鎳基合金油管技術特點及監造要點

王長安 王可欣 張小華 楊社民

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

鎳基合金油管技術特點及監造要點

王長安1王可欣2張小華3楊社民4

（1.中油集團石油管工程技術研究院北京隆盛泰科石油管科技有限公司，北京100101；2.西安石油大學材料科學與工程學院， 陜西 西安 710065；3.中國石化管道儲運有限公司， 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、鎳基合金生產工藝及監造要點等方面進行分析和探討，提出了鎳基合金油管各工藝容易出現問題及監造要點。

鎳基合金；工藝；問題；處理

在我國四川、新疆新開發的天然氣田中，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，已在四川新開發的高腐蝕性天然氣田中得到很好的應用。

一、鎳基合金特點

鎳基合金作為鎳基耐腐蝕性合金，主要有以下幾個特點。

1.冶煉特點

根據合金的化學成分，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、真空感應爐冶煉，也可用二次精煉工藝進行冶煉。為使G3耐蝕合金具有良好的熱塑性，冶煉時要嚴格控制脫氧工藝。

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性能。由于晶粒度對合金耐晶間腐蝕和應力腐蝕都有影響，G3耐蝕合金為了細化晶粒，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工藝及監造要點

鑒于鎳基合金的特點和交貨技術條件的要求，工廠采取了相應的生產工藝，具體工藝流程圖見圖1，各生產工藝及監造要點詳細說明如下。

圖1 鎳基合金生產工藝流程圖

1.煉鋼

采取電弧爐加真空感應爐進行冶煉的，煉鋼崗位為監造組非監督崗位。

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雜。這類鋼的加工硬化效應很大，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，應適當的提高加熱溫度。鍛造崗位為監造組非監督崗位。

3.熱擠壓

熱擠壓是將金屬材料加熱到熱鍛成形溫度進行擠壓，即在擠壓前將坯料加熱到金屬的再結晶溫度以上的某個溫度下進行的擠壓。熱擠壓工藝的主要過程如下：坯料制備→坯料加熱→擠壓成形（預成形，終成形）→后續工序（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，擠壓模型腔內的坯料處于強烈的三向壓應力狀態，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，而不致于發生破壞。熱擠壓工藝具有以下優勢：（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）熱擠壓可以連續成形，有利于提高生產效率。鑒于熱擠壓工藝的特殊性，監造要點主要為：（1）熱擠壓毛坯的加熱應符合規范要求，防止產生加熱缺陷。（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，任何適應于冷擠壓的潤滑劑，都會在此高溫下產生分解，不僅不能起到潤滑作用，還會因其性質的改變，增加了坯料表面與模具的摩擦力。鎳基合金項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據，防止尺寸偏離比較嚴重的熱擠壓管進入下道工序。

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，監造要點為：（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，將影響鋼的相關性能。（2）保溫時間：固溶保溫的目的在于使工件燒透，并使強化相充分溶解和固溶體均勻化。確定保溫時間應考慮工件厚度、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，因此應控制淬火轉移時間，選擇適宜的淬火介質。（4）金相試驗分析：通過金相分析了解固溶處理析出相是否滿足交貨技術條件的要求。

5.冷軋

冷軋就是再結晶溫度下的軋制。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度和抗拉強度的，變形量是決定強度的根本因素。鎳基合金接箍壁厚較大，這就限制了冷軋變形量，所以接箍的屈服強度和抗拉強度會比油管和短節管體低一些。鑒于熱處理工藝的特點，監造要點為：（1）表面質量：鎳基合金交貨技術條件對G3表面質量要求很高，所以按照交貨條件進行表面外觀檢查。（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該有專門的對策。監造要點為：（1）靈敏度校驗：檢查檢驗試樣是否符合加工要求、校樣過程的規范性。（2）連探隨機抽查：檢查操作人員是否持有超聲波探傷證書，隨機抽查超聲波崗位。

7.理化試驗

理化試驗是檢驗光管質量的最有效和最直接的手段，通過理化試驗能夠完整清晰地了解鋼管是否達到供貨的要求，鑒于鎳基合金理化試驗的特殊性，監造要點為：（1）檢驗試樣是否符合要求：由于鎳基合金成型過程變形量較大，造成合金內應力較大，機加工試樣容易產生嚴重彎曲等大變形，對試驗結果可能產生影響，對于嚴重變形試樣應重取試樣進行試驗；由于G3材質偏軟的特性，造成試樣機加工精度并不精確，對于試樣尺寸不合格的試樣應重取試樣進行試驗。（2）試驗操作是否符合規范要求：試驗人員是否具備相應的資質，測量尺寸是否準確，人員操作是否合理。（3）審核理化報告：及時審核理化報告，對于出現問題的爐批號進行記錄，嚴重問題及時和工廠進行溝通。

8.光管后續工序

光管后續工序包括水壓、管體加工、機擰、噴標、包裝和發貨。管體加工螺紋為特殊扣，鑒于特殊扣的保密性，檢驗標準為廠內的商檢標準，監造要點為：（1）水壓試驗：水壓試驗壓力和保壓時間是否符合要求。（2）螺紋參數抽查：隨機抽檢螺紋參數保證不出現批量性螺紋參數不合格現象。（3）噴標和包裝：對鎳基合金噴標和包裝，標準都有詳細要求，抽查工廠是否按照標準要求進行噴標和包裝。

三、結論及建議

鎳基合金油管是國內最新出現的針對特定油田供貨的高耐腐蝕性能產品，在該產品生產中應多注重以下問題：（1）煉鋼工藝，從源頭上控制鎳基合金油管質量。（2）加強熱擠壓和冷軋工藝的研究，從成型工藝上提高光管成型質量。（3）提高理化試驗規范性及試驗結果的準確性。（4）使用性能好的刀具、加強打磨、提高速度、及時換刀，更好的解決粘刀現象。

[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