鎳基合金油管技術(shù)特點(diǎn)及監(jiān)造要點(diǎn)

王長安 王可欣 張小華 楊社民

（1.中油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院北京隆盛泰科石油管科技有限公司，北京100101；2.西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 西安 710065；3.中國石化管道儲運(yùn)有限公司， 江蘇 徐州 221008；4.中國石油東南亞管道公司，北京100028）

鎳基合金油管技術(shù)特點(diǎn)及監(jiān)造要點(diǎn)

王長安1王可欣2張小華3楊社民4

（1.中油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院北京隆盛泰科石油管科技有限公司，北京100101；2.西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 西安 710065；3.中國石化管道儲運(yùn)有限公司， 江蘇 徐州 221008；4.中國石油東南亞管道公司，北京100028）

主要通過鎳基合金特點(diǎn)、鎳基合金生產(chǎn)工藝及監(jiān)造要點(diǎn)等方面進(jìn)行分析和探討，提出了鎳基合金油管各工藝容易出現(xiàn)問題及監(jiān)造要點(diǎn)。

鎳基合金；工藝；問題；處理

在我國四川、新疆新開發(fā)的天然氣田中，H2S和CO2的含量非常高，地層水中含有較高濃度的Cl_，管材的服役條件惡劣，超級13Cr、22Cr～25Cr雙相不銹鋼在某些油田已經(jīng)不能滿足工況服役條件的要求，在這種情況下，鎳基合金油套管孕育而生，實(shí)踐證明：鎳基合金油套管有較好的抗腐蝕性能，已在四川新開發(fā)的高腐蝕性天然氣田中得到很好的應(yīng)用。

一、鎳基合金特點(diǎn)

鎳基合金作為鎳基耐腐蝕性合金，主要有以下幾個特點(diǎn)。

1.冶煉特點(diǎn)

根據(jù)合金的化學(xué)成分，特別是C、S、P、Si等元素的含量以及對純度的要求，可用電弧爐、真空感應(yīng)爐冶煉，也可用二次精煉工藝進(jìn)行冶煉。為使G3耐蝕合金具有良好的熱塑性，冶煉時要嚴(yán)格控制脫氧工藝。

2.冷加工性能

鎳基合金通常都有較好的冷加工性能。每次固溶或退火處理后，允許的冷加工變形量一般在20%～80%之間。

3.熱處理工藝

用固溶處理以求最大限度地固溶合金中的各種沉淀相，以獲得良好的耐蝕性和力學(xué)性能。由于晶粒度對合金耐晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕都有影響，G3耐蝕合金為了細(xì)化晶粒，常采用比較低的固溶處理溫度。此外對G3耐蝕合金既要求耐蝕性又要求有高硬度，因而多采用在固溶后再進(jìn)行一次或二次時效處理的工藝。

二、G3耐腐蝕性鎳基合金生產(chǎn)工藝及監(jiān)造要點(diǎn)

鑒于鎳基合金的特點(diǎn)和交貨技術(shù)條件的要求，工廠采取了相應(yīng)的生產(chǎn)工藝，具體工藝流程圖見圖1，各生產(chǎn)工藝及監(jiān)造要點(diǎn)詳細(xì)說明如下。

圖1 鎳基合金生產(chǎn)工藝流程圖

1.煉鋼

采取電弧爐加真空感應(yīng)爐進(jìn)行冶煉的，煉鋼崗位為監(jiān)造組非監(jiān)督崗位。

2.鍛造

由于鎳基合金的組織主要是粗大的奧氏體組織，所以其鍛造工藝比較復(fù)雜。這類鋼的加工硬化效應(yīng)很大，鍛造時形變阻力很大，造成鍛造困難。這種阻力隨溫度的升高而降低。所以，在不致引起對塑性有害的鐵素體（α相）析出的情況下，應(yīng)適當(dāng)?shù)奶岣呒訜釡囟取ｅ懺鞃徫粸楸O(jiān)造組非監(jiān)督崗位。

