海底管線是海上油氣田開發生產系統的主要組成部分,是連續輸送大量油氣最快捷、最安全和最經濟可靠的運輸方式,已經成為廣泛用于海洋石油工業的一種有效運輸手段,被稱為海洋油氣生產系統中的“生命線”。自從1954年Brown & Root公司在美國墨西哥灣敷設世界上第一條海底管線以來的半個多世紀里,世界各國敷設的海底管線總長度已達十幾萬km,深度最大為3052米。我國海底管線技術還處于初級階段,與世界發達國家還有一定的差距,存在著不少技術難題。
海洋環境較陸地更為惡劣,相比陸地用管,海洋用管處于低溫、高壓、強腐蝕的工作環境,因此考慮到海洋管線服役環境的特殊性,對海底管線的強度、低溫韌性、抗壓性能、尺寸精度等指標都有嚴格的要求。針對海底管線敷設手段和使用環境的特殊性,海底管線設計時對管體的縱、橫向性能都提出了上下限要求,以更好地保證其等強性,同時海洋管材還要求有較好的塑性和一定的抗腐蝕性。
隨著海洋石油開采從近海向深海發展,鋼管需要有較大的承壓能力,因此,海底管線用鋼正向大壁厚高鋼級方向發展。目前,X65鋼管已普遍用于我國海底管線建設中,繼續開發適用于深海服役的高強度X70及以上級別厚壁海底管線用耐磨鋼管已成為趨勢。
高強度、高韌性、抗蝕性和易焊接是海底管線用鋼的基本要求,同時為滿足海底管線的施工安全和服役環境,要求管材縱、橫向強度的一致性和較高的塑性。高性能管線用耐磨鋼應以超低碳貝氏體或者超低碳針狀鐵素體組織為特征,使之在具有高強度、高韌性和良好焊接適應性的同時具有較高的抗動態撕裂性能。在煉鋼工藝上要求采用超低S和Ca處理等純凈鋼冶煉技術;在熱軋方面采用控制軋制和控制冷卻技術,以得到鋼質純凈、組織均勻的針狀鐵素體組織。
根據我國南海深海管線用鋼管技術條件,科研人員開發出了厚壁X70鋼級Φ765.2mm×31.8mm海底管線用耐磨鋼管。通過對鋼管進行檢測:鋼管管體縱向和橫向屈服強度≥550MPa,抗拉強度≥660MPa,屈強比最低達到0.81,焊縫抗拉強度達695MPa,均勻延伸率達到了7.6%,斷后延長率達到54%;在-20℃下管體沖擊功平均值為340J,焊接接頭沖擊功平均值最低為168J;在0℃下管體CTOD特征值δm最高達到0.688mm,焊接接頭最小為0.222mm,熱影響區最小為0.280mm。鋼管管體母材、熱影響區、焊縫部位的抗氫致開裂、硫化物應力腐蝕及鹽霧腐蝕性能良好。試驗結果表明研制的X70鋼管具有優良的強塑性、低溫韌性、斷裂韌性及耐腐蝕性能,適用于海洋服役環境的油氣輸送。