超大口徑雙金屬復合管材熱軋工藝研究

黃 云,張友鵬,崔 邛,楊 旭

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都610303)

超大口徑雙金屬復合管材熱軋工藝研究

黃 云,張友鵬,崔 邛,楊 旭

(攀鋼集團成都鋼釩有限公司,四川成都610303)

介紹了采用周期軋管機組軋制超大口徑油氣田高腐蝕環境用X52—X60/825雙金屬復合管材的生產工藝,并針對X52—X60/825雙金屬復合管在周期軋制時發生內裂的原因進行了分析,為避免再次出現此類缺陷提供了借鑒。

大口徑;復合管;無縫鋼管;周期軋管;熱軋工藝

1 引言

隨著世界能源需求的日益增長,油氣田開采逐漸向深井、高腐蝕環境方向發展。目前,高腐蝕性油氣田在開采作業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,其余部分用作結構支撐,造成了資源的極大浪費。我國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、高腐蝕的惡劣環境,因此對于油井管的高溫高壓高腐蝕性能要求非常高。國外的研究和應用結果表明,使用耐蝕合金復合管是解決上述腐蝕問題相對安全和經濟的途徑之一[1—4]。目前符合這一特性的雙金屬復合管全部依靠進口。

雙金屬復合管X52—X60/825是以全奧氏體鎳鐵鉻合金825為復層、低合金鋼X52—X60為基層,管層之間通過離心澆注技術形成冶金結合。其設計原則是基材滿足強度要求,合金層抵抗腐蝕。復合管X52—X60/825兼具了內外兩種金屬的優點,相對于整體合金管能有效降低成本,而且在保證耐蝕性的同時提高整體強度及安全性。

2 離心坯料化學成分、金相組織

2.1 離心坯化學成分(見表1)

2.2 離心管坯鑄態夾雜和金相組織

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

表1 離心坯化學成分

圖1 離心管坯金相組織

3 生產工藝流程

生產工藝流程:環形爐加熱→周期軋機軋制→熱鋸皮爾格頭、取樣→淬火+回火熱處理→內外表面噴砂→超聲波探傷、水壓→檢驗、包裝、入庫

4 周期軋機軋制工藝技術要求

4.1 裝料要求

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

4.2 加熱要求

由于X52—X60/825復合離心鑄坯兩種材質復合,在加熱時應嚴格控制加熱爐溫度,生產前應校對加熱爐溫度儀表,以確保溫度控制準確。采用從出料端進料的方式,均熱段爐溫按1 230℃～1 240℃控制,在爐時間按1.5～2h控制,坯料應燒透且溫度均勻,嚴防過燒。(視生產時碳鋼料加熱情況而定)。

4.3 軋制要求

(1)軋前毛管內表面吹氧化鐵皮,軋制過程中喂入量應均勻、適中,確保表面質量和幾何尺寸;打頭和脫捧時關閉冷卻水。在保證設備安全且不超負荷的情況下,盡快完成軋制,嚴格控制終軋溫度在850℃以上,熱鋸切皮爾格頭。

(2)芯棒表面采用玻璃粉潤滑,嚴禁用石墨粉潤滑。

(3)鋼管不矯直。鋼管熱軋后24h內必須進行調質熱處理。

5 試驗結果與分析討論

成品管幾何尺寸精度均滿足技術要求,但該支鋼管軋制后出現了內裂缺陷。其宏觀形貌見圖2。經初步分析,該缺陷為管坯加熱溫度過高,或者在加熱溫度下加熱時間過長導致,即管坯發生了過熱或過燒現象。圖3、圖4、圖5分別為管體基層、皮爾格頭及過渡區的奧氏體晶粒度。可見,奧氏體晶粒粗大,晶界發生了氧化甚至晶界已局部溶化(見圖6、圖7)。

通過跟蹤實際生產時管坯的加熱情況,當時碳鋼料已燒透且溫度均勻,沒有發生過熱及過燒情況。但離心坯的兩種材料由于導熱系數不同,當爐溫顯示為1 230℃～1 240℃時,復層溫度已達到過熱狀態。為避免該缺陷的產生,均熱段溫度應按1 200℃～1 210℃控制。

圖2 鋼管內裂形貌

圖3 基層晶粒度100×

圖4 皮爾格頭晶粒度100×

圖5 過渡區晶粒度100×

6 結論

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

(2)鋼管軋制后出現的內裂缺陷為管坯加熱時過熱或過燒所致,為避免該缺陷的產生,均熱段溫度應按1 200℃～1 210℃控制。

圖7 晶界溶化50×

[1] 顧建忠.國外雙層金屬復合鋼管的用途及生產方法[J].上海金屬,2000,22(4):16—24.

[2] 宋彬.雙金屬復合管的制造及應用[J].給水排水,2002,28(10):65—66.

[3] 曾德智,杜清松,谷壇等.雙金屬復合管防腐技術研究進展[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發及技術服務工作。