高鎳合金油管的質量控制

李 亮歷建愛曹 峰易曉明上官豐收楊力能

1.中國石油集團 石油管工程技術研究院 （陜西 西安 710065）2.塔里木油田公司 物資采辦事業部 （新疆 庫爾勒 841000）

高鎳合金油管的質量控制

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1.中國石油集團 石油管工程技術研究院 （陜西 西安 710065）2.塔里木油田公司 物資采辦事業部 （新疆 庫爾勒 841000）

介紹了高鎳合金油管的主要生產和檢驗過程，分析了生產和檢驗過程中容易出現的問題，提出了該類油管質量控制的要點。

質量控制 高鎳合金油管 生產工序 檢驗工序

目前，世界油氣田中大約1／3含有H2S氣體，由于這類油氣井中含有大量的H2S、CO2、C1－等腐蝕性介質，普通碳鋼、低合金鋼乃至13Cr鋼、22Cr鋼等材質的油井管已經無法滿足開采環境的要求[1]。高鎳合金與一般不銹鋼相比，不僅具有良好的抗全面腐蝕、局部腐蝕以及應力腐蝕的能力，還具良好的綜合力學性能和冷、熱加工性能，近些年在耐蝕油井管的制造中得到了廣泛應用[2]。

在我國，高鎳合金油井管的研發起步比較晚，但隨著國內各鋼管企業研發實力的日益增強，高鎳合金油管的生產技術已經打破了國外的壟斷。目前，國內某管廠已經成功生產出了國內第一批2830及G3材質的高鎳合金油管，由于高鎳合金油管的生產及檢驗工序繁多，質量控制過程中應抓住關鍵點、有的放矢。

主要生產工序及其質量控制

2830及G3高鎳合金油管的生產主要經歷了如下幾個步驟：①坯料的冶煉；②坯料的鍛造；③坯料的熱擠壓；④荒管的固溶處理；⑤荒管的冷軋；⑥光管的管加工；⑦成品管的噴標及包裝等。其中，①、③、④、⑤是最為關鍵的生產工序，這些工序的控制將決定產品質量的優劣，需要對其進行重點監控。

1 坯料的冶煉

與普通油套管鋼不同，2830和G3等高鎳合金的化學成分有如下特點：①添加了大量的合金元素，如 Cr、Ni、Mo、W 等；②C 含量通常應控制在 0.015%以下；③P、S含量通常應控制在0.03%以下。鑒于較高的化學成份要求，高鎳合金坯料的冶煉往往采用下列方式進行：EAF+AOD （VOD）+ESR或 VIM+ESR。

對于高鎳合金油管，坯料冶煉質量控制的好壞將直接影響后續加工工序的實施以及最終產品的性能。當坯料冶煉質量不合格時，容易出現鍛造開裂（存在夾雜）、熱擠壓分層（氧含量高、存在夾雜）、冷軋開裂（存在夾雜）、產品強度不足（存在氣孔）等現象，給產品的質量帶來致命性的危害。因此，為確保產品質量及后續工序的順利進行，在該工序的監督過程中，應對每個電渣爐次坯料進行如下檢查：①化學成分檢驗結果；②夾雜物評定結果；③有無氣泡、縮孔等缺陷。

2 坯料的熱擠壓

高鎳合金油管往往依靠熱擠壓方式來成型，但其熱擠壓難度較大，在熱擠壓過程中需要綜合考慮設備的擠壓能力、溫度對合金變形抗力的影響、擠壓速率對合金變形抗力的影響等，才能設計出合理的熱擠壓工藝。高鎳合金的變形抗力對溫度和應變速率的敏感性較高，通常來說，其流變應力將隨著變形溫度的降低和應變速率的增大而迅速增大。試驗證明，高鎳合金在1 100℃以上溫度區間變形，能夠有效降低流變應力，減小設備負荷，因此高鎳合金的熱擠壓溫度常常在設置在該區域。在該工序中，如果熱擠壓工藝控制不當，通常會在熱擠壓荒管內外表面上出現裂縫、折疊、龜裂、裂紋、離層和結疤等缺陷。因此，質量控制過程中應重點檢查荒管的內外表面是否存在上述缺陷。

