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鋼管產(chǎn)品介紹 |
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鋼管有關(guān)實用知識
一、鋼管的分類
1、按生產(chǎn)方法分類
（1）無縫管——熱軋管、冷軋管、冷拔管、擠壓管、頂管
（2）焊管
（a）按工藝分——電弧焊管、電阻焊管（高頻、低頻）、氣焊管、爐焊管
（b）按焊縫分——直縫焊管、螺旋焊管
2、按斷面形狀分類
（1）簡單斷面鋼管——圓形鋼管、方形鋼管、橢圓形鋼管、三角形鋼管、六角形鋼管、菱形鋼管、八角形鋼管、半圓形鋼圓、其他
（2）復(fù)雜斷面鋼管——不等邊六角形鋼管、五瓣梅花形鋼管、雙凸形鋼管、雙凹形鋼管、瓜子形鋼管、圓錐形鋼管、波紋形鋼管、表殼鋼管、其他
3、按壁厚分類——薄壁鋼管、厚壁鋼管
4、按用途分類——管道用鋼管、熱工設(shè)備用鋼管、機(jī)械工業(yè)用鋼管、石油、地質(zhì)鉆探用鋼管、容器鋼管、化學(xué)工業(yè)用鋼管、特殊用途鋼管、其他
二、無縫鋼管
是一種具有中空截面、周邊沒有接縫的長條鋼材。鋼管具有中空截面，大量用作輸送流體的管道，如輸送石油、天然氣、煤氣、水及某些固體物料的管道等。鋼管與圓鋼等實心鋼材相比，在抗彎抗扭強(qiáng)度相同時，重量較輕，是一種經(jīng)濟(jì)截面鋼材，廣泛用于制造結(jié)構(gòu)件和機(jī)械零件，如石油鉆桿、汽車傳動軸、自行車架以及建筑施工中用的鋼腳手架等。用鋼管制造環(huán)形零件，可提高材料利用率，簡化制造工序，節(jié)約材料和加工工時，如滾動軸承套圈、千斤頂套等，目前已廣泛用鋼管來制造。鋼管還是各種常規(guī)武器不可缺少的材料，槍管、炮筒等都要鋼管來制造。鋼管按橫截面積形狀的不同可分為圓管和異型管。由于在周長相等的條件下，圓面積最大，用圓形管可以輸送更多的流體。此外，圓環(huán)截面在承受內(nèi)部或外部徑向壓力時，受力較均勻，因此，絕大多數(shù)鋼管是圓管。但是，圓管也有一定的局限性，如在受平面彎曲的條件下，圓管就不如方、矩形管抗彎強(qiáng)度大，一些農(nóng)機(jī)具骨架、鋼木家具等就常
用方、矩形管。根據(jù)不同用途還需有其他截面形狀的異型鋼管。
目前，全世界生產(chǎn)鋼管的共計有110多個國家的1850多個公司下的5100多個生產(chǎn)廠，其中生產(chǎn)石油管的有44個國家的170多個公司下的260多個廠。2000年，無縫管全國表觀消費量為418.0萬噸，其中國內(nèi)供應(yīng)量的382.1萬噸，占國內(nèi)總需求的91.4%。進(jìn)口為35.9萬噸，占國內(nèi)總需求的8.59%。同年石油管消費量大約為91萬噸。進(jìn)口約25.2萬噸。進(jìn)口管占國內(nèi)總消費量的大約70%，其中進(jìn)口管占國內(nèi)總消費量的27.69%，石油管進(jìn)口量約占無縫鋼管總進(jìn)口量的大約70%。從日本進(jìn)口的石油管占總進(jìn)口量一半以上。中國最大的石油套管生產(chǎn)基地——天津鋼管公司2000年的鋼管產(chǎn)品出來為52.20萬噸，其中石油套管產(chǎn)量為36.41萬噸。套管占全國石油產(chǎn)量的一半以上。在產(chǎn)量和銷售量上都占中國套管市場的率先位置。
從國際和國內(nèi)兩個市場來看，無縫鋼管（包括石油專用管）的現(xiàn)有生產(chǎn)能力均已大于需求。所以，今后的重點應(yīng)放在充分發(fā)揮現(xiàn)有機(jī)組的能力，開發(fā)出高強(qiáng)度等級、高抗擊毀、高抗腐蝕的石油管、高壓鍋爐管和氣瓶管等產(chǎn)品。也是國家針對當(dāng)前我國鋼鐵市場進(jìn)行優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。這也是增加在國內(nèi)外產(chǎn)品競爭力、擴(kuò)大市場份額的關(guān)鍵所在。就是說，提高國內(nèi)鋼管企業(yè)的市場競爭力是加和WTO以后國內(nèi)企業(yè)長期的任務(wù)和成功發(fā)展的關(guān)鍵。
1、分類
無縫鋼管因其制造工藝不同，又分為熱軋（擠壓）無縫鋼管和冷拔（軋）無縫鋼管兩種。冷拔（軋）管又分為圓形管和異形管兩種。無縫鋼管，又因其用途不同而分為如下若干品種：
１.GB/T8162-1999（結(jié)構(gòu)用無縫鋼管）。主要用于一般結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)。其代表材質(zhì)（牌號）：碳素鋼、20、45號鋼；合金鋼Q345、20Cr、40Cr、20CrMo、30-35CrMo、42CrMo等。
2.GB/T8163-1999（輸送流體用無縫鋼管）。主要用于工程及大型設(shè)備上輸送流體管道。代表材質(zhì)（牌號）為20、Q345等。
3. GB3087-1999（低中壓鍋爐用無縫鋼管）是用于制造各種結(jié)構(gòu)低中壓鍋爐過熱蒸汽管、沸水管及機(jī)車鍋爐用過熱蒸汽管、大煙管、小煙管和拱磚管用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋和冷拔（軋）無縫鋼管。代表材質(zhì)為10、20號鋼。
4. GB5310-1995（高壓鍋爐用無縫鋼管）是用于制造高壓及其以上壓力的水管鍋爐受熱面用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼和不銹耐熱鋼無縫鋼管。代表材質(zhì)為20G、12Cr1MoVG、15CrMoG等。
