一、國內(nèi)外ERW鋼管的技術(shù)發(fā)展進程

高頻焊管（ERW）是將熱軋卷板經(jīng)過成型機成型后，利用高頻電流的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使管坯邊緣加熱熔化，在擠壓輥的作用下進行壓力焊接來實現(xiàn)生產(chǎn)的。高頻電阻焊方法50年代開始應(yīng)用于焊管生產(chǎn)。近十年來，其生產(chǎn)技術(shù)日趨完善，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。 先是ERW生產(chǎn)所用原料的質(zhì)量有了明顯的改觀，鋼材成份設(shè)計中的低C，低P、S，微合金化；冶煉過程中的轉(zhuǎn)爐冶煉、鋼包精煉、真空脫氣、連鑄等新技術(shù)的采用；軋制過程中控制軋制、控制冷卻技術(shù)的使用使得大中口徑ERW鋼管用熱軋鋼帶的外觀尺寸、外觀質(zhì)量、理化性能大幅度提高。其次是大中口徑ERW鋼管成型焊接熱處理等工序生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了計算機自動控制，高頻焊接過程中熱輸入能量隨著計算機的自動補償系統(tǒng)得到了有效的控制，防止了焊接熱輸入能量偏低造成的冷焊、虛焊和熱輸入能量偏高而引起的過燒。中頻熱處理溫度的控制使得熱處理過程能夠按工藝要求達到 佳效果，有效的保證了焊縫和熱影響區(qū)的質(zhì)量。此外，檢測技術(shù)的進步，實現(xiàn)了在線或離線全焊縫超聲波或渦流探險傷，水壓試驗也可以在計算機的監(jiān)控下，按要求進行試壓和穩(wěn)壓。ISO9000系列標準和APIQ1規(guī)范的推廣和實施，使得大中口徑ERW鋼管生產(chǎn)、檢驗、銷售和服務(wù)處于一個全過程的質(zhì)量保證之中。近年來，各國都在積極研究用高頻焊管（ERW）鋼管代替無縫管和螺旋焊管，在工業(yè)發(fā)達國家，直徑高頻焊管在Ф610mm以下，ERW所占比例已達到70%左右。 

二、ERW與SAW、SML各項性能技術(shù)指標的對比

 1、ERW與SAW的對比

 （1）由于SAW焊縫長度大約是ERW焊縫長度的4-5倍，其內(nèi)焊瘤無工藝能力去除，因此在輸送介質(zhì)時不可避免地增加了管道內(nèi)壁的摩阻。而ERW焊縫長度短，內(nèi)焊瘤能去除，介質(zhì)在管道內(nèi)流動時，管道內(nèi)壁產(chǎn)生的摩阻相對螺旋縫埋弧焊鋼管來說比較小，這對減少成品油輸送時產(chǎn)生的混油量和降低摩阻產(chǎn)生的溫升非常有利。

（2）根據(jù)殘余應(yīng)力測定結(jié)果表明，ERW焊管周向成型內(nèi)應(yīng)力較小，對于管材是有利的。對于SAW焊管，由于其焊縫區(qū)大，焊縫內(nèi)應(yīng)力有拉也有壓，應(yīng)力狀態(tài)比ERW管復(fù)雜，這與螺旋焊管的成型工藝有關(guān)。內(nèi)表面為彈復(fù)拉應(yīng)力，軸向應(yīng)力為+450Mpa，周向應(yīng)力為+344 Mpa，這種在焊縫及熱影響區(qū)內(nèi)壁的大范圍的拉應(yīng)力將對內(nèi)壁缺陷的啟裂和應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生不利的影響。

（3）由于SAW焊縫長度大約是高頻直縫管焊縫長度的4-5倍，成品管焊縫處理的防腐處理比較困難；ERW鋼管具有焊縫短（與螺旋縫鋼管相比），鋼管壁厚均勻、長度穩(wěn)定、幾何尺寸精度高、防腐及組裝焊接的質(zhì)量易保證。

2、ERW與SML的對比

（1）優(yōu)越的管坯質(zhì)量

高頻焊管鋼管的管坯與SML鋼管的管坯相比化學成份的設(shè)計更為科學合理。

ERW專用鋼種具有高純凈度的特點。通過脫S，脫P，脫氣，Ca處理等方法使得S、P含量可控制在0.005%以下，N含量可控制在0.008%以下，夾雜物的形態(tài)可控制為球狀，且其數(shù)量大為降低。C含量控制在0.1%以下，使得焊接包括施工過程的環(huán)焊具有好的焊接性能，而強度的增加則通過加入Nb、V、Ti等微量合金元素，來阻止奧氏體晶粒的長大，同時增加間隙強化來提高鋼材的韌性與強度。而SML鋼管的管坯一般為A3、20號鋼、16Mh等材質(zhì)，材料的純凈度較差，C含量較高，一般在0.2%左右，不利于施工中的環(huán)焊對接，強度尚可，但韌性較差。

