。2006年,在中石油集团公司的推动下,原华北石油第一机械厂巨龙钢管公司联合国内钢厂开始研制西气东输二线X80管线钢及直缝埋弧焊管,经过钢厂和制管企业的持续努力和卓有成效的工作,攻克了一系列的技术难题,成功开发出了西气东输二线X80φ1219mmx22mm直缝埋弧焊管,焊管满足-10℃条件按下母材夏比冲击功单值最小140J、平均值最小180J以及焊缝及热影响区夏比冲击功单值最小60J、平均值最小80J的要求,母材0℃条件下DWTT剪切面积率平均大于85%,并大规模应用于西气东输二线工程。2007-2008年,巨龙钢管公司联合国内宝钢、沙钢、鞍钢等钢铁企业同时开展了26.4mm、27.5mm及33mm宽厚板及厚壁直缝埋弧焊管单根试制工作,最早试制出了国内X80钢级φ1219mm×26.4/27.5/33mm 直缝埋弧焊管。
2009年,26.4mm厚规格钢板及钢管技术获得突破,X80钢级ф1219mm×26.4mm直缝埋弧焊管实现批量稳定生产,DWTT剪切面积满足标准规定的0℃条件下平均不低于75%的要求,并应用于西气东输二线及后续的西气东输三线工程中。2012年,针对中亚C线的需求,渤海装备所属巨龙公司与钢厂合作开发出了X80钢级 ф1219mmx27mm 直缝埋弧焊管,0℃条件下的DWTT剪切面积率达到不低于85%的要求。2014年,针对规划的陕京四线、新粤浙管道等提出X80钢级Φ1219mmx33mm钢板及直缝焊管的需求,该公司联合国内钢板企业成功开发出了项目所需的X80φ1219mm×33mm直缝埋弧焊管,各项性能指标满足标准要求,这也是目前国内最大壁厚的X80抗延性断裂直缝埋弧焊管。
为满足日益增长的天然气需求,我国在陆续建成了西气东输二线、三线等X80钢级、口径φ1219mm、单管年输气量300亿立方米的天然气管道的基础上,拟开发建设口径更大、输气量更大的天然气管道。2012年,中石油启动了第三代大输量管道用钢管的研发,其中X80φ1422mm钢管作为最具技术可行性的技术方案备受重视。国内钢铁企业、制管企业开始投入大量人力物力开展科研攻关,逐一攻克技术难关。2014年5月,中俄双方有关企业签署了总价值超过4000亿美元、年供气量380亿立方米、期限长达30年的中俄东线天然气购销合同。为满足年输气量380亿立方米的要求,我国在中俄东线上首次计划采用X80钢级Φ1422mm×25.7/30.8mm厚壁直缝埋弧焊管钢管。
与X80钢级ф1219mm管道相比,中俄东线钢管口径更大,壁厚更大。如西气东输二线二类地区采用的X80钢级ф1219mm直缝钢管壁厚为22mm,三类地区壁厚为26.4mm;中俄东线二类地区X80钢级ф1422mm直缝钢管壁厚增加到了25.7mm,三类地区壁厚增加到了30.8mm。无论从钢管管径还是壁厚,中俄东线均创我国管道之最,在世界管道史上都是一个标志性的工程,仅有俄罗斯已建的巴浦年柯沃-乌恰管道参数与中俄东线接近。管径、壁厚同时增加带来了技术方面的巨大挑战。板宽、板厚增加,使钢板制造过程轧制压缩比降低,影响晶粒细化效果;厚度增加后还会引起心部冷却速度降低以及厚度方向的冷却均匀性,这些都会对钢板的性能产生不利影响,尤其是要保证至少-15摄氏度下钢板的DWTT剪切面积达到平均值85%的要求难度更大。另外,板宽增加对板型控制,管径、壁厚的增加对钢管几何尺寸、焊接质量控制等,都面临巨大的挑战。经过国内钢铁企业、焊管企业的共同攻关,攻克了上述的关键技术,成功实现了中俄东线X80钢级ф1422mm×25.7/30.8mm宽厚板及直缝埋弧焊管和X80钢级ф1422mm×21.4mm/22mm热轧卷板及螺旋埋弧焊管的批量生产供货。尤其是X80钢级φ1422mmx30.8mm钢管,整体性能稳定性、合格率超出了预期。