316L/30Mn2 冶金復合油管的開發與力學性能檢測

0 前 言

隨著石油天然氣勘探力度的不斷加大， 高溫、 高壓、 高含H

S 和CO

、 高含Cl

和高含有機硫等惡劣腐蝕環境的油氣井開發力度也在逐漸加大， 油管在含有CO

、 H

S、 Cl

等腐蝕介質環境中服役時會發生腐蝕， 造成一定的經濟損失，同時還會導致人員傷亡、 停工停產和環境污染等災難性后果

， 進而對油管的耐蝕性提出較高要求。 由于雙金屬復合管兼具良好的耐蝕性和經濟性

， 近年來得到了廣泛應用

。 早期復合管為機械復合管， 主要應用于油氣輸送管道

， 近幾年， 復合油管的相關概念開始出現， 如管端結構

及制備技術

等， 但復合油管技術要求更高， 需要進一步深入研究。

本試驗以雙金屬復合油管替代常用的S13Cr油管， 分析了雙金屬復合油管的結構設計和技術要求， 通過相關工藝試驗測定其力學性能， 進一步驗證和討論復合油管的優勢與技術可行性， 為雙金屬復合油管的開發提供依據。

1 雙金屬復合油管的結構與技術要求

1.1 雙金屬復合油管的結構

由于油管管端采用螺紋連接， 因此要求雙金屬復合油管管端既要具備基管的高強度， 又要有耐蝕合金覆層的耐蝕性能。 復合油管管端結構如圖1 所示， 由圖1 可知， 管端主要由基管、 對接焊縫、 管端接環、 耐蝕合金 （CRA） 覆層、 復合界面、 螺紋等六部分組成， 這種特殊結構也增加了材料選擇和制造工藝的復雜性。

蘭德對電子郵件的興趣并不限于此。在20世紀90年代中期，研究人員提出了建立一個全國性通用電子郵件系統的構想，為每個美國居民提供一個電子郵件地址，并為那些上不起網的人提供計算機公共接入和經濟援助。

1.2 S13Cr 不銹鋼油管的性能及其應用

在S13Cr 馬氏體不銹鋼中添加Ni、 Mo 等合金元素， 研制出超低碳馬氏體不銹鋼， 即S13Cr不銹鋼。 S13Cr 不銹鋼的耐蝕性略低于雙相不銹鋼， 但高于傳統13Cr 不銹鋼

， 其強度高、 低溫韌性好、 焊接性好， 價格優勢明顯， 以抗硫碳鋼價格為基數1 計算， 傳統13Cr、 S13Cr 及雙相不銹鋼油管的價格比約為3:5:12

。 S13Cr 油管在1993 年開始得到應用， 已替代雙相不銹鋼，成為CO

腐蝕環境首選耐蝕材料

， 但其價格仍舊較高。 本研究旨在開發與S13Cr 不銹鋼油管性能相當的雙金屬復合油管， 從而為油管的制造提供更多選擇。

1.3 雙金屬復合油管的主要技術要求

雙金屬復合油管管體與一般復合管相同， 內覆層耐蝕性強， 基管力學性能高， 但管端須兼有高強度力學性能和防腐性能， 界面則應采用冶金復合的方式以滿足油管上卸扣及服役要求。 雙金屬復合油管基管通常采用鋼級為80 ksi、 95 ksi和110 ksi 的鋼材， 根據API SPEC 5CT 要求，雙金屬復合油管基管力學性能見表1。 同時， 耐蝕合金層的耐蝕性應當與S13Cr 相同； 管端接環及螺紋的力學性能與基管相同， 其耐蝕性與S13Cr 相同； 對接焊縫的力學性能與基管相同，根據API SPEC 5LD 的標準要求， 復合界面的剪切強度≥137.8 MPa。