ERW鋼管管坯與SML鋼管管坯的另一大區(qū)別是：前者是用熱軋鋼帶冷軋成型制造的，而后者則是園鋼在熱軋狀態(tài)下由穿孔成型的。顯然，熱軋狀態(tài)下形成的SML管坯的晶粒度及組織的織密程度與ERW管坯相比有較大的差距，由此可引起的性能必然也有很大的不同。

（2）幾何尺寸的優(yōu)勢

無論從資料對比，還是資料中實測數(shù)據(jù)對比，ERW鋼管都比SML的尺寸精度高。這是由于無縫管是園鋼在熱軋機組中連續(xù)穿孔成型的，而ERW鋼管則是由鋼帶在冷軋狀態(tài)下成型的。相比之下，ERW在外觀尺寸方面的控制比SML更容易實施。正因為如此，ERW鋼管的外觀質(zhì)量缺陷較少，外觀質(zhì)量也優(yōu)于SML鋼管。

此外，由于電腦飛鋸的使用，高頻焊管的定尺率及定尺長度的精度較高。由于高頻焊管是用軋制精度較高的熱軋鋼帶制造，其厚度容易控制，可按設(shè)計要求生產(chǎn)壁厚較薄而鋼級較高的鋼管。如西氣東輸工程用管，經(jīng)過幾次反復(fù)論證，現(xiàn)基本確定用X70鋼級，壁厚在14.7mm、Ф1016mm鋼管，鋼級提高，壁厚下降，相對降低工程投資，大約50億元左右。而無縫管的壁厚往往受到穿孔技術(shù)和生產(chǎn)成本的限制，薄壁鋼管難度很高。

（3）ERW與SML標準的比較

流體輸送用一般無縫熱軋鋼管，標準為GB8163-87，其規(guī)格為：外徑Ф32-630mm，壁厚為2.5-75mm，鋼號為10，20，09MnV，16M n。美國石油協(xié)會API 5L（41）標準適用于石油天然氣輸送用鋼管，包括焊管和無縫管，其規(guī)格為外徑Ф10.3―2032.0mm，壁厚為1.7- 31.8mm，鋼號為A25，A ，B ，X42，X46，X52，X56，X60，X65，X70，X80與之標準相類似的有ISO3183-96系列標準和97年11月發(fā)布，98年4月開始實施的GB/T9711-97系列標準。鑒于ISO、GB/T標準均源于API 5L（41）標準。因此將GB8163-87與API 5L（41）作以對比。

兩個標準的要求有以下特點：

1）GB8163-87中規(guī)定的檢驗項目，API 5L（41）亦有相應(yīng)要求，其指標完成能夠滿足這些項目的要求。GB8163-87中的10、20、09MnV和16Mn分別相當于API 5L（41）中的A、B級，X42級，X46級，X52級。

2）GB8163-87中的鋼管的幾何尺寸精度要求低于API 5L（41）。

3）GB8163-87和API 5L（41）對水壓的要求程度有很大不同，前者明文規(guī)定可以用超聲波或渦流代替水壓，而后者則不然。這一點極為關(guān)鍵，因為水壓檢驗是鋼管極為重要的檢驗項目之一。并且，前者水壓試驗值的規(guī)定低于后者的要求，對于X42以下級別，ERW管標準水壓試驗值在不大于Φ114.3mm時與GB8163-87一致；大于Φ114.3mm外徑時，分別比無縫管要求高于15%和25%。 對于打壓時的要苛刻，它要求水壓機必須配備某種自動或連鎖的強制性裝置，記錄保壓曲線，保證穩(wěn)壓時間。

