超大口徑雙金屬?gòu)?fù)合管材熱軋工藝研究

黃 云,張友鵬,崔 邛,楊 旭

(攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司,四川成都610303)

超大口徑雙金屬?gòu)?fù)合管材熱軋工藝研究

黃 云,張友鵬,崔 邛,楊 旭

(攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司,四川成都610303)

介紹了采用周期軋管機(jī)組軋制超大口徑油氣田高腐蝕環(huán)境用X52—X60/825雙金屬?gòu)?fù)合管材的生產(chǎn)工藝,并針對(duì)X52—X60/825雙金屬?gòu)?fù)合管在周期軋制時(shí)發(fā)生內(nèi)裂的原因進(jìn)行了分析,為避免再次出現(xiàn)此類缺陷提供了借鑒。

大口徑;復(fù)合管;無(wú)縫鋼管;周期軋管;熱軋工藝

1 引言

隨著世界能源需求的日益增長(zhǎng),油氣田開(kāi)采逐漸向深井、高腐蝕環(huán)境方向發(fā)展。目前,高腐蝕性油氣田在開(kāi)采作業(yè)和油氣輸送中普遍采用耐蝕合金甚至鎳基合金管道[1—3]。然而,普通耐蝕管材中用作抗蝕的部分僅占三分之一左右,其余部分用作結(jié)構(gòu)支撐,造成了資源的極大浪費(fèi)。我國(guó)含酸性氣的油氣田很多,如新疆塔里木、四川、中原都有不少油氣田處于深井、高溫、高壓、高腐蝕的惡劣環(huán)境,因此對(duì)于油井管的高溫高壓高腐蝕性能要求非常高。國(guó)外的研究和應(yīng)用結(jié)果表明,使用耐蝕合金復(fù)合管是解決上述腐蝕問(wèn)題相對(duì)安全和經(jīng)濟(jì)的途徑之一[1—4]。目前符合這一特性的雙金屬?gòu)?fù)合管全部依靠進(jìn)口。

雙金屬?gòu)?fù)合管X52—X60/825是以全奧氏體鎳鐵鉻合金825為復(fù)層、低合金鋼X52—X60為基層,管層之間通過(guò)離心澆注技術(shù)形成冶金結(jié)合。其設(shè)計(jì)原則是基材滿足強(qiáng)度要求,合金層抵抗腐蝕。復(fù)合管X52—X60/825兼具了內(nèi)外兩種金屬的優(yōu)點(diǎn),相對(duì)于整體合金管能有效降低成本,而且在保證耐蝕性的同時(shí)提高整體強(qiáng)度及安全性。

2 離心坯料化學(xué)成分、金相組織

2.1 離心坯化學(xué)成分(見(jiàn)表1)

2.2 離心管坯鑄態(tài)夾雜和金相組織

圖1為離心管坯鑄態(tài)夾雜和金相組織,外層組織為鐵素體和珠光體,內(nèi)層組織為奧氏體和少量晶界析出相。

表1 離心坯化學(xué)成分

圖1 離心管坯金相組織

3 生產(chǎn)工藝流程

生產(chǎn)工藝流程:環(huán)形爐加熱→周期軋機(jī)軋制→熱鋸皮爾格頭、取樣→淬火+回火熱處理→內(nèi)外表面噴砂→超聲波探傷、水壓→檢驗(yàn)、包裝、入庫(kù)

4 周期軋機(jī)軋制工藝技術(shù)要求

4.1 裝料要求

工件在加熱之前必須進(jìn)行表面清理,保持表面清潔。在投X52—X60/825料前應(yīng)投至少1支?605mm×67.5mm左右的碳鋼毛管料用于調(diào)試軋機(jī)孔型和預(yù)熱芯棒,與X52—X60/825料之間不空角度。

4.2 加熱要求

由于X52—X60/825復(fù)合離心鑄坯兩種材質(zhì)復(fù)合,在加熱時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制加熱爐溫度,生產(chǎn)前應(yīng)校對(duì)加熱爐溫度儀表,以確保溫度控制準(zhǔn)確。采用從出料端進(jìn)料的方式,均熱段爐溫按1 230℃～1 240℃控制,在爐時(shí)間按1.5～2h控制,坯料應(yīng)燒透且溫度均勻,嚴(yán)防過(guò)燒。(視生產(chǎn)時(shí)碳鋼料加熱情況而定)。