5. GB1479-2000（高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管）是適用于工作溫度為-40~400℃、工作壓力為10~30Ma的化工設(shè)備和管道的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼無縫鋼管。代表材質(zhì)為20、16Mn、12CrMo、12Cr2Mo等。
6．GB9948-1988（石油裂化用無縫鋼管）。主要用于石油冶煉廠的鍋爐、熱交換器及其輸送流體管道。其代表材質(zhì)為20、12CrMo、1Cr5Mo、1Cr19Ni11Nb等。
7.地質(zhì)鉆探用鋼管（YB235-70）是供地質(zhì)部門進(jìn)行巖心鉆探使用的鋼管，按用途可分為鉆桿、鉆鋌、巖心管、套管和沉淀管等。
8.金剛石巖芯鉆探用無縫鋼管（GB3423-82）是用于金剛石巖芯鉆探的鉆桿、巖心桿、套管的無縫鋼管。
9.石油鉆探管（YB528-65）是用于石油鉆探兩端內(nèi)加厚或外加厚的無縫鋼管。鋼管分車絲和不車絲兩種，車絲管用接頭聯(lián)結(jié)，不車絲管用對焊的方法與工具接頭聯(lián)結(jié)。
10.GB5312-1999（船舶用碳鋼和碳錳鋼無縫鋼管）是制造船舶I級耐壓管系、Ⅱ級耐壓管系、鍋爐及過熱器用的碳素鋼無縫鋼管。碳素鋼無縫鋼管管壁工作溫度不超過450℃，合金鋼無縫鋼管管壁工作溫度超過450℃。代表材質(zhì)為360、410、460鋼級等。
11.汽車半軸套管用無縫鋼管（GB3088-82）是制造汽車半軸套管及驅(qū)動橋橋殼軸管用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋無縫鋼管。
12.柴油機(jī)用高壓油管（GB3093-86）是制造柴油機(jī)噴射系統(tǒng)高壓管用的冷拔無縫鋼管。
13.液壓和氣動缸筒用精密內(nèi)徑無縫鋼管（GB8713-88）是制造液壓和氣動缸筒用的具有精密內(nèi)徑尺寸的冷拔或冷軋精密無縫鋼管。
14.冷拔或冷軋精密無縫鋼管（GB3639-83）是用于機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓設(shè)備的尺寸精度高和表面光潔度好的冷拔或冷軋精密無縫鋼管。選用精密無縫鋼管制造機(jī)械結(jié)構(gòu)或液壓設(shè)備等，可以大大節(jié)約機(jī)械加工工時，提高材料利用率，同時有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。
15.結(jié)構(gòu)用不銹鋼無縫鋼管（GB/T14975-1994）是廣泛用于化工、石油、輕紡、醫(yī)療、食品、機(jī)械等工業(yè)的耐腐蝕管道和結(jié)構(gòu)件及零件的不銹鋼制成的熱軋（擠、擴(kuò)）和冷拔（軋）無縫鋼管。
16.流體輸送用不銹鋼無縫鋼管（GB/T14976-1994）是用于輸送流體的不銹鋼制成的熱軋（擠、擴(kuò)）和冷拔（軋）無縫鋼管。
17.異型無縫鋼管是除了圓管以外的其他截面形狀的無縫鋼管的總稱。按鋼管截面形狀尺寸的不同又可分為等壁厚異型無縫鋼管（代號為D）、不等壁厚異型無縫鋼管（代號為BD）、變直徑異型無縫鋼管（代號為BJ）。異型無縫鋼管廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件、工具和機(jī)
械零部件。和圓管相比，異型管一般都有較大的慣性矩和截面模數(shù)，有較大的抗彎抗扭能力，可以大大減輕結(jié)構(gòu)重量，節(jié)約鋼材。
8.GB18248-2000（氣瓶用無縫鋼管）。主要用于制作各種燃?xì)狻⒁簤簹馄�。其代表材質(zhì)為37Mn、34Mn2V、35CrMo等。
另外，還有GB/T17396-1998（液壓支柱用熱軋無縫鋼管）、GB3093-1986（柴油機(jī)用高壓無縫鋼管）、GB/T3639-1983（冷拔或冷軋精密無縫鋼管）、GB/T3094-1986（冷拔無縫鋼管異形鋼管）、GB/T8713-1988（液壓和氣動筒用精密內(nèi)徑無縫鋼管）、GB13296-1991（鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管）、GB/T14975-1994（結(jié)構(gòu)用不銹鋼無縫鋼管）、GB/T14976-1994（流體輸送用不銹鋼無縫鋼管）GB/T5035-1993（汽車半軸套管用無縫鋼管）、API SPEC5CT-1999（套管和油管規(guī)范）等。
2、制造工藝：
１.熱軋（擠壓無縫鋼管）：圓管坯→加熱→穿孔→三輥斜軋、連軋或擠壓→脫管→定徑（或減徑）→冷卻→矯直→水壓試驗（或探傷）→標(biāo)記→入庫
軋制無縫管的原料是圓管坯，圓管胚要經(jīng)過切割機(jī)的切割加工成長度約為１米的坯料，并經(jīng)傳送帶送到熔爐內(nèi)加熱。鋼坯被送入熔爐內(nèi)加熱，溫度大約為１２００攝氏度。燃料為氫氣或乙炔。爐內(nèi)溫度控制是關(guān)鍵性的問題.圓管坯出爐后要經(jīng)過壓力穿孔機(jī)進(jìn)行穿空。一般較常見的穿孔機(jī)是錐形輥穿孔機(jī)，這種穿孔機(jī)生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，穿孔擴(kuò)徑量大，可穿多種鋼種。穿孔后，圓管坯就先后被三輥斜軋、連軋或擠壓。擠壓后要脫管定徑。定徑機(jī)通過錐形鉆頭高速旋轉(zhuǎn)入鋼胚打孔，形成鋼管。鋼管內(nèi)徑由定徑機(jī)鉆頭的外徑長度來確定。鋼管經(jīng)定徑后，進(jìn)入冷卻塔中，通過噴水冷卻，鋼管經(jīng)冷卻后，就要被矯直。鋼管經(jīng)矯直后由傳送帶送至金屬探傷機(jī)（或水壓實驗）進(jìn)行內(nèi)部探傷。若鋼管內(nèi)部有裂紋，氣泡等問題，將被探測出。鋼管質(zhì)檢后還要通過嚴(yán)格的手工挑選。鋼管質(zhì)檢后，用油漆噴上編號、規(guī)格、生產(chǎn)批號等。并由吊車吊入倉庫中。
