HFW焊管熱張力減徑前后的壓扁試驗(yàn)結(jié)果分析

竇茂科，陳浩明，吳 濤，吳鵬飛，閻 龍

（寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞721008）

HFW焊管熱張力減徑前后的壓扁試驗(yàn)結(jié)果分析

竇茂科，陳浩明，吳 濤，吳鵬飛，閻 龍

（寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞721008）

采用高頻焊（HFW）+熱張力減徑新工藝（簡稱SEW工藝）試制石油套管管坯，在熱張力減徑前后分別取樣進(jìn)行壓扁試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，HFW管經(jīng)過熱張力減徑后，壓扁試驗(yàn)全部合格，即使試樣壓扁至內(nèi)壁貼合時，焊縫有微小裂紋的試樣也很少；這說明焊縫的塑性變形能力顯著改善，達(dá)到了焊管無縫化的目的。

焊管；HFW管；SEW管；壓扁試驗(yàn)；熱張力減徑

HFW焊管因其壁厚均勻、幾何精度高、內(nèi)在組織均勻、高強(qiáng)度、高韌性等優(yōu)勢，在油井管領(lǐng)域被廣泛采用，尤其是在國外HFW焊管用作油套管比例達(dá)到了40%，并且隨著所用板材性能的提高，這種優(yōu)勢將進(jìn)一步擴(kuò)大。相比無縫管，HFW焊管的焊縫質(zhì)量成為制約其應(yīng)用的首要因素，只要能提高焊縫質(zhì)量，即實(shí)現(xiàn)焊管無縫化，將使HFW焊管進(jìn)入高端油井管領(lǐng)域[1-2]。高頻焊（HFW）+熱張力減徑（焊管整體加熱及減徑軋制）就是一種比較好的實(shí)現(xiàn)焊管無縫化的工藝，簡稱SEW工藝，該工藝不僅可以改善焊縫區(qū)組織，使焊縫和母材性能趨于一致，還可以擴(kuò)大產(chǎn)品規(guī)格范圍[3]。

寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司現(xiàn)已成功建成了一條此類油套管生產(chǎn)線，本研究對生產(chǎn)中的壓扁試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析。

1 試樣制備

1.1 HFW管坯制造

將卷板縱剪成窄鋼帶，然后通過成型、HFW焊接及切管形成毛坯管。具體工藝流程：卷板→縱剪→拆卷→對頭焊→活套→銑邊→成型→HFW焊接→焊縫超聲波檢測→定徑→定尺切斷成40～70m的φ193.7mm毛坯管。

取樣位置為每卷料的料頭、料尾、停機(jī)前后各取樣2個，焊縫分別置于90°和0°位置做壓扁試驗(yàn)。

1.2 熱張力減徑

采用中頻電感應(yīng)加熱爐對φ193.7mm毛坯管進(jìn)行全管體加熱，加熱溫度為鋼的Ac3溫度以上（950～980℃），經(jīng)過張減機(jī)多機(jī)架的熱機(jī)械軋制，將φ193.7mm毛坯管軋制成φ139.7mm的管坯，再通過旋轉(zhuǎn)熱鋸切成10m的定尺管坯，經(jīng)過控制冷卻后上冷床進(jìn)行空冷。具體工藝流程：φ193.7mm毛坯管→全管體中頻感應(yīng)加熱→熱張力減徑至φ139.7mm→定尺切斷→控制冷卻→空冷→套管管坯。

對套管管坯每20根取樣1次，每次2個，焊縫分別置于90°和0°位置做壓扁試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照GB/T 246—2007《金屬管壓扁試驗(yàn)方法》和APISPEC 5CT要求進(jìn)行壓扁試驗(yàn)；試樣管環(huán)長度為80 mm，每次取2個管環(huán)樣，分別用作90°和0°壓扁試驗(yàn)[4-5]。本次壓扁試驗(yàn)不但在要求的壓扁量時檢查試樣是否有裂紋，而且增加了焊縫發(fā)生裂紋時的平板間距的數(shù)據(jù)。然后對裂紋發(fā)生時的平板間距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。試驗(yàn)條件見表1。

表1 試驗(yàn)條件

首先，在同一組試驗(yàn)內(nèi)對比。HFW管在熱張力減徑前，90°壓扁試驗(yàn)所有試樣焊縫都會開裂，開裂時平板間距為50～90mm；0°壓扁試驗(yàn)也有20%的試樣開裂。經(jīng)過熱張力減徑后，90°壓扁試驗(yàn)75%的試樣沒有裂紋發(fā)生，剩余發(fā)生裂紋的SEW試樣，裂紋都發(fā)生在接近壓扁貼合時，完全滿足APISPEC 5CT要求；0°壓扁試驗(yàn)則在壓扁貼合時所有試樣都沒有裂紋發(fā)生。綜上所述，相比HFW管，熱張力減徑后焊縫性能明顯改善。壓扁試驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)高于APISPEC 5CT標(biāo)準(zhǔn)要求。即使試樣壓扁至內(nèi)壁貼合時，焊縫有微小裂紋的試樣也很少，焊縫性能與母材基本一致，達(dá)到了焊管無縫化的目的。

