能源工业(石油、天然气、电力、煤炭)、装备制造工业、化工、交通运输、建筑业中的钢结构等下游行业的市场对中高档焊管产品仍然需求旺盛。表6为管线管近8年来需求量。【1】
表62003-2010年规划各类管线消耗管材汇总
序号类别
规格/mm
钢级
管道重量/万t
UOE管
ERW管
合计
1
天然气管线
φ273-φ1422
X52-X80
504.7
60.4
565.1
2
原油管线
φ406-φ914
X65-X70
44.0
4.0
166.3
3
成品油管线
φ406-φ508
X52-X70
18.0
18.0
53.4
4
水煤浆管线
φ457-φ820
X52-X70
20.0
100.7
5
其他管线
φ168-φ1220
1.0
0.5
5.3
6
天然气城市管网
φ114-φ700
X52-X65
319.1
1867.6
2186.7
7
平均每年
120.9
260.0
410.3
8
天然气西气东输二期
φ273-φ1219
X70-X80
580.0
580.0
9
川气东送
φ273-φ1016
X70
50.0
50.0
10
平均每年总计
☆246.9
260.0
536.3
注：①资料由石油规划院、华北市政设计院等提供；②天然气与原油管线仅计算中国境内；③中咨公司根据项目规划、可研报告计算数据，仅供参考；④第7项年平均数为总计数/7.5；⑤☆其中螺旋管为100万t左右。
中美两国石油资源的条件近似，但美国打井190万口，我国才23万口，相差8倍；美国采油232亿吨，我国才采出38亿吨，相差6倍。这一对比，说明我国打井的力度和潜力还很大。在石油工业用钢总量中油井管约占40%。
对其套管消耗量分析，φ273-φ508(10-3/4〃～20〃)的表层套管约占10-15%，基本上都是J55钢级；φ177.8～φ244.5(7〃～9-5/8〃)的技术套管约占20-25%，以J55、N80钢级较多；φ114.3-φ168.3(4-1/2〃～6-5/8〃)的油层套管所占比例最大，约占40-45%，以N80、P110为主。其次是J55、C90、L80等钢级；φ60.3-φ114.3(2-3/8〃～4-1/2〃)油管约占20-25%，从钢级来看N80的消耗量约60%，其余是P110、J55、T90等钢级。
最近这一、二年统计，我国生产的焊管套管量约占套管总量13-15%，焊管套管产量约40-45万吨/年。
据预测，“十一五”期间油井管和管线管用量之和约3800×104吨。
关于“十一五”期间，电力、煤炭、机械、钢结构化工等下游行业用钢管情况，见文献【2】，兹不赘述。
在目前原燃料涨价的情况下，靠产量赚钱的空间越来越小，靠技术附加值盈利的机遇越来越多。以提高产品质量为中心，加快提高自主创新能力，由低附加值的规模竞争转向高附加值的质量竞争，是焊管企业转变发展方式的重要途径。
从分散发展转向联合重组，提高可持续发展能力
一般来说，焊管企业较多、较小、较分散，尤其是ERW焊管企业这种现象较为突出。往往在同一个地区，像天津、像无锡，焊管企业数量众多，规模较小，装备较落后，产品雷同。一些污染物排放和耗水量远远超出环境总容量的企业，靠单个企业苦苦挣扎，很难改变面貌。而有些规模较大的强势企业，在原地继续发展受到环境总容量、资源、运输条件的约束，也不符合科学发展观的要求。因此，联合重组是焊管企业落实科学发展观的重要选择。
这方面，中石油焊管业带了个好头，由宝鸡石油钢管厂牵头，兼并重组了四川资阳钢管厂、辽阳钢管厂，又将和青县石油机械厂所属的巨龙钢管公司、华油钢管公司等联合重组，为焊管企业组成强势集团拉开了序幕。应当说，企业联合重组刚开始时还要靠行政力量来推动，当然最终还是靠市场规律来完善，在联合中实现双赢。