２.冷拔（軋）無縫鋼管：圓管坯→加熱→穿孔→打頭→退火→酸洗→涂油（鍍銅）→多道次冷拔（冷軋）→坯管→熱處理→矯直→水壓試驗（探傷）→標(biāo)記→入庫。
冷拔（軋）無縫鋼管的軋制方法較熱軋（擠壓無縫鋼管）復(fù)雜。它們的生產(chǎn)工藝流程前三步基本相同。不同之處從第四個步驟開始，圓管坯經(jīng)打空后，要打頭，退火。退火后要用專門的酸性液體進(jìn)行酸洗。酸洗后，涂油。然后緊接著是經(jīng)過多道次冷拔（冷軋）再坯管，專門的熱處理。熱處理后，就要被矯直。鋼管經(jīng)矯直后由傳送帶送至金屬探傷機(jī)（或水壓實驗）進(jìn)行內(nèi)部探傷。若鋼管內(nèi)部有裂紋，氣泡等問題，將被探測出。鋼管質(zhì)檢后還要通過嚴(yán)格的手工挑選。鋼管質(zhì)檢后，用油漆噴上編號、規(guī)格、生產(chǎn)批號等。并由吊車吊入倉庫中。 三、焊接鋼管
焊接鋼管也稱焊管，是用鋼板或鋼帶經(jīng)過卷曲成型后焊接制成的鋼管。焊接鋼管生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)效率高，品種規(guī)格多，設(shè)備資少，但一般強(qiáng)度低于無縫鋼管。20世紀(jì)30年代以來，隨著優(yōu)質(zhì)帶鋼連軋生產(chǎn)的迅速發(fā)展以及焊接和檢驗技術(shù)的進(jìn)步，焊縫質(zhì)量不斷提高，焊接鋼管的品種規(guī)格日益增多，并在越來越多的領(lǐng)域代替了無縫鋼管。焊接鋼管按焊縫的形式分為直縫焊管和螺旋焊管。
直縫焊管生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)效率高，成本低，發(fā)展較快。螺旋焊管的強(qiáng)度一般比直縫焊管高，能用較窄的坯料生產(chǎn)管徑較大的焊管，還可以用同樣寬度的坯料生產(chǎn)管徑不同的焊管。但是與相同長度的直縫管相比，焊縫長度增加30~100%，而且生產(chǎn)速度較低。因此，較小口徑的焊管大都采用直縫焊，大口徑焊管則大多采用螺旋焊。
1.低壓流體輸送用焊接鋼管（GB/T3092-1993）也稱一般焊管，俗稱黑管。是用于輸送水、煤氣、空氣、油和取暖蒸汽等一般較低壓力流體和其他用途的焊接鋼管。鋼管接壁厚分為普通鋼管和加厚鋼管；接管端形式分為不帶螺紋鋼管（光管）和帶螺紋鋼管。鋼管的規(guī)格用公稱口徑（mm）表示，公稱口徑是內(nèi)徑的近似值。習(xí)慣上常用英寸表示，如11/2 等。低壓流體輸送用焊接鋼管除直接用于輸送流體外，還大量用作低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管的原管。
2.低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管（GB/T3091-1993）也稱鍍鋅電焊鋼管，俗稱白管。是用于輸送水、煤氣、空氣油及取暖蒸汽、暖水等一般較低壓力流體或其他用途的熱浸鍍鋅焊接（爐焊或電焊）鋼管。鋼管接壁厚分為普通鍍鋅鋼管和加厚鍍鋅鋼管；接管端形式分為不帶螺紋鍍鋅鋼管和帶螺紋鍍鋅鋼管。鋼管的規(guī)格用公稱口徑（mm）表示，公稱口徑是內(nèi)徑的近似值。習(xí)慣上常用英寸表示，如11/2 等。
3.普通碳素鋼電線套管（GB3640-88）是工業(yè)與民用建筑、安裝機(jī)器設(shè)備等電氣安裝工程中用于保護(hù)電線的鋼管。
4.直縫電焊鋼管（YB242-63）是焊縫與鋼管縱向平行的鋼管。通常分為公制電焊鋼管、電焊薄壁管、變壓器冷卻油管等等。
5.承壓流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管（SY5036-83）是以熱軋鋼帶卷作管坯，經(jīng)常溫螺旋成型，用雙面埋弧焊法焊接，用于承壓流體輸送的螺旋縫鋼管。鋼管承壓能力強(qiáng)，焊接性能好，經(jīng)過各種嚴(yán)格的科學(xué)檢驗和測試，使用安全可靠。鋼管口徑大，輸送效率高，并可節(jié)約鋪設(shè)管線的投資。主要用于輸送石油、天然氣的管線。
6.承壓流體輸送用螺旋縫高頻焊鋼管（SY5038-83）是以熱軋鋼帶卷作管坯，經(jīng)常溫螺旋成型，采用高頻搭接焊法焊接的，用于承壓流體輸送的螺旋縫高頻焊鋼管。鋼管承壓能力強(qiáng)，塑性好，便于焊接和加工成型；經(jīng)過各種嚴(yán)格和科學(xué)檢驗和測試，使用安全可靠，鋼管口徑大，輸送效率高，并可節(jié)省鋪設(shè)管線的投資。主要用于鋪設(shè)輸送石油、天然氣等的管線。
7.一般低壓流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管（SY5037-83）是以熱軋鋼帶卷作管坯，經(jīng)常溫螺旋成型，采用雙面自動埋弧焊或單面焊法制成的用于水、煤氣、空氣和蒸汽等一般低壓流體輸送用埋弧焊鋼管。
8.一般低壓流體輸送用螺旋縫高頻焊鋼管（SY5039-83）是以熱軋鋼帶卷作管坯，經(jīng)常溫螺旋成型，采用高頻搭接焊法焊接用于一般低壓流體輸送用螺旋縫高頻焊鋼管。
9．樁用螺旋焊縫鋼管（SY5040-83）是以熱軋鋼帶卷作管坯，經(jīng)常溫螺旋成型，采用雙面埋弧焊接或高頻焊接制成的，用于土木建筑結(jié)構(gòu)、碼頭、橋梁等基礎(chǔ)樁用鋼管。
四、鋼塑復(fù)合管、大口徑涂敷鋼管