4）GB8163-87與API 5L（41）在無損檢測方面的要求有很大的不同，前者檢驗項目中并沒有明確規(guī)定須經(jīng)無損檢測，只是在水壓檢驗項目下提到過用無損檢驗代替水壓的說法；而后者則要求水壓與無損檢驗項目同時進行。筆者認為，后者的規(guī)定更為科學和可靠，實踐證明，無論ERW還是SML鋼管，水壓通過未必就說明管子沒有內(nèi)在的嚴重缺陷，而這種缺陷往往對鋼管使用的壽命有很大的影響，成為客戶關(guān)心的重點。另外，水壓時的管端肓區(qū)也是缺陷的高發(fā)地帶。因此，API 5L（41）不僅同時要求水壓和無損檢驗，而且要求在水壓后對焊縫和管端肓區(qū)進行無損檢測，以防止由于水壓受力而引起的裂紋或缺陷擴展及管端缺陷漏檢。

5）壓扁試驗從標準規(guī)定看，GB8163-87比API 5L（41）苛刻，而實際上ERW鋼管的焊縫和母材的強韌匹配使得其在壓合時往往不發(fā)生開裂，因此，ERW鋼管的抗壓扁性能并不比無縫管差。

（4）ERW與SML鋼管實物質(zhì)量對比。

經(jīng)西安管材研究所和上海市技術(shù)監(jiān)督局黑色金屬檢驗站的質(zhì)量檢測，這里取兩個規(guī)定B級Φ219×8.18和X52級Φ323.9×6.4，及所收集到的國產(chǎn)TS/52KΦ219×6ERW管、國產(chǎn)20鋼（相當于API B級或X42級）Φ159×6、墨西哥產(chǎn)ST45（相當于API X52級）Φ219×6無縫管的測試數(shù)據(jù)對其化學成份、拉伸性能、壓扁性能、沖擊韌性、外觀質(zhì)量進行分類比較。

五種鋼管的成份全部滿足API 5L（41）和GB8163-87之要求。ERW的成份設(shè)計是低C高Mn，而SML則是高C低Mn，顯然前者的可焊性比后者更好，這對現(xiàn)場施工中環(huán)焊縫的焊接更為有利，同時ERW的鋼質(zhì)比SML有更高的純凈度。

2、機械性能

1）拉伸性能均滿足API 5L（41）和GB8163-87標準要求，且ERW和SML的抗拉伸性能相當。

2）從沖擊性能可以明顯發(fā)現(xiàn)，ERW鋼管的韌性優(yōu)于SML，特別是在低溫條件下更甚。

3）壓扁性能表明，三個ERW鋼管壓合時均未出現(xiàn)裂紋，而20鋼無縫鋼管出現(xiàn)微裂紋，另一未裂，說明ERW鋼管抗壓扁性能較優(yōu)。

3、外觀尺寸工藝質(zhì)量                           

1）外觀尺寸和工藝質(zhì)量均符合兩個標準要求。

2）從產(chǎn)品實物測量結(jié)果看，ERW的外觀幾何尺寸和外表工藝質(zhì)量大大優(yōu)于SML鋼管。

三、ERW與SML鋼管在價格上的比較

由于生產(chǎn)工藝先進和生產(chǎn)效率較高，ERW鋼管生產(chǎn)成本要比無縫鋼管低得多。在一般情況下ERW鋼管每噸價格要比相同材質(zhì)的無縫管低600-800元左右。以普鋼ERW鋼管為例，如Q235A、B或SS400，12”，323.9×8，每噸含稅價在3500-3600元左右；又如管線鋼系列，X42，12”，323.9×8，每噸含稅價在4000-4100元左右，都比同類SML鋼管價格上低得多。

四、ERW鋼管適應(yīng)溫度范圍問題的討論

ERW直縫高頻焊管按API-5L標準或按GB/T 9711.1-1997標準，這些標準沒有特別說明ERW焊管適應(yīng)溫度范圍，茲討論如下：

1、關(guān)于ERW焊管適應(yīng)高溫區(qū)范圍：國外在高溫高壓下也用有縫管。直縫鋼管與無縫管都是金屬制品，如日本標準ISO只認定標準，不分有縫與無縫。

   溫度對金屬變形的影響：在高溫下，金屬抵抗塑性變形的能力，一般都比低溫時小，因此，溫度愈高，金屬的強度和硬度愈低，塑性和韌性愈高。

    從金相學來看，金屬熱加工還是冷加工的溫度界限，是以再結(jié)晶溫度來區(qū)分的。凡是高于再結(jié)晶溫度進行的壓力加工叫熱加工，低于再結(jié)晶溫度進行的壓力加工叫冷加工。鋼鐵要在600-700℃時加工，才算熱加工，400℃時加工，還是冷加工。