4、战略转折时期从战术上来看焊管发展的若干技术细节问题
发展战略的方向既定之后，细节决定成败。在这里，重点展开有关焊管发展的若干技术细节问题。
4.1螺旋焊管发展的技术问题
对螺旋焊管的发展方向一直存在争议，至今余波渐息。关于“以螺旋焊管为主的技术路线”的提法不再见诸于报刊。恰如其分地确定螺旋焊管的市场定位逐渐明朗，这就是首先肯定螺旋焊管主要有两大优势：一是可以用较窄的热带为原料，因而其管径范围不再受到原料板宽的限制；二是由于螺旋线在理论上对输气管线的止裂性能有帮助。其受到应用的局限性主要有4点：①存在较复杂的残余应力以及分布和量值大小变化较大【3】，如果没有全管扩径功能，不易完全消除残余应力；②从基于应变的设计理念来看，螺旋焊管抗大变形能力要弱一些；③受到壁厚的限制，一般壁厚S≤18mm；④受到钢级的限制，一般超高强度钢级X100和X120的开发仅限于直缝埋弧焊管。因此，对螺旋焊管的使用，应当扬长避短，它特别适用制作大口径例如≥φ2000mm输水管线等；适用于打桩管线、混凝管柱等；适用于一类及部分二类地区天然气输送管线。(加拿大、美国和俄罗斯等也是应用于一类地区。)宝鸡石油钢管厂、青县华油钢管公司等6家石油螺旋焊管企业为西气东输工程作出了巨大贡献。支持和鼓励螺旋焊管企业发展管线管产品。
从管型上来看，我国螺旋焊管的发展方向，主要是技术改造，开发预精焊及全管扩径工艺，使螺旋焊管的质量更上一层楼。
4.2直缝埋弧焊管是我国埋弧(SAW)焊管的发展方向
我国埋弧焊管(SAW)应以直缝埋弧焊管(LSAW)为发展方向，目前LSAW主要机型有UOE、JCOE、HME等成型方式。一般来说，UOE钢管在焊管市场上以质量稳定、可靠性高而著称，成为LSAW钢管在输气管线上应用最多的钢管。UOE钢管在几何精度和力学性能等方面明显优于螺旋焊管，成型工艺在生产率和工艺性能方面优于RBE钢管、JCOE钢管等其它直缝焊管生产工艺。它与其它种类焊管比较，承压较高，而且具有良好的低温韧性，是海底管线、矿场集输干线、大口径输气管线及穿越工业交通密集地区、多河流地段、大落差地段和地震区等复杂地质段管线的首选对象。【3】这里讲的UOE钢管是指现代化机组的产品。
由于UOE设备庞大、投资昂贵，因此简化UOE使之演变为JCOE机组，投资较少，易于为中型企业所接受，近年来发展很快，最近在我国又新建设了秦皇岛、南京等地多个机组。前些年河北青县巨龙钢管公司等JCOE机组为西气东输工程作出了巨大贡献。国内有的民营企业(无锡玉龙钢管公司、番禺珠江钢管公司等)由本公司自己工艺设计、国内制造JCOE设备，这两条生产线于2007年下半年试制LSAW钢管初步成功，在国产化道路迈出了可喜的一步。
直缝埋弧焊管在向高钢级方向发展，已开发出X80,X100钢级LSAW的产品，我国直缝埋弧焊管的制造水平在向国际先进水平靠拢。现在的发展趋势，已经奠定了直缝埋弧焊管在我国埋弧焊管业的“龙头老大”的地位，再也不是“只能作螺旋焊管的补充”的陪衬角色了。随着钢级向X120进军，我国直缝埋弧焊管必将日益崭露头角。
4.3ERW焊管发展的方向
国内焊管机组的设计产能很高，经有关部门调研，目前除宝钢ERW610机组2007年产量达到20万吨以外，国内几乎很少有钢管企业的实际产量接近设计产能，平均只有70%左右。ERW中小生产线虽多，但低档次产品占大多数，这些焊管生产线的设备装备不全，水平不高，技术力量薄弱，生产的焊管按国家标准检验合格率不高。与国外先进水平相比存在较大差距，见表7和表8。【4】
