任何破壞由軋輥、頂頭、導板三者形成的變形區幾何形狀正確性的因素,都將使毛管壁厚不均加劇。
(1)頂頭。①頂頭的形狀設計,理想的頂頭輾軋錐應與軋輥出口錐平行,如果按照傳統的馬特維也夫公式設計頂頭,其頂頭的輾軋錐與軋輥的出口錐是不平行的,金屬在這樣一個逐漸擴大的間隙內變形,勢必造成管壁輾軋不充分而導致毛管壁厚不均,而且,隨送進角的增大毛管壁厚不均更加嚴重;②由于頂桿的剛度不夠,在穿孔過程中產生彎曲,使頂頭不能保持對中位置,從而使穿出的毛管壁厚不均;③頂頭的不均勻磨損或損壞。
(2)導板。①導板距過大,在穿孔過程中是依靠導板的限制作用來保持穿孔中心線的,導板距大,頂頭在上下位置變化大,使頂頭不穩定,導致毛管壁厚不均。②上、下導板的不均勻磨損也會加劇壁厚不均程度。
(3)軋輥。①軋輥中心線偏斜:在生產過程中,由于穿孔機兩側壓下螺絲安裝不正確,或由于螺紋和軸承磨損而使兩輥間軸向發生水平偏斜,兩個軋輥的送進角不一致使變形區發生畸變而導致壁厚不均。②大送進角下導致頂頭與軋輥的輾軋錐更不平行。③軋輥轉速不當也會影響壁厚精度。
(4)管坯的定心和加熱。定心孔偏心和加熱不均勻(陰陽面)都將造成壁厚不均。
(5)穿孔機的剛度、結構和調整。穿孔機的機身剛度不夠,其上的鎖緊機構不可靠;頂桿的定心裝置調整不準確,運行不可靠和距離機身較遠;軋制中心線的調整,一般采用低于軋機中線,其目的是提高軋件的穩定性,若調整過大,因軋制線下移后,變形區內工具之間的相對關系發生了非對稱變化,也會影響毛管的壁厚不均。
無縫管線管主要用于井口附近輸送高壓油氣。隨著硫化氫腐蝕問題的日益嚴重,抗硫無縫管線管的研制迫在眉睫,而抗硫性能的好壞是關鍵。探討了影響抗氫致裂紋(HIC)性能的介質與材料因素,認為Cu、Ni的加入可以提高無縫管線管材料的HIC性能,降低鋼中的S含量,經噴硅鈣粉處理還可降低氫鼓泡的敏感性。
隨著石油和天然氣開采的日益深入,開采條件復雜且處于含硫環境的油氣井越來越多,硫化氫腐蝕問題非常尖銳。近年來,國內外對抗硫無縫管線管的需求不斷增加。無縫管線管主要用于井口附近輸送高壓油氣,是采用無縫管生產方式制造的沒有焊縫的鋼管。本文擬對抗硫無縫管線管的研制作一討論。
1 試驗方法
根據ISO3183標準,采用浸入法,在實驗室冶煉7爐1 t鋼錠,經過鍛造、穿孔、頂管及張減制造成管,在鋼管上截取20 mm×100 mm×5 mm板厚或管厚試樣,將其浸入按標準規定配置的溶液中,96 h后取出并垂直軋向取截面,用金相法計算3個參量(裂紋長度率CLR、裂紋厚度率CTR、開裂敏感率CSR),以此來比較抗氫致裂紋(HIC)敏感性。
2 影響HIC性能的因素
2.1 介質因素
1) pH值。大量的研究結果表明,在pH為1~6的范圍內,氫鼓泡的敏感性隨pH的增加而降低,當pH>6時,則不發生氫鼓泡[1]。
2) H2S濃度。硫化氫的濃度愈高,則氫鼓泡的敏感性愈大。
3) 氯離子。在pH 值為3.5~4.5 的范圍內,Cl-的存在,使腐蝕速度增加,氫鼓泡的敏感性增加。
4) 溫度。25℃時CLR ,氫鼓泡的敏感性 于25℃時,升溫使腐蝕反應及氫擴散速度加快,從而氫鼓泡的敏感性增加。而高于25℃以后,由于H2S濃度的下降,反而使氫鼓泡的敏感性下降。
5) 時間。試驗采用96 h作為對比,一般情況下隨試驗時間的增加,腐蝕程度趨向嚴重。
2.2 材料因素
2.2.1 化學成分的影響
在實驗室冶煉了一輪根據不同級別設計的鋼種,具體成分見表1,并對其進行HIC浸泡試驗。從浸泡后的試樣表面觀察,B2、B6、B7的鼓泡面積明顯多于B9、B10,裂紋敏感性指標結果見表2。從表2 可看出,B2、B6、B7 的抗HIC 性能明顯劣于B9、B10。表1 中B2、B6、B7 鋼種不含Cu、Ni,而B9、B10 鋼種則含有Cu、Ni。由此可見,Cu、Ni 的加入,使腐蝕產物在鋼的表面形成了保護膜,抑制了表面的腐蝕反應,從而降低氫的逸出,減少了氫從環境中進入鋼的基體,降低氫鼓泡敏感性,增加了抗HIC 的性能,這與Oriani 的研究結果[2] 非常吻合,而且Oriani 還指出只有加入0.2 %的Ni 及大于0.2 %的Cu才能產生效果。
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1 化學成分分析
可以采用儀器分析法和化學分析法。用于化學分析的試樣分熔煉試樣、錠鉆屑試樣、管材試樣。熔煉試樣一般采用儀器分析法、管材成品試樣采用化學分析法和一起分析法。
常用的化學分析儀器主要是:紅外碳硫儀、直讀光譜儀、X射線熒光光譜儀等。
2 尺寸及外形檢測
檢查內容主要包括:壁厚、外徑、長度、彎曲度、橢圓度、端口坡度及鈍邊角度和異形鋼管橫截面形狀等。
3 表面質量檢測
人工肉眼檢查和無損探傷檢查。無損檢測的方法有很多,如:超聲波探傷、渦流探傷、磁粉探傷、漏磁探傷、電磁超聲波探傷和滲透探傷等。每種方法各有優缺點。
適合檢測鋼管表面或者近表面:渦流探傷、磁粉探傷、漏磁探傷、滲透探傷。其中滲透探傷僅限于鋼管表面開口缺陷的檢查;磁粉探傷、漏磁探傷、渦流探傷僅僅限于鐵磁性材料檢查。渦流探傷對點狀缺陷比較敏感,其他探傷對裂紋敏感。而超聲波探傷對對鋼管表面檢測反應比較迅速,對鋼管內部定性分析尚存在一定的困難,并且超聲波檢查還受到鋼管的形狀和晶粒度的限制。
4 化學性能檢測
常溫或者一定溫度下的力學性能實驗(拉伸實驗、韌性實驗、硬度試驗),液壓試驗以及腐蝕試驗(晶間腐蝕試驗、抗氫開裂實驗-HIC、抗硫化物應力開裂實驗-SSCC)。
5 鋼管工藝性能試驗
包括壓扁實驗、環拉實驗、擴口和卷邊實驗、彎曲實驗。
6 金相分析
包括低倍和高倍檢查。
7 石油專用管螺紋參數檢測
包括接箍紋檢測、管體螺紋檢測以及管體與接箍擰緊后的檢測