鋼塑復(fù)合管以熱浸鍍鋅鋼管作基體，經(jīng)粉末熔融噴涂技術(shù)在內(nèi)壁（需要時外壁亦可）涂敷塑料而成，性能優(yōu)異。與鍍鋅管相比，具有抗腐蝕、不生銹、不積垢、光滑流暢、清潔無毒，使用壽命長等優(yōu)點。據(jù)測試，鋼塑復(fù)合管的使用壽命為鍍鋅管的三倍以上。與塑料管相比，具有機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓、耐熱性好等優(yōu)點。由于基體是鋼管，所以不存在脆化、老化問題。可廣泛應(yīng)用于自來水、煤氣、化工產(chǎn)品等流體輸送及取暖工程，是鍍鋅管的升級換代產(chǎn)品。由于其安裝使用方法與傳統(tǒng)的鍍鋅管基本相同，管件形式也完全相同，而且能代替鋁塑復(fù)合管在大口徑自來水輸送上發(fā)揮作用，深受用戶歡迎，已成為管道市場最具競爭力的新產(chǎn)品之一。
涂敷鋼管是在大口徑螺旋焊管和高頻焊管基礎(chǔ)上涂敷塑料而成，最大管口直徑達(dá)1200mm，可根據(jù)不同的需要涂敷聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、環(huán)氧樹脂（EPOXY）等各種不同性能的塑料涂層，附著力好，抗腐蝕性強(qiáng)，可耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及其它化學(xué)腐蝕，無毒、不銹蝕、耐磨、耐沖擊、耐滲透性強(qiáng)，管道表面光滑，不粘附任何物質(zhì)，能降低輸送時的阻力，提高流量及輸送效率，減少輸送壓力損失。涂層中無溶劑，無可滲出物質(zhì)，因而不會污染所輸送的介質(zhì)，從而承諾流體的純潔度和衛(wèi)生性，在-40℃到+80℃范圍，可冷熱循環(huán)交替使用，不老化、不龜裂，因而可以在寒冷地帶等苛刻的環(huán)境下使用。大口徑涂敷鋼管廣泛應(yīng)用于自來水、天然氣、石油、化工、醫(yī)藥、通訊、電力、海洋等工程領(lǐng)域。 我國管材及制管工業(yè)的發(fā)展趨勢 我國管材及制管工業(yè)正處于快速發(fā)展的大好時期，是朝陽工業(yè)。在當(dāng)前的大好形勢下，我們必須以市場為導(dǎo)向，既看到近期的需求，更要看到遠(yuǎn)期，避免盲目性，把資金、技術(shù)力量用在 " 刀刃上 " ，決不能一哄而上。
我國的管道工業(yè)在近十年必定處于快速發(fā)展的時期，這是由以下三個因素決定的：
1 、我國國民經(jīng)濟(jì)將會繼續(xù)保持快速發(fā)展的勢頭，這是國內(nèi)、外絕大多數(shù)經(jīng)濟(jì)專家所預(yù)測的；
2 、在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的進(jìn)程中，就像所有的發(fā)達(dá)國家一樣，我國必定會經(jīng)歷一場能源結(jié)構(gòu)的改變，即以煤為主逐步轉(zhuǎn)向以石油、天然氣為主，而后者均是由管道運輸?shù)模?
3 、成品油運輸方式的轉(zhuǎn)變。我國早期成品油幾乎全部用火車運輸，除軍用的 " 格拉 " 管線外，成品油管線幾乎為零。從安全考慮及經(jīng)濟(jì)效益的趨動，相信未來十年管道輸送將全部代替火車運送成品油。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家在七十年代已逐步取消火車運送成品油，在這些國家的油管道中，就長度而言，成品油管道遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原油管道。
在管道的建設(shè)投資中，鋼管大致可占到 30-40 ％左右，由此看出在管材和制管行業(yè)的投資有可能獲得較高的效益。但由另一方面看，由于人們愈來愈深的對 HSE 的關(guān)切，所以對管材和制管的質(zhì)量要求愈來愈高，亦即對管道用鋼管的可靠性要求越來越高。再者由于在一定范圍的提高輸送壓力可節(jié)省投資、降低運輸費用，所以輸送壓力，尤其對輸氣管線有逐漸提高的趨勢，從而對管材的強(qiáng)度、沖擊韌性等一系列指標(biāo)的要求有所提高。此外由于油氣田逐漸向高寒地區(qū)、海上以及高含硫等資源進(jìn)展，這些也給管道鋼管及管材提出了更高要求。
由此看出，管材和制管行業(yè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。我國冶金及制管業(yè)為我國管道工業(yè)的發(fā)展已做出了很大的貢獻(xiàn)，但要充分滿足未來的要求還需付出更大的努力，本文僅就此做進(jìn)一步闡述。
在我國未來管道工業(yè)的發(fā)展中，預(yù)計天然氣管道所用的鋼管重量約占油、氣管道總鋼管用量的 70 ％以上，故在以下的論述中重點偏重在輸氣管線上。
一、關(guān)于鋼級 管道介質(zhì)的輸送壓力有逐漸增高的趨勢，在輸氣管線上尤為明顯。這是因為在一定范圍內(nèi)提高輸送壓力會增加經(jīng)濟(jì)效益，以輸氣管線為例，在輸量不變的條件下，隨著輸送壓力的提高氣體的密度增加而流速減小，從而使摩阻下降。
在一條輸氣管線的站間距內(nèi)由進(jìn)站到出戰(zhàn)壓力逐漸下降，而流速逐漸增加，隨之摩阻也逐漸增加，故離進(jìn)站口 3 ／ 4 長度消耗生出站壓差△ p 的一半，而后 1 ／ 4 長度消耗另一半。輸氣管線與輸油管線最大的差別是由進(jìn)站到出站流速是逐漸增加的，這是介質(zhì)的可壓縮性造成的。而油基本上是不可壓縮的，雖然輸送壓力沿管程逐步下降，但流速是不變的，摩阻也是前后相同的。由此看出對于輸氣管線壓力的提高可使摩阻下降，而輸送能耗下降。
還應(yīng)指出，輸氣管線的能耗遠(yuǎn)比輸油為大，僅以西氣東輸管線為例，該管線輸送壓力 p ： 10MPa ，輸量為 120 億 m3 ／年，管線長度為 4000KM ，粗略按經(jīng)驗估計能耗大致為 12 億 m3 ／年，而輸量的。 1/10 作為沿途的能源消耗掉了。