经对比可以看出几点差异：①国内ERW钢管厂的产品合格率低；②日本钢管厂产品不合格的原因单纯，基本为超声波探伤不合格；国内ERW钢管厂产品不合格的原因多样，但主要集中在内毛刺刮除不合格(剩余内毛刺超高或内毛刺刮除过深形成刮槽)、性能(主要为焊缝冲击韧性)不合格、焊缝超声波探伤不合格；③国内ERW钢管存在焊缝冲击韧性不合格的产品，且焊缝冲击功的最低值很小。
因此，ERW焊管发展的方向在于由低档次向高档产品晋级。
表7国内某厂X52钢级、φ323.9mm×6.4mmERW钢管夏比冲击试验数据
项目母材
焊缝
热影响区
冲击功/J
剪切面积/%
冲击功/J
剪切面积/%
冲击功/J
剪切面积/%
单个值
平均值
单个值
平均值
单个值
平均值
单个值
平均值
单个值
平均值
单个值
平均值
最大值
232
230
100
100
256
224
100
100
268
250
100
100
最小值
40
58
30
55
14
34
10
25
26
52
15
40
平均值
150
99
138
83
170
94
规范要求(-10℃)
≥28
≥40
≥70
≥85
≥18
≥30
≥30
≥40
≥18
≥30
≥30
≥40
注：原工厂冲击试验采用的是5mm×10mm×55mm试样，表中的数据是换算成10mm×10mm×55mm试样的结果(原始数据×2)；试验温度为-10℃。
表8日本某厂X60钢级、φ610mm×11.9mmERW钢管夏比冲击试验数据
项目母材
焊缝
热影响区
冲击功/J
剪切面积/%
冲击功/J
剪切面积/%
冲击功/J
剪切面积/%
单个值
平均值
单个值
平均值
单个值
平均值
单个值
平均值
单个值
平均值
单个值
平均值
数据样本数
114
38
114
38
114
38
114
38
38
38
38
38
最大值
451
447.9
100.0
100.0
462.7
431.7
100.0
100.0
462.7
459.2
100
100
最小值
174
205.5
80.0
88.0
41.0
58.8
34.0
43.0
424.8
427.7
100
100
平均值
350.1
97.7
175.7
66.7
446.7
100
标准偏差STDEV
95.6
72.7
4.5
3.2
116.8
106.7
19.0
17.1
6.8
6.3
0
0
规范要求(-20℃)
≥45
≥60
≥70
≥85
≥35
≥45
≥30
≥40
≥35
≥45
≥30
≥40
注：试验温度为-20℃，试样尺寸10mm×10mm×55mm。
通过前一个时期，我国引进国外ERW先进技术以及国内建设和生产的情况，有如下一些经验可以值得研究。
①关于产品大纲
目前ERW机组在确定产品大纲时，往往不太切合实际，致使机组产能虽设计较大，但是有些规格、品种长期搁置不予生产。例如，国内ERWφ610-φ630机组往往都考虑了生产大口径方矩形管，实际上，多数此类厂家虽具有这个能力(机组定径机架次增多，全套方矩形孔型轧辊都配齐)，但是因为市场原因而都未能生产，造成产能放空，并使基本建设投资很大浪费；
在产品大纲中，ERWφ610机组(φ630机组)设置圆管规格时都是下限到φ219mm，而实际上，因φ610(630)机组生产≤φ273规格产品在成本上不合算，这几种小规格产品都不生产也造成投资浪费。
因此，在新建ERWφ610(φ630)机组时，在当以生产圆管产品为主时，一般不予考虑方矩形管产品，也不考虑≤φ273产品，这样不仅节省大量因此而设置的轧辊，而且可以在飞锯选型时，可以不考虑铣切式飞锯，这个问题，下面再详述。在新建ERW≤φ355机组时，同样有这种情况，是否设置方矩形管产品，要慎重研究，不要进入“大而全、小而全”的误区。
②关于高中频设备的配置