4.3 軋制要求

(1)軋前毛管內(nèi)表面吹氧化鐵皮,軋制過(guò)程中喂入量應(yīng)均勻、適中,確保表面質(zhì)量和幾何尺寸;打頭和脫捧時(shí)關(guān)閉冷卻水。在保證設(shè)備安全且不超負(fù)荷的情況下,盡快完成軋制,嚴(yán)格控制終軋溫度在850℃以上,熱鋸切皮爾格頭。

(2)芯棒表面采用玻璃粉潤(rùn)滑,嚴(yán)禁用石墨粉潤(rùn)滑。

(3)鋼管不矯直。鋼管熱軋后24h內(nèi)必須進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。

5 試驗(yàn)結(jié)果與分析討論

成品管幾何尺寸精度均滿足技術(shù)要求,但該支鋼管軋制后出現(xiàn)了內(nèi)裂缺陷。其宏觀形貌見(jiàn)圖2。經(jīng)初步分析,該缺陷為管坯加熱溫度過(guò)高,或者在加熱溫度下加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致,即管坯發(fā)生了過(guò)熱或過(guò)燒現(xiàn)象。圖3、圖4、圖5分別為管體基層、皮爾格頭及過(guò)渡區(qū)的奧氏體晶粒度?？梢?jiàn),奧氏體晶粒粗大,晶界發(fā)生了氧化甚至晶界已局部溶化(見(jiàn)圖6、圖7)。

通過(guò)跟蹤實(shí)際生產(chǎn)時(shí)管坯的加熱情況,當(dāng)時(shí)碳鋼料已燒透且溫度均勻,沒(méi)有發(fā)生過(guò)熱及過(guò)燒情況。但離心坯的兩種材料由于導(dǎo)熱系數(shù)不同,當(dāng)爐溫顯示為1 230℃～1 240℃時(shí),復(fù)層溫度已達(dá)到過(guò)熱狀態(tài)。為避免該缺陷的產(chǎn)生,均熱段溫度應(yīng)按1 200℃～1 210℃控制。

圖2 鋼管內(nèi)裂形貌

圖3 基層晶粒度100×

圖4 皮爾格頭晶粒度100×

圖5 過(guò)渡區(qū)晶粒度100×

6 結(jié)論

(1)采用周期軋管機(jī)組軋制大口徑油氣田高腐蝕環(huán)境用X52—X60/825雙金屬?gòu)?fù)合管材的生產(chǎn)工藝是可行的,成品管幾何尺寸精度均滿足技術(shù)要求。

(2)鋼管軋制后出現(xiàn)的內(nèi)裂缺陷為管坯加熱時(shí)過(guò)熱或過(guò)燒所致,為避免該缺陷的產(chǎn)生,均熱段溫度應(yīng)按1 200℃～1 210℃控制。

圖7 晶界溶化50×

[1] 顧建忠.國(guó)外雙層金屬?gòu)?fù)合鋼管的用途及生產(chǎn)方法[J].上海金屬,2000,22(4):16—24.

[2] 宋彬.雙金屬?gòu)?fù)合管的制造及應(yīng)用[J].給水排水,2002,28(10):65—66.

[3] 曾德智,杜清松,谷壇等.雙金屬?gòu)?fù)合管防腐技術(shù)研究進(jìn)展[J].油氣田地面工程,2008, 27(12):64—65.

[4] 傅廣海.徐深氣田CO2防腐技術(shù)分析[J].油氣田地面工程,2008,27(4):66—67.

Hot Tolling Technology Studied for Super-caliber Bimetal Clad Pipe

HUANG Yun,ZHANG You-peng,CUI Qiong,YANG Xu

(Pangang group Chengdu steel vanadium Co.,LTD Steel pipe Research Institute,Chengdu 610300,Sichuan China)

This paper introduces the hot rolling process of Pilgering pipe mill of X52—X60/825 super-caliber bimetal clad pipe used for high corrosion environment in Oil and gas fields.And analyzed for the cause of internal crack in Pilgering-rolling process of X52—X60/825 bimetal clad pipe,it may provide a reference to avoid appearing again such defects.

large diameter;clad pipe;seamless steel pipe;Pilgering pipe;hot rolling process

1001—5108(2016)03—0026—03

TG335.83

A

黃云,碩士研究生,工程師,主要從事油井管新品開(kāi)發(fā)及技術(shù)服務(wù)工作。