由于對降低能耗的關(guān)切，輸送壓力有逐步增加的趨勢。早期我國四川省的天然氣管線輸送壓力為 2.5MPa ，以后增加到 4MPa ，陜京線提升為 6MPa ，西氣東輸增至 10MPa ，國外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家近十氣輸氣管線多選取 12MPa 。
在輸氣管線上壓比亦有逐漸下降的趨勢。所謂壓比指進(jìn)站壓力與出站壓力之比，壓比減少意味著全線均在較高的壓力下運行，這樣也可使能耗減小。早期壓力多為 1.6 ，后來降至 1.4 ，近年國外有些輸氣管線取壓比為 1.25 。當(dāng)然，壓比減小，壓縮機(jī)站數(shù)要增加，從而投資會增加。對于管徑、壓力、壓比均需進(jìn)行優(yōu)化計算和比選。
當(dāng)輸量確定，通過優(yōu)化確定管徑、壓力、壓比以后，如選取較高壓力而鋼材強(qiáng)度等級太低，則會造成壁厚過大，這給制管、現(xiàn)場焊接以及運輸?shù)戎T多環(huán)節(jié)帶來困難，甚至難以實現(xiàn)。生產(chǎn)的需求促進(jìn)了鋼材等級的提高。
API 于 1926 年發(fā)布 APl5L 標(biāo)準(zhǔn)，最初只包括 A25 、 A 、 B 三種鋼級，最小屈服值分別為 172 、 207 、 251MPa 。
API 于 1947 年發(fā)布 APl5LX 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中增加了 X42 ， X46 ， X52 三種鋼級，其最小屈服值分別為 289 、 317 、 358MPa 。
1966 年開始，先后發(fā)布了 X56 、 X60 、 X65 、 X70 四種鋼級，其最小屈服值分別為 386 、 413 、 448 、 482MPa 。
1972 年 API 發(fā)布 U80 、 U100 標(biāo)準(zhǔn)，其最小屈服值分別為 551 、 691Mpa ，以后 API 又將 U80 、 U100 改為 X80 、 X100 。
粗略統(tǒng)計，全世界 2000 年以前 X70 用量在 40 ％左右， X65 、 X60 均在 30 ％左右徘徊，小口徑成品油管線也有相當(dāng)數(shù)量選用 X52 鋼級，且多為 ERW 鋼管。
關(guān)于 X80 鋼級，國內(nèi)、外議論很多，國際上曾對 X80 研制已耗巨額投資的鋼鐵巨頭更是積極宣傳 X80 ，甚至 X100 ，但時至今日 X80 只處于 " 試驗段階段，總長僅 400KM 左右。目前正在建設(shè)中的管線尚無采用 X80 鋼級的，計劃中或正在準(zhǔn)備中興建的管線尚無下定決心采用 X80 者，對此筆者曾與國外多家管道工程公司 ( 負(fù)責(zé)管道設(shè)計 ) 的技術(shù)人員交換過意見，大家看法基本相同，
大致可歸納如下：
1 、 X80 鋼級隨著操作壓力的提高及準(zhǔn)備工作的完善將來必定會得到發(fā)展；
２ 、當(dāng)前大石油業(yè)主不愿意首先選用 X80 大致出于以下原因：
(1) 某一種新鋼級 ( 包括煉鋼、軋制、制管 ) 由開始生產(chǎn)至熟練的生產(chǎn)要有一個不合格率由高至低的過程，用同樣的檢驗手段其出廠的不合格率也會有一個由低至高的過程，首先采用者要承擔(dān)此風(fēng)險；
(2) 在現(xiàn)場焊接過程中，包括預(yù)熱溫度、層間溫度、熱入量等對新鋼級要有一個探索過程，在此期間不合格率也有一個由高至低的過程，首先采用者更多地承擔(dān)此風(fēng)險；
(3) 采用 X80 后，現(xiàn)場使用的冷彎機(jī)、焊絲、環(huán)縫自動焊機(jī)、熱彎頭工藝等可能需要改變，重新購置或研制，從而增加了工程費用；
(4) 采用 X80 后，同樣直徑，當(dāng)操作壓力不夠高的情況下，鋼材強(qiáng)度等級的提高意味著厚度的減薄，亦即厚度直徑比 (t ／ D) 的減小，這也就意味著管線剛性的降低。從事故分析及風(fēng)險分析看，管線的第三方破壞通常占破壞原因的 40 ％以上，而管線抵抗第三方破壞能力僅與 t ／ D 比有關(guān)而與強(qiáng)度等級無關(guān)。
從我國國情看，我國雖然經(jīng)濟(jì)近十多年迅速發(fā)展，但仍屬發(fā)展中國家，筆者建議在采用 X80 問題上我們不做 " 第一個吃螃蟹 " 的人，采取 " 韜光養(yǎng)晦 " 的策略，這對業(yè)主單位有利對我國冶金行業(yè)也有利。 我國冶金行業(yè)在近十余年來為發(fā)展管道鋼付出了極大的辛勞，取得可喜的業(yè)績，目前正在全力攻關(guān) X70 寬板 ( 做直縫埋弧焊焊管用 ) 并積極為能穩(wěn)定 X70 熱軋卷板的質(zhì)量做努力，如當(dāng)前決定大量采用 X80 鋼級，因我國冶金業(yè)對此既無經(jīng)驗又無業(yè)績而難與國外冶金行業(yè)競爭，筆者對我國冶金業(yè)不僅有深厚的感情，也深信我國冶金業(yè)的能力，但不宜操之過急，當(dāng)然目前抽出少量的力量對 X80 進(jìn)行探索還是必要的，但必須抓住主要矛盾。 二、關(guān)于金相組織