ERW机组生产时，主要能耗是来自电能，因此，选择高、中频的功率大小是关键之一。首先应当考虑感应焊和接触焊双功能焊机。这里在国内存在一个比较大的认识上的误区，就是认为接触焊不宜生产高档产品。实际上，国外例如日本、韩国、加拿大、澳大利亚、南非和沙特等国都是用接触焊方式生产API管，都不存在所谓质量有问题。国内有一种习惯势力阻碍ERW采用接触焊方式。列宁曾经说过，千百万人的习惯势力是可怕的势力。所以，我们一定要克服理念上的阻碍，大力推广接触焊方式，因为接触焊所消耗的功率是感应焊的一半，而且焊速可以提高1/2-1/3，对节能和提高生产率有重大的意义。国内宝鸡钢管公司长期以来用接触焊方式生产API管，目前宝钢等ERW610机组也在开发接触焊工艺。
在节能方面，固态高频焊机有很大优势，国内都在开发这种产品，而且取得了很大的进步。但是，同国外先进设备来比较，还是存在一定差距，以ERWφ355机组为例，对比如表9。
表9国内外高中频焊机功率对比表
ERWφ355机组美国Themeatool
国内某高频生产厂家
高频焊机(功率)
600KW
1200KW
中频退回机(功率)
3×500KW
3×650KW
因此，国内高中频生产厂家在节约能源和提高焊机效率方面还有较大潜力。
这里，还涉及频率选择问题。国外有的厂家拿出最近ISO标准允许最低频率达70KHZ，以此推论频率低一些为宜。这个问题，我还是认为频率宜选高一些，不能低于150KHZ为好，为此，曾经著文已论述过，【5】在此不赘述了。
前面表7中所列举的ERW焊管产品冲击功韧性不合格问题，很大程度上是中频退火机没有达到规范要求的功能。所以，中频退火设备是关键设备。有的企业配备的中频机的台数不够(即功率不够)，或者有的空冷长度不够(一般不低于60m)，都可能造成焊缝冲击韧性不达标。关于中频机的频率问题，文献【5】已讨论过了。
③关于活套设备的配置
活套设备的配置，国内大多存在下面两个问题，一是要不要配置，二是如何配置。关于第一个问题，我国早期焊管著作已经明确指出：“活套配置大多使用于小直径焊管机组。中直径以上焊管机组由于带卷的宽度、厚度都较大，要求活套装置也具有庞大的设备，因此较少采用。”国外例如日本五台ERWφ610机组有三台是不用活套设备的，韩国世亚公司ERWφ508及φ610机组都不用活套，目前韩国MILLTECH公司为中东安曼设计制造的ERWφ610×24机组也是不用活套的。我国引进的φ610机组全部有活套，有的因为活套设计上有些问题，使用起来也不甚如意。
要不要使用活套？具体问题具体分析，对ERWφ610-φ660机组来说，或者对ERWφ508机组来说，由于带钢壁厚较大(≥16mm，甚至到25.4mm)，卷长较短，用活套时带卷接头次数多，既浪费原料，又反而耽误时间；同时，由于壁厚增大，活套直径也增大，设备加重，近似达500多吨；造价昂贵，值人民币1000多万元。同时，定圈制活套设备不能将料全部放空，必须存储一定长度的料卷，对于生产小批量产品就受到制约。综上所述，大口径ERW焊管以不设活套为宜。
由于我国尚没有不设活套的具体生产实践，带头不设活套的企业要有“敢为天下先”的闯劲，来填补这个空白。
关于第二个问题，如何设置活套，目前国内ERW机组有的活套设备内、外径偏小，致使活套进出料不够顺畅，这一点值得设计制造单位注意认真研究，改进结构。
④关于飞锯设备
目前国内ERW机组的焊接质量不够高，其中一个因素是焊速偏低。而制约焊速的一个原因就是飞锯速度较低。
当有方矩形管产品时，应当选择铣切锯较适宜。但当只生产圆管时，就可以选用滚切锯(圆盘挤压式锯)为好。滚切锯的优点在于符合环保要求。当它滚切圆形钢管时，是用挤压切割方式，没有噪音，也没有切屑。焊管车间按环保要求，噪音要小于80分贝，而铣切锯的切割声大大超过了这个指标。