3.熱擠壓

熱擠壓是將金屬材料加熱到熱鍛成形溫度進(jìn)行擠壓，即在擠壓前將坯料加熱到金屬的再結(jié)晶溫度以上的某個溫度下進(jìn)行的擠壓。熱擠壓工藝的主要過程如下：坯料制備→坯料加熱→擠壓成形（預(yù)成形，終成形）→后續(xù)工序（沖孔、校正或精壓）→擠壓件熱處理（退火、正火）→表面處理→精加工（切削），在擠壓時，擠壓模型腔內(nèi)的坯料處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于提高坯料的塑性，所以即使在高溫下塑性很低的材料，也能承受很大的塑性變形，而不致于發(fā)生破壞。熱擠壓工藝具有以下優(yōu)勢：（1）熱擠壓金屬的塑性好，降低了變形抗力，使總的擠壓力大大下降。（2）熱擠壓可以連續(xù)成形，有利于提高生產(chǎn)效率。鑒于熱擠壓工藝的特殊性，監(jiān)造要點(diǎn)主要為：（1）熱擠壓毛坯的加熱應(yīng)符合規(guī)范要求，防止產(chǎn)生加熱缺陷。（2）熱擠壓潤滑劑選擇和使用的合理性：熱擠壓時，坯料的溫度處于1000℃以上，任何適應(yīng)于冷擠壓的潤滑劑，都會在此高溫下產(chǎn)生分解，不僅不能起到潤滑作用，還會因其性質(zhì)的改變，增加了坯料表面與模具的摩擦力。鎳基合金項(xiàng)目使用的潤滑劑為水劑石墨潤滑劑。（3）成型擠壓管后尺寸的抽查：抽檢部分熱擠壓管幾何尺寸數(shù)據(jù)，防止尺寸偏離比較嚴(yán)重的熱擠壓管進(jìn)入下道工序。

4.固溶處理

固溶處理就是將鋼加熱到1000～1100℃的高溫，經(jīng)保溫后使碳化物、σ相等分解、固溶，得到成分均勻的單一奧氏體組織，然后水淬，使高溫的穩(wěn)定奧氏體一直保持到常溫的一種熱處理方式。鑒于熱處理工藝的特點(diǎn)，監(jiān)造要點(diǎn)為：（1）加熱溫度：選擇固溶加熱溫度的原則是：既要防止過燒，又要使過剩相(強(qiáng)化相)最大限度地溶入固溶體，對于含碳量較高的鋼以及含有提高σ相存在上限溫度的元素（如鉬、硅等）的鋼，其固溶處理的溫度相應(yīng)提高，以保證碳化物、σ相的充分固溶。但要注意，固溶處理的溫度不宜過高，以免因溫度過高而使鋼中析出鐵素體，將影響鋼的相關(guān)性能。（2）保溫時間：固溶保溫的目的在于使工件燒透，并使強(qiáng)化相充分溶解和固溶體均勻化。確定保溫時間應(yīng)考慮工件厚度、塑性變形程度及原始組織。（3）冷卻：固溶后的冷卻必須足夠迅速，以免析出粗大的過剩相，因此應(yīng)控制淬火轉(zhuǎn)移時間，選擇適宜的淬火介質(zhì)。（4）金相試驗(yàn)分析：通過金相分析了解固溶處理析出相是否滿足交貨技術(shù)條件的要求。

5.冷軋

冷軋就是再結(jié)晶溫度下的軋制。通過冷軋工藝可以得到外徑、壁厚和表面質(zhì)量都較好的成品管。鎳基合金是通過冷加工硬化來獲得足夠的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的，變形量是決定強(qiáng)度的根本因素。鎳基合金接箍壁厚較大，這就限制了冷軋變形量，所以接箍的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度會比油管和短節(jié)管體低一些。鑒于熱處理工藝的特點(diǎn)，監(jiān)造要點(diǎn)為：（1）表面質(zhì)量：鎳基合金交貨技術(shù)條件對G3表面質(zhì)量要求很高，所以按照交貨條件進(jìn)行表面外觀檢查。（2）幾何尺寸抽查主要包括直度、橢圓度、壁厚和外徑。