隨著鋼材等級的提高，沖擊韌性的增加以及其它一些指標(biāo)如 FATT 的降低等煉鋼工藝及軋制工藝也相應(yīng)的有所變化，最終金相組織形態(tài)也跟著變化，這是很自然的。然而作為業(yè)主單位 ( 買方 ) 有無必要在定貨技術(shù)條款上對金相組織提出確定的要求，諸多管道專家有不同的看法。 管線鋼按金相組織形態(tài)分類至今大致有以下四種： 1 、鐵素體一珠光體鋼：簡稱為 FP(Ferrite-Pearlite) ，基本成份為 C 、 Mn ，有時加少量 Nb 、 V ，一般 C 成份為 0.10-0.25 ％， Mn 成份為 1.30-1.70 ％，軋制工藝采用熱軋及正火。X52 及以下各鋼級均采用此種工藝，我國早期所建的管線，如四川的管線， " 東八三 " 所建的管線均屬此種鋼，當(dāng)時一部分國內(nèi)生產(chǎn)， " 東八三 " 所用的管道鋼基本上是國外進(jìn)口的。當(dāng)采用更高鋼級時，為提高強(qiáng)度需增 C ，但 C 增加使可焊性下降、 FATT 上升，故必須另找出路。
2 、少珠光體鋼，這種鋼通常將珠光體控制在 15 ％以下，從化學(xué)成份上分有以下三種：
(1)Mn-Nb 鋼
(2)Mn-V 鋼
(3)Mn-V-Nb 鋼
C 成份一般控制在 0 ． 1 ％以下，軋制工藝采用控軋，以上又稱為 " 微合金控軋鋼 " ，鋼級中 X56 、 X60 、 X65 、 X70 鋼可采用這種鋼。
3 、針狀鐵素體鋼 (Accicular Ferrite) 這種鋼主要化學(xué)成份為 C 、 Mn 、 Nb 、 Mo ，采用控軋工藝，這種鋼相對于前者包辛格效應(yīng)小且減少偏析，多用于 X65 、 X70 鋼級，根據(jù)報導(dǎo)國外有少量 X80 鋼試制時也采用這種鋼，其缺點為由于加 Mo 而 Mo 。的價格較貴，故成本偏高。
4 、超低炭貝氏體鋼 (U1tra Low Carbon Bainite) 這種鋼主要化學(xué)成分為 Mn 、 Nb 、 Mo 、 B 、 Ti ，采用控軋、控冷工藝，通常 C 含量小于 0.03 ％，這是新的一代產(chǎn)品，其特點為不僅強(qiáng)度高且沖擊韌性高、可焊性好、 FATT 值低，從發(fā)展看將來 X70 以及以后可能會較多采用的 X80 均會應(yīng)用這種鋼。由以上論述看出，對于 X70 ，少珠光體鋼、針狀鐵素體鋼、超低炭貝氏體鋼均可采用。筆者意見對于某一種鋼級而言，只要能滿足業(yè)主單位所提出的管材的機(jī)械物理性能即可，不必限制冶金單位必須采用何種工藝。各冶金廠條件差別很大，各自有其特點和優(yōu)勢， " 條條大路通羅馬 " ，對 X70 限制必須采用針狀鐵素體似無必要。筆者與許多國外管道設(shè)計專家交換意見，大家看法是一致的。 三、關(guān)于管型
目前在油氣管道上常用的管型有螺旋埋弧焊管 (SSAW) 、直縫埋弧焊管 (LSAW) 、電阻焊管 (ERW) ，當(dāng)直徑較小時 ( 如直徑為 152mm 或更小 ) 則選用無縫鋼管。
我國早期由前蘇聯(lián)引進(jìn)螺旋埋弧焊管技術(shù)，隨著管道工業(yè)發(fā)展，在六十年末至七十年代我國的螺旋管廠迅速發(fā)展，至今大型螺旋鋼管廠有五、六家，加上中小型及民營螺旋管廠總計有數(shù)十家。我國原油管線幾乎全部采用螺旋鋼管，氣管線，如 " 西氣東輸 " 管線，一類地區(qū)選用螺旋鋼管。
國外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家由七十年代末、八十年代初開始，用直縫埋弧焊管逐漸取代螺旋鋼管，至今絕大多數(shù)八十年代到目前新投產(chǎn)的氣管線幾乎均采用直縫埋弧焊管。
螺旋鋼管具有產(chǎn)生缺陷的概率高、內(nèi)應(yīng)力大、尺寸精度差等缺點，這是其被淘汰的主要原因 [1] 。螺旋焊管面臨著兩種命運，一為淘汰，二為改造。
據(jù)了解，歐洲及加拿大有著螺旋鋼管廠改造非常成功的范例，主要方法有卷板兩側(cè) ( 約 50mm 寬度范圍內(nèi) ) 進(jìn)行超聲波探傷、同時兩側(cè)用銑邊機(jī)加工出坡口，壓邊以及預(yù)精焊分開等等。我國管道專家黃志潛等曾多次就螺旋管改造問題赴國外考察，并做出詳盡、精辟的論述，建議國內(nèi)各螺旋管廠參照進(jìn)行改造 [2] 。
上個世紀(jì) (2000 年以前 ) 我國所建的長輸管道絕大多數(shù)采用螺旋焊管，在筆者任中國石油天然氣管道局總工程師的十五年間曾處理過大量的事故，其中相當(dāng)大的部分為螺旋焊縫開裂。
前蘇聯(lián)曾大量采用螺旋埋弧焊管，據(jù)有關(guān)方面材料，前蘇聯(lián)管道事故率遠(yuǎn)高于歐美，且鋼管缺陷造成事故的比例也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于歐美，蘇聯(lián)解體前數(shù)年曾由日本大量進(jìn)口直縫埋弧焊管并建成若干直縫埋弧焊管工廠，但由資料上看有些是雙焊縫的 [3][4] 。
2002 年筆者及一些國內(nèi)專家與俄國 gasprom 專家閑談時，他們意見，如現(xiàn)有的螺旋管質(zhì)量不提高，輸氣管線應(yīng)采用直縫埋弧焊管。
筆者建議，我們應(yīng)采取 " 兩條腿走路 " 的方針，一是積極改造現(xiàn)有螺旋管廠，筆者相信，現(xiàn)有螺旋管經(jīng)認(rèn)真改造后，不僅原油管線可大量采用，輸氣管線部分地區(qū)也可采用，這仍是大有前途的；二是大力發(fā)展我國直縫埋弧焊管制管業(yè)，采取 UOE 或 JCOE 均可。
ERW 鋼管具有內(nèi)外表面光潔、尺寸精度好、價格相對較低的優(yōu)點，目前在國內(nèi)、外已廣泛采用。早期國產(chǎn) ERW 鋼管曾先后出現(xiàn)過兩次較大事故，均因熱處理偏離焊縫造成的，但這種事故是可以完全避免的。今后成品油管線相信會大量采用 ERW 鋼管 [5] 。 四、關(guān)于鋼管的韌性指標(biāo) [6] [7] [8]
鋼管的韌性指標(biāo)是與鋼管的強(qiáng)度的指標(biāo)一樣，都是最重要的機(jī)械物理性能指標(biāo)，韌性指標(biāo)一般從三個方面提出要求。