国内制造的滚切锯可以切割φ508×19.1mm的钢管。韩国MILLTECH为世亚公司ERW610机组制造的滚切锯可以切割22mm壁厚的钢管，为安曼φ610×24机组设计制造的也是滚切锯。
国外目前逐渐兴起采用滚切锯，除了环保原因以外，还因为它价格便宜，国内价格约为铣切锯的1/4-1/3，而且刀片寿命比铣切锯刀片至少长很多倍。而且滚切锯的速度可以达20-30m/分，匹配于较高焊接速度。至于滚切锯对钢管头部造成1-2mm宽度的圆弧形状可以为平头机所车平。即使铣切锯对钢管端部铣切后有时也需平头机再加工。
⑤关于ERW355机组和ERW610机组的改建或新建问题
目前国内ERW355机组绝大多数壁厚为12.7mm，而API5CT标准中最大壁厚达到13.84mm，因此，国内有的焊管专家提出新建ERW355机组壁厚应达到14mm。【7】我认为，改造的ERW355机组也应达到此要求。目前日本中田公司为新日铁ERW610机组改造到φ660×25.4mm；MILLTECH为安曼新建的ERWφ610×24mm，壁厚都增加了。这一点可以给我们新建ERW610机组做个参考，这里注意的一个问题是最好不设活套为宜。
⑥建设ERW355机组或ERW610机组应当具有配套设施
ERW355机组或ERW610机组的建设，目前国内多数是只建一条生产线，缺配套设施。例如ERW355机组，产品是API5CT管，那就应当配齐管加工线；要生产N80-Q,P110等高档产品就应配齐热处理线。建ERW610机组也是如此，要配ERW355机组；如果生产API5CT产品，就要配管加工线，热处理线；要生产API5L产品，就要配内、外防腐线等等。
5、应大力开发ERW焊管的中高档产品
高质量的ERW焊管套管与无缝套管相比，具有生产效率高，成本低、冲击韧性好、抗挤毁能力强等优点，如美国、日本、德国等发达国家已广泛应用于油田的钻采生产中。美国石油专用管的消费量中，ERW套管比例已达58.5%。而我国仅达15%，所以，ERW套管发展的潜力很大。
ERW焊管之所以市场前景好，在于它的质量与无缝管相比毫不逊色。西安管材研究所对国产φ273.05mm×11.43mmN80ERW套管、φ244.48×10.03mmN80及φ177.80mm×9.19mmp110无缝套管对比试验【8】，结果如表10。
表10国产ERW套管与无缝管套管检测结果对比
套管类型试样规格/mm×mm
外径变异
系数
残余应力Rr/Mpa
拉伸性能
RrRt0.5/%
Rm/MPa
Rt0.5/Mpa
A/%
ERW
φ273.05×11.43
0.0024
44.47
770
695
33.0
6.4
0.0027
50.74
760
685
34.0
7.4
0.0022
41.66
775
695
31.0
6.0
无缝管
φ244.48×10.03
0.0041
106.22
806
580
33.5
18.3
0.0056
94.94
814
590
31.5
16.1
0.0042
92.19
802
572
32.0
16.1
无缝管
φ177.80×9.19
0.0060
87.00
899
799
24.5
10.9
0.0053
86.54
904
813
26.0
10.6
0.0054
82.58
945
848
24.0
9.7
试验证明，ERW套管由于尺寸精度高，残余应力小，抗挤强度超出无缝套管40%以上，在保证焊缝质量的基础上采用ERW套管代替进口无缝高抗挤套管，既可满足技术要求，又能降低油气开采成本。此外，ERW焊管用作连续油管也是有待开发的新产品。
