鋼材在能源工業設施和裝備中發揮著至關重要的作用。近年來,JFE鋼鐵公司(以下簡稱JFE)順應世界能源需求增長的形勢,針對能源用鋼的特殊性質和極高的安全要求,開發了符合能源開采、運輸、生產和使用各階段的能源用鋼。
不同使用環境對鋼管性能要求各異
石油工業用鋼管(OCTG)。JFE的耐腐蝕石油用管獨具特色,其中一類是應用于CO2環境下的高強度高耐蝕性油井管,另一類是應用于H2S環境下的抗硫腐蝕油氣用管。JFE還銷售OCTG的優質管接頭。除API標準級鋼管外,JFE還生產高抗壓潰性油井用管和用于寒冷環境下的高低溫韌性油井管,可用作配管和套管。
JFE生產的高強度、高耐蝕性石油用管的鮮明特點是馬氏體不銹鋼系列鋼管。除常規的13%Cr鋼管外,該公司還提供一系列滿足各種服役環境要求的產品,如更高強度和耐蝕性的JFE-HP1-13CR鋼管、JFE-HP2-13CR鋼管和適用于傳統雙相不銹鋼使用環境的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度和高密封性。JFE開發出擁有自主知識產權的螺紋接頭FOX和JFEBEAR鋼種。為減少連接螺紋接頭時含有環境污染物潤滑劑的溢出,該公司還開發了“CLEARRUN”接頭潤滑系統。
輸油氣管線用鋼管。JFE有無縫鋼管、UOE鋼管和電焊鋼管生產線,形成了不同用途和規格鋼管的完整體系。
其管線鋼管產品包括遠距離大口徑輸送用高強度管線管、適用多震帶和永凍帶地區的高變形性鋼管HIPER、性能優于傳統電焊管的MightSeam焊管、適用腐蝕性環境的馬氏體不銹鋼管等。
目前,輸油氣管線的鋪設向環境惡劣的地域發展,對于在地震帶和不連續凍土帶鋪設的管線來說,必須具有足夠的變形能力,才能在地基發生變動導致管線變形時,不至于發生局部屈曲和環焊縫處斷裂事故。因此,JFE研究生產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展,X80級等高強度管線鋼管也要求實現厚壁化。為滿足管線鋼管進一步高強度化的要求,JFE于2002年在世界上率先進行商業化生產CSA690級高強度管線鋼管(CSA是加拿大標準協會,CSA690級相當于APIX100級)。2004年冬季,CSA690級高強度管線在加拿大北部極寒地區鋪設,顯示出該鋼管良好的母材性能、焊接區性能和焊接施工性。
目前,世界范圍內X100管線的應用尚存在局限性,但JFE正在努力開發有關的管線設計技術、應用技術和評價技術,X100管線的推廣應用值得期待。
輸油氣管線與油氣井的情況一樣,也有因為H2S的存在發生氫致裂紋的現象。為防止氫致裂紋的產生,他們采用對鋼中的S含量和硫化物進行特殊控制的抗硫腐蝕管線鋼管。鋼管的強度目前達到X65級,但該公司正在推進X70級等強度更高抗硫腐蝕管線鋼管的開發工作。
鑒于石油和天然氣的生產和運輸環境越來越惡劣,JFE大力開發管線電焊鋼管用材制造技術和焊縫的無損檢驗技術,并開發出管線用電焊鋼管新產品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、高韌性的特點進行管線設計。
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生裂紋。而馬氏體不銹鋼不僅具有優良的耐CO2腐蝕性,而且成本低于雙相馬氏體不銹鋼。在此背景下,JFE利用先進的煉鋼技術,通過調整添加元素的成分,降低C和N含量,開發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開發并生產出的鐵素體合金鋼管,具有優良的高溫強度、耐氧化性和焊接性能。
改良型9%Cr-1%Mo鋼管(T91/P91鋼管)。JFE利用曼內斯曼軋制工藝生產ASME(美國機械工程師學會)SA231和SA335標準規定的改良型9%Cr-1%Mo鋼管(T91/P91鋼管)。該類鋼管具有以下特點: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)。該鋼種的規范于2001年納入ASMESA213標準,牌號為T23。它是一種添加大量W的2.25%Cr-Nb-V鋼,具有很高的高溫強度和蠕變強度。JFE開發出低C、低Al、低N的T23鋼管,具有優秀的高溫強度、良好的焊接性和抗HAZ裂紋性能,應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)。高溫強度和蠕變強度優于T91/P91鋼管的T92/P92鋼管于2004年納入ASME標準。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。
鋼板生產追求高強度和安全性
高強度鋼板。高強度鋼板不僅用于建筑、橋梁、工業機械等領域,也用于能源設備。高強度鋼板的合理應用取決于對其強度級別、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開發出EWEL焊接技術。
低溫用鋼板。為保證嚴寒地區鉆井平臺和采油平臺的安全性,必須使用有嚴格低溫韌性要求的鋼板。鉆井平臺使用的是船級社標準中的DH36、EH36、FH36等高屈服點鋼,其中自升式鉆井平臺的樁腿及其周圍結構使用的是高抗拉強度鋼,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寒區域移動和鉆探,所以有時需要具有-60℃的低溫韌性。JFE開發出嚴寒地區平臺齒條和鋼索用JFE-HITEN780ML鋼。
在采油平臺方面,導管架式平臺、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(屈服點為355MPa和410MPa級)的TMCP(熱機械軋制)高強度鋼。這些鋼板的焊接接頭要求滿足應用環境溫度下的CTOD值(一種嚴格的斷裂機械規范)。
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對球罐用高強度鋼板的SSCC問題和含H2S天然氣輸送鋼管的HIC問題進行了積極的研究,開發出適用于H2S環境的抗氫致裂紋鋼板JFE-AH1和JFE-AH2。
不銹鋼復合鋼板。涂鍍鋼板是基材鋼板與不銹鋼鍍層鋼板的復合板。這種復合式鋼板既有結構鋼板的強度(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,復合鋼板廣泛用于壓力容器、船舶、海水淡化裝置等許多行業。
雖然復合鋼板的制造方法有很多,但JFE采用的是軋制方法。JFE的復合鋼板具有良好的接合性、穩定的性能、可制造寬幅長尺鋼板、尺寸精度高和交貨及時等優點。不銹鋼板和復合鋼板還用于水壩排水閘管道等,而且具有優良耐腐蝕性的復合鋼板廣泛應用于煉油設備。
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一直關注的課題。TMCP(熱機械軋制)可使造船用鋼板的抗拉強度和焊接性能得到大幅提高。JFE開發出新一代TMCP技術,即Super-OLAC,并將之投入到工業應用,現在該公司高強度船用鋼板都是利用這種技術制造的。
液化石油氣船儲倉的冷卻溫度達到-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具有優良的韌性。為了滿足這一需求,JFE開發出EWEL焊接技術,保證焊接熱影響區的優良韌性,已應用于許多液化石油氣(LPG)輪船。
原油運輸船的儲油倉底板有時會發生嚴重的點腐蝕。為此,JFE開發出原油運輸船用耐腐蝕鋼板JFE-SIP-OT。
反應堆安全殼用鋼板。在核電領域,反應堆的鋼制安全殼采用的是SGV480和高強度鋼SPV490,壓力容器使用的是特厚大單重的SQV2鋼。JFE以嚴格的質量管理制造出大量此類鋼板。