6.探傷

由于鎳基合金材料組織是粗大的奧氏體組織，所以其在選擇探頭頻率和波長方面很有講究；鑒于信噪比較低，所以在減小噪聲影響方面應(yīng)該有專門的對策。監(jiān)造要點(diǎn)為：（1）靈敏度校驗(yàn)：檢查檢驗(yàn)試樣是否符合加工要求、校樣過程的規(guī)范性。（2）連探隨機(jī)抽查：檢查操作人員是否持有超聲波探傷證書，隨機(jī)抽查超聲波崗位。

7.理化試驗(yàn)

理化試驗(yàn)是檢驗(yàn)光管質(zhì)量的最有效和最直接的手段，通過理化試驗(yàn)?zāi)軌蛲暾逦亓私怃摴苁欠襁_(dá)到供貨的要求，鑒于鎳基合金理化試驗(yàn)的特殊性，監(jiān)造要點(diǎn)為：（1）檢驗(yàn)試樣是否符合要求：由于鎳基合金成型過程變形量較大，造成合金內(nèi)應(yīng)力較大，機(jī)加工試樣容易產(chǎn)生嚴(yán)重彎曲等大變形，對試驗(yàn)結(jié)果可能產(chǎn)生影響，對于嚴(yán)重變形試樣應(yīng)重取試樣進(jìn)行試驗(yàn)；由于G3材質(zhì)偏軟的特性，造成試樣機(jī)加工精度并不精確，對于試樣尺寸不合格的試樣應(yīng)重取試樣進(jìn)行試驗(yàn)。（2）試驗(yàn)操作是否符合規(guī)范要求：試驗(yàn)人員是否具備相應(yīng)的資質(zhì)，測量尺寸是否準(zhǔn)確，人員操作是否合理。（3）審核理化報告：及時審核理化報告，對于出現(xiàn)問題的爐批號進(jìn)行記錄，嚴(yán)重問題及時和工廠進(jìn)行溝通。

8.光管后續(xù)工序

光管后續(xù)工序包括水壓、管體加工、機(jī)擰、噴標(biāo)、包裝和發(fā)貨。管體加工螺紋為特殊扣，鑒于特殊扣的保密性，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為廠內(nèi)的商檢標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)造要點(diǎn)為：（1）水壓試驗(yàn)：水壓試驗(yàn)壓力和保壓時間是否符合要求。（2）螺紋參數(shù)抽查：隨機(jī)抽檢螺紋參數(shù)保證不出現(xiàn)批量性螺紋參數(shù)不合格現(xiàn)象。（3）噴標(biāo)和包裝：對鎳基合金噴標(biāo)和包裝，標(biāo)準(zhǔn)都有詳細(xì)要求，抽查工廠是否按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行噴標(biāo)和包裝。

三、結(jié)論及建議

鎳基合金油管是國內(nèi)最新出現(xiàn)的針對特定油田供貨的高耐腐蝕性能產(chǎn)品，在該產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)多注重以下問題：（1）煉鋼工藝，從源頭上控制鎳基合金油管質(zhì)量。（2）加強(qiáng)熱擠壓和冷軋工藝的研究，從成型工藝上提高光管成型質(zhì)量。（3）提高理化試驗(yàn)規(guī)范性及試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。（4）使用性能好的刀具、加強(qiáng)打磨、提高速度、及時換刀，更好的解決粘刀現(xiàn)象。

[1]ISO 13680,Petroleum and natural gas industries-C orrosion-resistant alloy seamless tubes for use as casing,tubing and coupling stock-T echnical delivery condition.

TE925+.3

B

1671-0711（2016）06-0026-02