关于涉及ERW焊管的焊缝质量中所谓“易出现灰斑和沟状腐蚀”等缺陷，这两种缺陷的产生和防止办法均与钢的化学成分有关，“灰斑(GreySpotorGreyFlat)是在ERW焊缝爆破断口或焊缝横向拉伸及冲击试样断口上出现的无金属光泽的灰色平坦区域，通常为圆形、椭圆形或长条形。灰斑对焊缝性能尤其是塑性、韧性有显著影响。防止灰斑产生的重要措施之一是控制钢的Mn/Si比在4-15范围，并采用S含量小于0.003%的纯净钢。沟状腐蚀(GrooveCorrosion)是ERW钢管焊缝中的一种特殊腐蚀现象。它是在焊接区产生的选择性局部腐蚀，多从表面开始呈连续或非连续沟状。其平均腐蚀速率为2.5mm/a，最大腐蚀速率9.5mm/a，可以导致焊管一年或数年内穿孔。控制沟状腐蚀的重要条件之一是钢的合金元素。目前比较一致的结论是，Cu、Ca、Ni、Nb、Ti等是有效元素。据报导，在0.003%S的钢中加入0.3%Cu和0.002%Ca可完全消除沟状腐蚀。因此，对用于ERW焊管的钢板，应从减少灰斑缺陷和消除沟状腐蚀出发，对钢的化学成分进行调整。”【9】当调整了钢的化学成分，就能消除这些缺陷。由于炼钢技术的进步和板卷质量的提高，这两种缺陷已不多见。先进的ERW焊管技术从硬件和软件上确保焊缝缺陷隐患的根本消除，企业要从工艺流程上的每个环节，保证每根钢管受到严格的质量监控。
6、浆体输送管线用钢材问题
目前鞍山中冶辽宁德隆钢管公司ERW630机组为巴布亚—新几内亚生产φ630矿浆输送钢管，用户要求使用X60钢级管材，国内其它矿浆管线也有此种类似情况，这实际上是一个误区。
有关权威专家指出【10】，浆体输送管线钢的要求同输油气管线钢有共性，如要求具有高强度、高韧性和良好可焊性。但浆体输送管线钢还要求具有抗水介质带来的腐蚀和承受高速运动(一般≥1.5m/s)的固态物料对管体冲蚀作用的能力，所以，对于浆体输送管线钢须考虑其抗冲蚀性能。
输送石油、天然气的X60级高强度管线钢的屈服强度和断裂强度同浆体管线钢不相上下，而浆体管线钢管的抗冲蚀能力却较X60级管线钢管高50%，其原因是钢的抗冲蚀性能主要决定于其金相组织和强化机制。例如，普通的Q235低碳钢，虽然没有经过微合金强化，其屈服强度(≥235MPa)只有X60级管线钢的一半(表11)，但是因为其w(C)为0.20%，高于X60钢级(0.09%)，按轧后空冷亚稳定态估算，它的基体所含有的抗冲蚀能力强的细珠光体为30%左右，所以，它仍然保持高于X60级管线钢的抗冲蚀能力(表12)。
表11抗粉煤浆冲蚀试验浆体输送管线钢的力学性能
钢种屈服强度/MPa
抗拉强度/MPa
伸长率/%
X60
515
594
42
Q235D
≥235
375-406
≥26
表12粉煤浆对几种钢的冲蚀率估算
试验材料冲蚀率E/(mg·h-1)
EO值/(mg·h-1)
P值
年冲蚀减薄率/(mm·a-1)
高压输油、气管线钢(X60)
6.33
2.38
1.37296
6.82
通用管线钢、Q235碳钢
6.10
2.29
1.38374
6.57
从表12可以看出，高韧性输油气X60级管线钢虽然具有很高的强韧性配比和良好的焊接性能，但其抗粉煤浆体的冲蚀能力都很差，还不如廉价的Q235碳钢，所以不宜简单地采用输送油气管线钢板制造浆体输送焊管。
7、结束语
2008年焊管市场预测增长速度比2007年有所回落，预测为增长10%，达到2600万吨左右。出口也会比去年减少较多。对于2008年国内焊管市场运行态势，经营者及业内人士认为存在一定变数，从总的来看，2008年焊管市场面临的形势可能比2007年严峻。
焊管企业要以大战略思维应对2008年市场的变化，就是国际国内供需格局的变化，抓住国际国内供需格局调整的战略机遇，调整结构，开发高附加值产品，注重节能和环保。使企业成为生态保护型、循环经济型、产品高档型、工艺设备先进型的现代化工厂。 |
