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1  不銹鋼在石油石化中的應(yīng)用

不銹鋼最為常用的分類是按照鋼的組織來分類，一般可分為鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。在石油石化應(yīng)用中主要以奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼以及雙相不銹鋼所占比例較大。

鐵素體不銹鋼一般Cr含量在13%-30%之間，C含量一般低于0.25%。一般來說，鐵素體不銹鋼的耐腐蝕性低于奧氏體不銹鋼及雙相鋼，但高于馬氏體不銹鋼。但由于其相比于其他不銹鋼生產(chǎn)成本低，因此，在化工和石油化工應(yīng)用領(lǐng)域中，對(duì)于耐腐蝕介質(zhì)和強(qiáng)度要求不高的領(lǐng)域應(yīng)用范圍較廣。

馬氏體不銹鋼一般Cr含量在13%-17%之間，C含量較高，在0.1%-0.7%之間，其具有較高的強(qiáng)度、硬度及耐磨性，但耐腐蝕性較低。其在石油石化領(lǐng)域主要應(yīng)用在腐蝕性介質(zhì)不強(qiáng)的環(huán)境中，如要求較高韌性和沖擊負(fù)荷的構(gòu)件，像汽輪機(jī)葉片，螺栓及其他相關(guān)的零部件等。

奧氏體不銹鋼Cr含量在17%-20%之間，Ni含量在8%-16%之間，C含量一般低于0.12%，主要通過添加Ni元素?cái)U(kuò)大奧氏體相變區(qū)域，從而在室溫下得到奧氏體組織。奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性、塑性、韌性、加工成型性能、焊接性能、低溫性能等相比其他不銹鋼都較為優(yōu)異，因此其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也最為廣泛，其使用量約占所有不銹鋼總量的70%左右。在石油石化領(lǐng)域中，對(duì)于強(qiáng)腐蝕介質(zhì)、低溫介質(zhì)中，奧氏體不銹鋼優(yōu)勢(shì)較大。

雙相不銹鋼是在單相不銹鋼的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，其Ni含量一般為奧氏體不銹鋼Ni含量的一半左右，降低了合金成本。奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和較高的綜合性能，它解決了鐵素體及馬氏體不銹鋼耐腐蝕性弱、奧氏體不銹鋼強(qiáng)度及耐磨性不足的缺點(diǎn)。在石油石化領(lǐng)域主要應(yīng)用于耐海水腐蝕的海洋石油平臺(tái)，酸性部件及設(shè)備，特別是耐點(diǎn)蝕的構(gòu)件之中。

沉淀強(qiáng)化不銹鋼主要通過沉淀強(qiáng)化機(jī)理來得到高強(qiáng)度性能，它同時(shí)犧牲了自身的耐腐蝕性能，因此在腐蝕介質(zhì)中應(yīng)用較少，一般應(yīng)用于石化機(jī)械開采等行業(yè)。

2  不銹鋼管在石油石化中的應(yīng)用

近20年來，不銹鋼鋼管無論是無縫管還是焊接管在生產(chǎn)技術(shù)水平上都有了較大的提高。國內(nèi)部分廠家生產(chǎn)的不銹鋼管已達(dá)到完全可以替代進(jìn)口產(chǎn)品的水平，實(shí)現(xiàn)了鋼管的國產(chǎn)化。

在石油石化中，不銹鋼管主要應(yīng)用于管道輸送系統(tǒng)，包括高壓爐管，配管，石油裂化管，流體輸送管，換熱管等。要求不銹鋼在濕、酸服役情況下要有良好的表現(xiàn)。

2.1  大口徑厚壁高壓臨氫用不銹鋼無縫管的應(yīng)用

為適應(yīng)加工低質(zhì)量原油和滿足環(huán)保的要求，國內(nèi)煉化企業(yè)不斷優(yōu)化煉油裝置處理結(jié)構(gòu)和調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，其中加氫裂化和加氫處理等高壓加氫裝置近年來發(fā)展較快，裝置的加工能力也在不斷提高。臨氫管道主要特點(diǎn)為直徑大，管壁厚。

對(duì)于高壓臨氫材料的選擇，由于其高溫高壓的工況，國內(nèi)外一般使用TP321/H、TP347/H等作為高壓臨氫管的選材，上述兩者不銹鋼材料，由于加入了Ti、Nb等穩(wěn)定化元素，具有較高的耐高溫腐蝕性能及高溫力學(xué)性能。