其次，對兩組試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。試驗(yàn)1的HFW管90°壓扁試驗(yàn)結(jié)果比試驗(yàn)2的HFW管90°壓扁試驗(yàn)結(jié)果差，但試驗(yàn)1的SEW管90°壓扁試驗(yàn)結(jié)果比試驗(yàn)2的SEW管90°壓扁試驗(yàn)好。這是因?yàn)樵囼?yàn)1的材質(zhì)合金含量更高，使碳當(dāng)量提高，降低了可焊性，所以HFW管壓扁試驗(yàn)結(jié)果稍差。而增加的合金元素有利于焊縫在熱張減軋制時的熔合，優(yōu)化焊縫區(qū)組織，使焊縫和母材性能趨于一致，所以試驗(yàn)1的SEW管的壓扁性能反而好。這說明材質(zhì)、HFW焊接工藝對熱張力減徑也有一定的影響。

壓扁試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如圖1～圖4所示。

圖1 試驗(yàn)1中90°壓扁數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

對比熱張力減徑前后焊縫壓扁開裂的典型，因?yàn)樵诒驹囼?yàn)中，HFW管焊接后沒有焊縫熱處理，所以HFW管大都是脆性斷裂[6-7]。而SEW管是韌性斷裂，并且裂紋一般很小，為不連貫的裂紋。壓扁后管體形貌如圖5所示。

圖2 試驗(yàn)1中0°壓扁數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖3 試驗(yàn)2中90°壓扁數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖4 試驗(yàn)2中0°壓扁數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

HFW焊管經(jīng)過熱張力減徑后，焊縫質(zhì)量大幅度提高，主要是因?yàn)楹腹芙?jīng)過整體加熱后，焊管組織完全奧氏體化，消除了殘余應(yīng)力、晶粒變形，使得焊縫各化學(xué)元素及組織更均勻[8-10]；緊接著的連續(xù)多道次的軋制，晶粒發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，使焊縫晶粒細(xì)化、焊縫熔合度更高，金屬流線逐漸消除。圖6和圖7是熱張力減徑前后焊縫區(qū)的顯微組織形貌對比，從圖6和圖7中可以看到，未經(jīng)過熱張力減徑的HFW管焊縫中心及熱影響區(qū)的組織是先共析鐵素體、珠光體和魏氏體，經(jīng)過熱張力減徑后，管樣焊縫區(qū)和母材的組織均為等軸鐵素體+細(xì)珠光體，鐵素體晶粒尺寸均勻，金屬流線也基本消除。

4 結(jié) 論

（1）采用高頻焊（HFW）+熱張力減徑工藝生產(chǎn)石油套管，焊縫性能改善明顯，壓扁試驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)高于APISPEC 5CT標(biāo)準(zhǔn)要求。即使試樣壓扁至內(nèi)壁貼合時，焊縫有微小裂紋的試樣也很少，焊縫性能與母材基本一致，接近了焊管無縫化的目的。

（2）對于SEW工藝，母材材質(zhì)對熱張力減徑后壓扁試驗(yàn)有一定的影響。

圖5 壓扁后管體形貌

圖6 熱張力減徑前焊縫組織形貌

圖7 熱張力減徑后焊縫組織形貌

［1］李周波，畢宗岳，張峰，等.Q125鋼級SEW石油套管的研發(fā)［J］.焊管， 2013， 36（8）： 32-35.

［2］冀偉，趙實(shí)鳴，吳穎.焊管無縫化生產(chǎn)工藝技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用前景[J].天津冶金，1998（3）：1-5.

［3］畢宗岳.HFW焊管熱張力減徑后的組織與性能［J］.焊管， 2013， 36（10）： 5-10.

［4］APISPEC 5CT（第 9 版）， 套管和油管規(guī)范［S］.

［5］GB/T 246—2007《金屬管 壓扁試驗(yàn)方法》[S].

［6］曹雷，劉曉丹.在線熱處理對焊接套管焊縫質(zhì)量的作用[J].鋼管,2012,41（6）：79-81.

［7］丁曉麗，斯松華，丁志龍.熱處理對N80級ERW 套管鋼組織與性能的影響[J].熱加工工藝，2011（10）：194-196.

［8］畢洪運(yùn)，陸明和.ERW直縫焊管焊縫形態(tài)與金相檢驗(yàn)評價[J].寶鋼技術(shù)， 2006（3）：15-19.

［9］黃友陽.高頻焊管金屬流線的形成形態(tài)與分析[J].鋼管， 2000（6）： 31-36.

［10］劉新禮.非金屬夾雜物對鋼的機(jī)械與工藝性能的影響[J].甘肅冶金.2008（2）：17-22.

Analysis on Flattening Test Result of HFW Pipe before and after Hot Stretch Reducing

DOU Maoke,CHEN Haoming,WU Tao,WU Pengfei,YAN Long
（Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji721008,Shaanxi,China)

Adopting a new process of high frequency welding(HFW)+hot stretch reducing(referred to as SEW）to conduct trial produce for oil casing billet，then the flattening tests were carried out respectively for sample pipe before and after hot stretch reducing.The results indicated that flattening tests all qualified,even if the sample is crushed to the lining joint,the specimens with tiny crack in weld are few.This showed that the plastic deformation capacity of weld is improved significantly,achieves the purpose ofwelded pipe seamless.

welded pipe； HFW pipe;SEW pipe;flattening test;hotstretch reducing

TG441.7

B

1001－3938（2015）11-0048-04

竇茂科（1986—）,男,畢業(yè)于西安交通大學(xué)，助理工程師,主要從事SEW制管設(shè)備管理與生產(chǎn)技術(shù)工作。

2015-03-02

羅 剛