2 雙金屬復合油管管段試制及力學性能檢測

2.1 材料化學成分及管材規格

不同部位的硬度主要取決于回火溫度，30Mn2 基管、 S13Cr 管端接環及對接焊焊縫的硬度隨回火溫度的變化曲線如圖3 所示。 由圖3可知， 30Mn2 淬火硬度高， 但隨回火溫度升高降低較快； S13Cr 管端接環及對接焊焊縫淬火硬度較低， 但在回火過程中降低較慢； 在450～650 ℃溫度區間內進行回火處理時， 三者硬度接近， 這表明在相同熱處理工藝條件下三者硬度接近。 這一結果主要是鋼中元素種類與含量不同對淬火硬度及抗回火性作用不同造成的結果。 30Mn2 基管、 S13Cr 管端接環及對接焊焊縫在淬火后均形成馬氏體， 馬氏體的硬度主要取決于碳含量， 30Mn2 含碳約0.3%， 遠高于后兩者， 因此淬火硬度較高； 另一方面，30Mn2 除碳外只含少量Mn， 回火抗力低， 回火溫度較低時， 硬度迅速降低， 回火溫度升高， 降低趨勢變緩。 S13Cr 管端接環及對接焊縫雖然淬火硬度低， 但鋼中含有大量Cr、 Mo等抗回火性元素， 致使回火時硬度緩慢降低。因此， 在一定回火溫度范圍內， 三者硬度比較接近。

2.2 試制工藝

成人高校的大學生有其自身特殊性，思想政治課教師應該發揮翻轉課堂教學模式的作用，促使成人高校大學生利用碎片化時間進行學習。

根據API SPEC 5LD 的要求， 對于冶金復合管， 以界面剪切強度表征界面結合強度， 其值不應小于137.8 MPa。 本試驗從管體、 管端接環及對接焊接頭切取界面剪切試樣進行剪切試驗， 剪切強度試樣與試驗示意圖如圖4 所示， 結果測得3 組試樣的剪切強度均在210～240 MPa 范圍內。

根據API SPEC 5CT 的規定， N80Q、 C95、T95、 P110 鋼級油管熱處理工藝為淬火+回火，因此， 需對復合油管基管進行淬火、 回火熱處理。 加熱后快速冷卻可完成基管淬火處理， 但由于釬焊溫度遠高于正常淬火溫度， 因此必須重新進行淬火熱處理， 然后回火。 熱處理試驗過程： 在850～980 ℃溫度區間內對油管基管進行加熱淬火處理， 在400～650 ℃溫度區間內進行回火處理。

2.3 試制管段的力學性能檢測

在硬度試驗的基礎上， 優化出3 組熱處理工藝， 對試制管段分別進行熱處理， 去除覆層， 拉伸試樣與沖擊試樣制備方法見表3， 按表3 制備管段不同部位的拉伸試樣與沖擊試樣。 測定拉伸性能和在0 ℃下的沖擊性能， 結果見表4， 由表4 可知， 拉伸性能與沖擊性能分別滿足80 ksi、95 ksi 和110 ksi 鋼級的要求。 抗拉強度和屈服強度結果與硬度結果相似， 即在一定溫度范圍內回火時， 30Mn2 基管、 S13Cr 管端接環及對接焊焊縫三者強度指標相近， 可分別滿足三個鋼級的要求。

試制雙金屬復合油管規格為Φ88.9 mm×（6.45+2） mm， 其不同部位化學成分及規格見表2。

2.3.1 硬度、 拉伸與沖擊試驗

2.3.2 界面剪切強度試驗

冶金復合采用鎳基釬料， 通過釬焊復合的方法， 將機械復合管加熱至1 050～1 150 ℃， 使釬料熔化、 填充釬縫， 釬料凝固后， 即可實現內、外管間冶金復合。

此外， 根據API SPEC 5LD 的規定， 進行了壓扁試驗。 從管體及管端接環切取環狀試樣， 壓扁至管壁接近貼合， 覆層無剝離， 壓扁試驗后宏觀形貌如圖5 所示， 由圖5 可知， 復合油管的冶金復合良好。

為試制雙金屬復合油管管段， 采用釬焊復合+熱處理強化新技術， 工藝流程如圖2 所示。基管與管端接環對接焊采用超低碳馬氏體不銹鋼焊絲， 采用TIG 焊焊接。 裝配后， 在基管、 釬料層和內管間存在宏觀間隙和氣體， 可通過機械復合的方式進行內管擴徑， 從而消除間隙， 排出氣體， 為冶金復合作好準備。