目前，國內(nèi)大口徑厚壁的臨氫管道主要采用熱穿孔+冷軋/冷拔的方式進(jìn)行制造生產(chǎn)。

采用熱穿孔+冷軋/冷拔制造的管材與其他方式制造的鋼管相比，具有表面好，尺寸精度高，管壁組織均勻的特點(diǎn)。

對(duì)于高壓臨氫鋼管，由于其工況介質(zhì)的特殊性，因此對(duì)于鋼管原材料的要求較高，因此設(shè)計(jì)院對(duì)于高壓臨氫管道的要求是：S≤0.015%，P≤0.030%，非金屬夾雜A、B、C、D類不高于1.5級(jí)。對(duì)于成品管要求進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)，人工對(duì)比缺陷不大于管材公稱壁厚的5%等。

2.2  低溫LNG用不銹鋼焊接鋼管的應(yīng)用

由于社會(huì)的發(fā)展，人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)提高，清潔能源越來越受到重視。LNG是一種清潔、高效的能源，在國民生產(chǎn)生活中扮演著重要的角色，因此LNG接收站，LNG運(yùn)輸船等如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。LNG是在常壓下將氣態(tài)的天然氣冷卻至-162℃，使之凝結(jié)成液體。因此，LNG輸送用的管道必須具有較高的低溫性能。

對(duì)于低溫LNG輸送管，國內(nèi)外多半采用超純凈、低碳、低硫、低磷的不銹鋼進(jìn)行制造。近幾年，雙牌號(hào)的不銹鋼很受LNG用戶歡迎，其中TP304/304L、TP316/316L等應(yīng)用尤為廣泛。雙證鋼不僅擁有了L級(jí)別的耐腐蝕性和低溫性能，同時(shí)又擁有較高的力學(xué)性能。

目前，國內(nèi)外主流的低溫LNG用焊接不銹鋼鋼管一般都是采用自動(dòng)機(jī)組焊接成型工藝、UOE成型工藝以及JCO成型工藝進(jìn)行加工。

自動(dòng)焊接機(jī)組是在壁厚不厚的情況下采用的一種快捷、高效、自動(dòng)化的焊管生產(chǎn)方式，目前，大部分采用排輥對(duì)板材進(jìn)行成型，然后在線進(jìn)行焊接、熱處理等，部分焊接機(jī)組還集成了板材在線超聲波、在線焊縫超聲波、焊縫自動(dòng)跟蹤技術(shù)等先進(jìn)工藝技術(shù)，能夠?yàn)闈M足LNG長(zhǎng)距離管線制造提供高效率的制造作業(yè)，減少制造廠家的生產(chǎn)期限。

UOE成型技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最多、最成熟、質(zhì)量最被認(rèn)可的一種低溫LNG焊管生產(chǎn)工藝，其主要的工藝技術(shù)已經(jīng)定型。

JCO成型工藝是近年來一種新鮮的成型工藝，這種成型技術(shù)是步進(jìn)式預(yù)彎和管體數(shù)控折彎的有機(jī)結(jié)合。

對(duì)于LNG不銹鋼焊接管，由于其使用環(huán)境是在-162℃的低溫環(huán)境中，因此對(duì)于LNG用管，必須要有較高的低溫沖擊性能。目前，大部分設(shè)計(jì)院、科研院所、制造廠商要求LNG用管的低溫沖擊性能不低于80J，側(cè)向膨脹量根據(jù)ASME B 31.3不低于0.38mm。

對(duì)于不銹鋼焊接管，焊縫作為管材的薄弱環(huán)節(jié)，焊縫質(zhì)量的高低直接影響管道乃至輸送管線的安全。焊接系數(shù)是評(píng)價(jià)焊縫質(zhì)量的重要因素之一，對(duì)于低溫LNG焊接管，焊接系數(shù)為Ej=1.0，焊接接頭必須為全焊透接頭。焊接接頭完成后，所有焊縫必須進(jìn)行100%射線檢驗(yàn)，焊縫必須沒有未焊透、無焊縫夾雜、無咬邊、無裂紋等缺陷，以保證低溫狀態(tài)下焊接接頭的穩(wěn)定性。

3  展望

石油管道是消耗不銹鋼管材的大頭，在石油行業(yè)的設(shè)備制造、采油、煉油以及運(yùn)輸中，不銹鋼管材扮演著重要的角色。近年來，國家加大了對(duì)石油資源的開發(fā)，同時(shí)作為全世界最大的石油凈進(jìn)口國家，隨著石油剛性需求的提升，與石油相關(guān)的產(chǎn)業(yè)將進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)不銹鋼管道的需求量也會(huì)繼續(xù)增加。2023年，中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)已出現(xiàn)回暖跡象，國內(nèi)不銹鋼管材龍頭企業(yè)紛紛加大了與中石油及中石化之間相關(guān)石油管道的合作，借以提升市場(chǎng)份額。同時(shí)國內(nèi)鋼管企業(yè)也紛紛與國外石油企業(yè)開展活動(dòng)，將中國不銹鋼管制造推向世界平臺(tái)。