 溫度對金屬強度的影響：

① 國內(nèi)有的文獻指出：“400℃以下管材的許用應(yīng)力值是以材料屈服極限、比例極限為基礎(chǔ)。長時間處于400℃以上高溫時（如：35kg/cm2蒸汽）的管道，由于產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象顯著，許用應(yīng)力是以蠕變強度為基礎(chǔ)。各種規(guī)范的許用應(yīng)力值都是以此為基礎(chǔ)制定的?！盵2]

從金屬熱處理一般知識可知：

② 當溫度為200℃時，碳鋼的屈服限非但沒有降低，相反略有增加，所以，碳鋼本體在250℃以下高溫工作時，可以不必考慮溫度對靜強度的影響。

③ 溫度對于疲勞強度的影響

碳鋼在350℃―400℃的高溫度下，疲勞強度非但沒有降低，反而上升。

從以上分析說明，國外高溫高壓條件下仍用有縫管是有科學依據(jù)的。

國家有關(guān)標準的規(guī)定：

① 中華人民共和國國家標準GB150―1998《鋼制壓力容器》4.2.3條“關(guān)于碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板的適用范圍規(guī)定” 如下：

Q235―A鋼板：容器設(shè)計壓力P≤1.0Mpa，鋼板使用溫度為0―350℃，用于殼體時，鋼板厚度不大于16mm。

② 中華人民共和國電力行業(yè)標準DL/T 5054―1996《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定》

20G鋼管，若要求使用壽命不超過20年，使用溫度可提高至450℃，但使用期間應(yīng)加強金屬監(jiān)督。

關(guān)于管線鋼材料的ERW鋼管可以參考有關(guān)合金鋼管的溫度范圍。

2、關(guān)于ERW焊管適應(yīng)低溫范圍：

   從各國ERW管的生產(chǎn)情況來看，除具有生產(chǎn)率高、成本低、尺寸精度高之外，其焊縫的抗拉強度、延伸率、斷面收縮率、彎曲試驗、常溫沖擊韌性值等均能滿足有關(guān)規(guī)范的要求。但也有不少廠家生產(chǎn)的ERW鋼管的焊縫低溫韌性較差，從而限制了在低溫狀態(tài)下使用。

我國曾對由國外引進某廠材質(zhì)為X46的Φ355.6 ERW鋼管進行了測試。

   解決ERW鋼管焊縫低溫韌性偏低的途徑：

日本NKK制管廠生產(chǎn)X65級鋼管焊縫FATT值，SA=50%時，F(xiàn)ATT達-65℃；SA=80%時，F(xiàn)ATT達-45℃。可以滿足輸送丙烯（-48℃）及丙烷（-42℃）的要求。

   優(yōu)選母材FATT值：它們的做法是：對用于生產(chǎn)ERW鋼管的原料，進行特殊脫S及Ca處理精練，從而得到純凈的具有低溫韌性良好的材質(zhì)。

母材的FATT值很低，雖然ERW管的焊縫超前于母材進入脆性區(qū)，但因母材的FATT值很低，故焊縫的FATT值雖比母材的高，但仍能滿足設(shè)計要求。當然這一切取決于用戶或設(shè)計的要求，如 低設(shè)計溫度較高，則焊縫的FATT值可與之相對應(yīng)，從而對母材不必有過低的FATT值要求。

降低母材FATT值的措施如前所述，系采取特殊的脫S處理和Ca處理。從NKK的ERW管試樣分析看，其S含量僅為0.001%，API 5L要求不大于0.050%，比規(guī)范要求低50倍；其P含量為0.005%，API 5L要求為不大于0.040%，比規(guī)范低8倍，但加入Nb等元素，Ca處理后，Ca含量為0.003%～0.0032%。

 優(yōu)化電阻焊工藝：

熱輸入量、焊接速度、焊縫開口角等各因素均與焊縫處的低溫韌性有關(guān)，在這方面曾有人做過大量有益的工作。焊口兩側(cè)焊接面在成型過程中，相互靠近的速度應(yīng)與由于金屬融化而使焊口兩個側(cè)面分開的速度相近，如前者速度大則會出現(xiàn)冷焊，如后者速度大則會有較多異物侵入而造成FATT值上升，有文獻推薦焊縫開口角以5～6°為佳，焊接速度以20m/min為好，具體情況應(yīng)具體分析，相信經(jīng)過多次試驗后可找出 佳焊接工藝，從而提高焊縫的低溫韌性。

 改善退（正）火處理工藝：

除退（正）火工藝外，熱處理位置應(yīng)與焊縫對中。如前所述，我們由國外某廠引進的幾種規(guī)格的ERW鋼管中，金相分析發(fā)現(xiàn)，某些試樣有焊后熱處理偏離焊縫熔合區(qū)的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象肯定會對焊縫韌性有一定影響。有些試樣偏離量達5mm左右。