3 雙金屬復合油管的優勢及技術可行性

3.1 雙金屬復合油管的優勢

與技術成熟、 應用廣泛的機械復合管相比， 冶金復合管技術尚不成熟， 應用較少， 特別對于結構復雜的復合油管， 不同部位經相同熱處理后很難獲得相近的力學性能。 本研究通過試制高性能冶金復合油管管段， 合理選材、優化工藝， 提高了冶金復合質量和管體的力學性能。 試驗證明， 高性能雙金屬復合油管制造技術是可行的。 另外， 采用釬焊成形的方法進行雙金屬復合管冶金復合， 最大限度地利用了傳統成熟的管材生產技術， 減小了冶金復合的技術難度， 簡化了后續工序， 是一種快速高效、 質量可靠、 經濟性好的雙金屬復合鋼管生產方法。

3.2 雙金屬復合油管的技術可行性

雙金屬復合油管除了具有一般耐蝕合金復合管耐蝕性好、 性價比高的優點外， 同時， 由于其采用界面冶金復合的方式， 可承受彎、 扭等塑性變形及應力、 溫度的影響， 應用范圍更廣。 因此， 雙金屬復合油管是一種用途更廣、 附加值更高的耐蝕復合管材， 并且價格優勢明顯， 可替代耐蝕合金油管。

李公甫是個普通男人。他第一次出場，就被上司訓了個狗血淋頭：“公庫銀子屢次失竊，實在非同小可，此案若是不破，不能夠追回庫銀，那本縣的前程不僅是栽在你的身上，連腦袋都要搬家了！”

近年來,我國高血壓發病率越來越高,這嚴重影響了患者的身體健康,由于常規圍術期護理方法具有全面性差、針對性低等不足,且往往忽視護理細節,這不僅影響了病情的快速康復,同時也降低了患者的生活質量[3]。近幾年,延續性護理干預越來越受到人們的重視,該護理模式主要針對解決臨床中實際遇到的護理問題,同時綜合患者需求、護理專業水平等方面,從而制定最佳護理方案,避免了常規護理工作的主觀性、盲目性等缺點,大大提高了護理人員的專業水平及工作積極性。總之,延續性護理可明顯改善老年高血壓患者的血壓水平,提高了患者的生活質量,緩和了護患關系,值得推廣應用。

4 結 論

（1） 采用釬焊成形的焊接方法進行雙金屬管冶金復合， 得到的雙金屬復合油管管體界面剪切強度為210～240 MPa。

有機水果在生產過程中，由于生產技術標準要求較高，在果樹栽培過程中禁止使用農藥化肥、除草劑生物調節劑。有機果樹施肥應該以有機肥為主，禁止使用化肥，有機肥主要選擇完全腐熟的農家肥，或沼氣生產過程中所產生的沼液沼渣，有條件的種植戶推廣使用生物菌肥。

（2） 在相同熱處理工藝下， 雙金屬復合油管的30Mn2 基管、 S13Cr 管端接環及對接焊縫的硬度相近， 而在不同熱處理工藝下， 基管的力學性能分別滿足80 ksi、 95 ksi 和110 ksi 鋼級油管的力學性能要求。

經過第一年的養殖，默默觀察任昌奎的村民們眼見為實看到了在不影響水稻收成的情況下養殖泥鰍帶來的巨大的額外利潤。貧困戶任昌橋是第一個提出想和任昌奎合作的人。“雖然資金、時間和精力投入要多一些，可后期的利潤非常可觀，我當時就想能不能和任昌奎一起養，沒想到他很爽快同意了。”任昌橋說。任昌奎便順勢而為，成立了柒號種養殖專業合作社，合作社與農戶以土地、資金、勞動力等方式入股。2018年擴大養殖面積，與26戶農民簽訂了土地流轉合同，流轉土地310畝，全部農戶以土地、勞力等多種方式入股，其中貧困戶占5戶。

（3） 本研究管段試制及力學性能檢測結果表明， 高性能雙金屬冶金復合油管制備技術是可行的。

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