1 、 FATT 指標(biāo)
FATT 是 Fracture Appearance Transition Temperature 的簡稱，通常譯為 " 韌脆轉(zhuǎn)變溫度 " 。 FATT 可分為三種：一種以 DWTT 試驗為依據(jù)，用其剪切面積 (ShearArea) 為 80 ％或 85 ％所對應(yīng)溫度為轉(zhuǎn)變溫度，這種方法應(yīng)用的最多，且剪切面積多取 80 ％，另一種以夏比試驗為依據(jù)，第三種以爆破試驗為依據(jù)。
提出 FATT 要求是承諾管線不發(fā)生脆性斷裂，通常取 FATT 值為設(shè)計的管線可能產(chǎn)生的較低溫度再減 10 ℃。 世界管道史上最早也是最嚴(yán)重的一次脆性斷裂事故發(fā)生在 1960 年，在美國 Trans-Western 管線上進(jìn)行氣壓試驗時發(fā)生的，該管線直徑 30 英寸 (762mm) ，壁厚 0 ． 375 英寸 (9 ． 5mm) ，鋼級為 X56 ，破壞時環(huán)向應(yīng)力僅為 0 ． 63(SMYS) ，斷裂總長 13 ． 36km 。爆破時飛出 19 塊碎片，取出兩塊做夏比沖擊試驗，其剪切面積僅為 10 ％和 40 ％。此事故以后引起全世界的關(guān)注，并促進(jìn)了斷裂力學(xué)及斷裂動力學(xué)的發(fā)展。 1974 年冬季，大慶至鐵嶺復(fù)線嫩江穿越段在陸上進(jìn)行氣壓試驗時發(fā)生脆性斷裂，事故后筆者趕往現(xiàn)場進(jìn)行事故調(diào)查和處理。該管線直徑 720mm ， X52 鋼級試壓至大約 4 ． 5Mpa 爆破，穿越段全長近 2km 全部脆斷，有些碎塊飛出近百米以外。筆者仔細(xì)的觀察了多數(shù)斷口，其剪切面積大致在 5-15 ％范圍內(nèi)。該管線因采用熱輸，故鋼材定貨時未提出 FATT 要求，因趕進(jìn)度，施工隊伍在未經(jīng)討論的情況下，決定冬季氣壓試驗以致造成事故 [9] 。
由以上看出，無論對輸氣管線還是輸油管線都必須按規(guī)定提出 FATT 要求，以避免脆性斷裂。 2 、起裂韌性指標(biāo)
鋼管中的缺陷長度 2a( 或當(dāng)量裂紋長度 ) 由于疲勞裂紋擴(kuò)展、腐蝕裂紋擴(kuò)展等諸多原因，會逐漸增長，當(dāng) 2a 增長至臨界裂紋長度 2ac 時，則發(fā)生 " 質(zhì)變 " ，由穩(wěn)定裂紋增長變成失穩(wěn)擴(kuò)展。以上 a 代表鋼管中缺陷或當(dāng)量缺陷長度的一半， ac 為臨界裂紋長度的一半。
ac 的數(shù)值與鋼管的韌性有關(guān)，沖擊韌性越高， ac 值越大，所以沖擊韌性也是材料對缺陷的 " 容忍程度 " 或 " 容忍能力 " 的一個指標(biāo)。
管道工作者要求在管線整個服役期限內(nèi) ( 或管線整個壽命期內(nèi) )2a 達(dá)不到 2ac ，這樣管線就不會發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展，而穩(wěn)定擴(kuò)展只要達(dá)不到失穩(wěn)擴(kuò)展則是無害的，而且穩(wěn)定擴(kuò)展也是必定會產(chǎn)生的。 隨著管線工作條件的不同，穩(wěn)定擴(kuò)展的速度也是不一樣的，故起裂韌性指標(biāo)也不盡相同。 3 、關(guān)于失穩(wěn)擴(kuò)展的止裂 [8]
我們要盡一切努力使管線不發(fā)生起裂，但有時起裂是難以完全避免的，這樣我們還必須退一步打算，即一旦發(fā)生起裂，由穩(wěn)定擴(kuò)展轉(zhuǎn)變?yōu)槭Х�(wěn)擴(kuò)展時，失穩(wěn)擴(kuò)展必須得到止裂。
由于管道工作者提出明確的 FATT 要求以及冶金工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，除早期發(fā)生過脆性斷裂擴(kuò)展事故外，近幾十年所發(fā)生的失穩(wěn)擴(kuò)展均系延性擴(kuò)展。
在世界管道史上第一次延性失穩(wěn)擴(kuò)展發(fā)生在六十年代末期，管徑 36 英寸，鋼級為 X65 ，斷裂長度接近 1000 英尺 (304 ． 8m) 。以后，直徑在 12-36 英寸范圍內(nèi)，鋼級 X60 、 X65 、 X70 均發(fā)生過這種破裂。近二十余年關(guān)于管道斷裂的研究工作主要集中在延性斷裂的止裂上，而且取得可喜的成就。目前在美國、英國、日本等地均有研究小組及試驗場地，諸多的研究成果比較接近。
筆者在九十年代初曾與冶金專家肖季美教授等共同研究、探討，在各種方法中我們推薦采用 Battele 方法， 2001 年 Battele 幾位專家訪華時曾詳細(xì)介紹了他們的理論與試驗一致性的事實。在這方面我國及國外已有數(shù)百篇論述，詳細(xì)計算請參考文獻(xiàn) [8] 。
以上僅供廣大讀者參考，不妥之處還望讀者指正。
(2003 年 6 月 )
參考文獻(xiàn) 〔 1 〕潘家華： " 提高我國螺旋焊管質(zhì)量的努力方向 " ， " 潘家華油氣儲運工程著作選集 " 第二卷 ppl03-108 ，石油工業(yè)出版社， 2001 年 3 月第一版；
〔 2 〕黃志潛： " 國外油氣輸送管道用螺旋埋弧焊管制造技術(shù)的發(fā)展 " ， " 石油管工程應(yīng)用基礎(chǔ)研究論文集 "pp20-27 ，石油工業(yè)出版社， 2001 年 8 月；
〔 3 〕 ViCtor Star0Stin ： "Pipeline disaster in the USSR" ， Pipe and Pipeline International ， March-April ， 1990 ， pp7-8 ；