五、油氣儲運工程應(yīng)推廣使用ERW鋼管

石化企業(yè)中油品儲運系統(tǒng)的生產(chǎn)操作條件與生產(chǎn)裝置相比，相對“溫和”得多。其工作壓力一般在2.5Mpa以下，個別情況可達4.0 Mpa；工作溫度一般在100OC以下， 高不超過180 OC，只有在用1.0

Mpa蒸汽吹掃時，溫度 高可達250 OC左右。各種油品一般無腐蝕或只有輕微腐蝕。油品儲運生產(chǎn)操作如油品裝卸、調(diào)和、輸轉(zhuǎn)等一般均為間斷腐蝕。油品儲運生產(chǎn)操作如油品裝卸、調(diào)和、輸轉(zhuǎn)等一般均為間斷操作，只有少數(shù)給生產(chǎn)裝置供原料的機泵為連續(xù)操作。

石化企業(yè)油品儲運系統(tǒng)的管材選用目前均按照行業(yè)標準《石油化工企業(yè)管道設(shè)計器材選取用通則》（SH3059-94）。該規(guī)范中對電阻焊碳鋼直縫鋼管（ERW鋼管）的選用規(guī)定：經(jīng)冷擴擴脹率不超過1.5%外徑的產(chǎn)品，宜用于設(shè)計溫度不超過200 OC的管道，未經(jīng)冷擴的鋼管可用于設(shè)計溫度不超過425 OC的管道。由此可以看出，在油品儲運系統(tǒng)中可選用ERW鋼管。但在實際設(shè)計工作中，各設(shè)計單位都有更具體的管材選用規(guī)定和一些習慣的做法。

由于歷史條件的限制，在七八十年代國內(nèi)尚無ERW鋼管，只有能用于低壓流體（如水、壓縮空氣等）的高頻電阻焊鋼管，即按國標《低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管》（GB3091）和《低壓流體輸送用焊接鋼管》（GB3092）生產(chǎn)的焊接鋼管。還有按行業(yè)標準《承壓流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管》（SY5036）和《承壓流體輸送用螺旋縫高頻焊管》（SY5038）生產(chǎn)的螺旋焊縫鋼管。這種鋼管一般只能用在設(shè)計壓力不超過1.0Mpa的無毒介質(zhì)管道。因此一般在油品儲運系統(tǒng)設(shè)計中，不管實際生產(chǎn)操作條件如何，只能選用無縫鋼管。長期以來各單位的具體管材選用規(guī)定中，均規(guī)定在一般情況下選用無縫鋼管，只有在DN≥350時，可選用螺旋縫埋弧焊鋼管（其主要原因是大口徑無縫鋼管當時需進口，價格昂貴）。有時為了與生產(chǎn)裝置選材一致，在油品儲運系統(tǒng)中也要求選取用無縫鋼管。

從90年代起我國陸續(xù)從國外引進了ERW鋼管的生產(chǎn)技術(shù)裝備，已可生產(chǎn)DN80-300的ERW鋼管，年產(chǎn)量可達上百萬噸?？砂?a href='http://excelonlinenow.com/N-110.html' title='API' target='_blank'>API、ASTM、GB/T等標準生產(chǎn)。雖然這些直縫鋼管的價格比無縫鋼管要低得多，也能適應(yīng)石化企業(yè)中很多生產(chǎn)場合，但由于種種原因這些產(chǎn)品尚未在中石油和中石化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

對于長輸管道的建設(shè)而言，管材及制管方式的選擇是極其重要的，它不僅影響管道工程的施工工藝和施工質(zhì)量，還會影響到今后管線的安全運營與管理，更會對整個工程的投資產(chǎn)生巨大影響（在長輸管線的整個工程投資中，管材的投資一般占到50%-65%左右）。

高頻焊管在世界歷史上，八十年代已趨向于成熟和完善，國內(nèi)九十年代大量引進國外先進技術(shù)，而得到推廣，不僅在理論上而且在實踐上都能說明高頻焊管在油氣儲運領(lǐng)域中輸送質(zhì)量的可靠性、安全性及降低管道建設(shè)投資。在今后的油氣儲運工程和管道建設(shè)中要打破設(shè)計中沿襲的陳舊習慣，大力推廣使用高頻焊管，是中國焊管現(xiàn)貨相對樂觀。

 

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