〔 4 〕 "Soviet NGL Pipeline expl0Sion 1ikely t0 tightenSuperViSion Jane 12 ． 1989 ． 0i1 and Gas Journal ， p25 ；
〔 5 〕潘家華： "ERW 鋼管的歷史與發(fā)展前景 " ， " 潘家華油氣儲運工程著作選 " 第三卷， pp87-92 ，石油工業(yè)出版社， 2001 年 3 月第一版；
〔 6 〕 G ． T ． Hahn ， M ． F ． Kanniren ： "FaSt Fracture and Crack Arreest " ASME ， AmeriCan Society for TeSting and Materials ， 1916 Race Street ， Philadelphia ， Pa 19103 ；
〔 7 〕潘家華： " 油氣管道斷裂力學(xué)分析 " ，石油工業(yè)出版社， 1989 年 9 月，北京，第一版；
8 〕潘家華： " 關(guān)于輸氣管道的止裂研究 " ，焊管，第 24 卷，第 4 期， 2001 年 7 月， ppl-9 ；
（ 9 〕 Pan JiahUa ： "Some Fracture ProblemS in PipelineS" ，此文系潘家華教授于 1983 年在瑞士 Basle 召開的歐洲管道會議上發(fā)表的論文，該文選在該會的論文集中， 2001 年選入 " 潘家華油氣儲運工程著作選集 " 第二卷 ppl5-23 我國油井管需求量、生產(chǎn)能力及價格綜合分析 李欣，張毅，張汝忻
摘要:結(jié)合油井管國產(chǎn)化的發(fā)展，綜合論述了我國油井管的需求量、生產(chǎn)能力以及價格水平。分析結(jié)果表明，我國油井管的生產(chǎn)能力已達(dá)80萬t，具備了生產(chǎn)符合API標(biāo)準(zhǔn)的多種鋼級、規(guī)格鋼管的能力。無論是規(guī)格、品種、質(zhì)量或數(shù)量均已趕上或接近國外油井管產(chǎn)品的水平。國產(chǎn)油井管的價格，比進(jìn)口油井管價格低15％～93％。
關(guān)鍵詞：油井管；需求量；生產(chǎn)能力；價格
中圖分類號：F407.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
文章編號：1001－2311（2000）01－00010－05
Comprehensive Analysis Concerning Domestic Demand,Production Capacity and Pricing of Oil Well Pipes
LI Xin , ZHANG Yi, ZHANG Ru－xin
(Steel Tube Branch Company, Baosteel Group Corporation, Shanghai 201900,China)
Abstract: Addressing the development of oil well pipe production towards Full－ China－Made product level, a comprehensive discussion is made, covering demand, production capacity and price level of oil well pipes in the country. The conclusion is that domestic production capacity of oil well pipes has been up to 800,000 t and steel tubes with a large range of steel grades and sizes can be produced as per relevant API specifications, and home－ made oil well tubular products have been equal to or close to those made overseas in terms of sizes, category, quality and quantity, and that average price of home－ made oil well pipes is 15％ － 93％ lower than that of imported oil well pipes.
Key words: Oil well pipes; Demand; Production capacity; Price
油井管包括油管、套管、鉆桿及其附件。在石油工業(yè)用鋼總量中，油井管約占40％[1]，它在我國石油工業(yè)中起著重要作用。油井管的生產(chǎn)在我國鋼鐵工業(yè)中雖起步較晚，但由于其在石油工業(yè)中的地位以及在鋼管產(chǎn)品中的附加值高，不斷引起鋼鐵產(chǎn)品制造業(yè)的重視。國內(nèi)生產(chǎn)廠也由過去的3家擴(kuò)展到現(xiàn)在的寶鋼鋼管分公司、天津鋼管公司、攀鋼集團(tuán)成都無縫鋼管有限責(zé)任公司、鞍鋼無縫鋼管廠、包鋼無縫鋼管廠、寶雞石油鋼管廠、山西機(jī)床廠、風(fēng)雷機(jī)械廠、中原特殊鋼廠、揚州大杰士石油鉆具公司、渤海能克鉆桿有限公司以及其他企業(yè)。在品種、規(guī)格、質(zhì)量和科研開發(fā)方面，也在不斷縮小與國外同類產(chǎn)品的差距。本文通過具體分析，詳細(xì)闡述了我國油井管的需求量、生產(chǎn)能力及價格狀況，為人們在決策分析時參考。 |
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