3 荒管的固溶處理

ISO 13680《石油天然氣工業用耐蝕合金油套管及接箍無縫管供貨技術條件》規定[3]，高鎳合金油管析出相總量不能超過1%，σ析出相不能超過0.5%。由于高鎳合金管成分的特殊性，經過熱擠壓工序后，往往會出現沿晶界分布的第二相，如氮化物相、碳化物相、σ相等，這些析出相的出現會對材料的耐腐蝕性、塑韌性等產生嚴重的危害，因此必須通過固溶處理工藝予以消除。此外，固溶處理還能夠起到消除加工硬化的作用，以便于二道冷軋工序的進行。在該工序的質量控制過程中，要著重對熱處理爐的溫度、保溫時間以及冷卻水壓力進行檢查。

4 荒管的冷軋

一般來說，普通油管的力學性能是通過熱軋（熱處理）工藝來保障的，而高鎳合金油管在熱加工過程中往往會出現有害的第二相，因此需要通過其他途徑實現其力學性能。目前，2830和G3等高鎳合金油管通常采用冷軋的方式來控制管體的力學性能，采用冷軋方式成型的優勢大致有如下三方面：①可避免產生有害的第二相；②通過設置合理的軋制變形量，便可生產出高強度、良好沖擊韌性的產品；③產品尺寸精度高、表面質量好、光潔度高。

在該工序中的監督過程中，需要進行如下兩個方面的檢查：①冷軋光管的尺寸，如外徑、壁厚；②冷軋光管的表面質量，如：有無凹坑、劃痕、表面裂紋。

主要檢驗工序及其質量控制

按照ISO 13680標準要求[3]，高鎳合金油管需要進行如下幾個方面檢驗：①理化性能檢驗；②無損探傷檢驗；③成品管表面質量檢驗；④管體直度檢驗。筆者根據自身質量控制經驗，將上述各檢驗項目容易出現的問題進行了匯總。

1 理化性能檢驗

高鎳合金油管的理化性能是判斷其質量是否合格的重要依據，任何一項理化性能出現問題，都可能會對管體的安全性帶來致命的威脅，因此在質量控制過程中應該格外重視。 按照ISO 13680標準要求，高鎳合金油管的理化性能檢驗主要包括如下七個方面：化學成分分析、拉伸試驗、沖擊試驗（或壓扁試驗）、硬度試驗、水壓試驗（可選擇不做）、金相檢驗、抗CO2、H2S腐蝕試驗[3]。筆者發現在拉伸試驗、金相檢驗過程中，常常會出現檢驗結果不滿足ISO 13680標準的現象，在此對其進行簡要分析。

（1）拉伸試驗的監督。對于高鎳合金油管，在拉伸試驗過程中常會遇到強度不合格的現象，而且這現象在高鋼級、大壁厚高鎳合金油管的檢驗過程中更為常見，在質量控制過程中需要我們加大控制力度。高鎳合金油管的力學性能通常是通過冷軋變形來實現的，當冷軋變形量不足時，常常會導致其強度達不到規定的要求。對于薄壁、低鋼級管材，其變形量比較容易控制，出現因變形量不足而導致強度不足的機率較??；當管材的壁厚較厚、鋼級較高時，控制其變形量就變得較為困難，此時非常容易出現強度不達標的現象，如：接箍等大壁厚產品。

（2）金相檢驗的監督。按照ISO 13680標準要求，高鎳合金成品管的析出相總量應低于1%，σ相總量應低于0.5%。 如前所述，在高鎳合金油管熱擠壓過程中，奧氏體晶界間會出現大量的金屬間析出相，當固溶處理工藝不恰當時 （如溫度設置不合理、保溫時間過短），大量的晶界間析出相將無法消除。因此，在質量控制過程中，應注意鑒定金相照片，甄別析出相是否超標。

2 無損探傷檢驗（超聲）

冷軋態交貨的高鎳合金油管的微觀組織通常是粗大的奧氏體組織，且組織不均勻，同時聲學性能各向異性，致使高鎳合金油管在超聲探傷過程中存在雜亂的晶間、晶界草狀回波，且信噪比低，給超聲探傷帶來許多困難。在高鎳合金油管的探傷過程中，需要對如下三類缺陷進行探測：縱向缺陷、橫向缺陷、分層缺陷。該工序的質量控制過程中，應注意如下兩個方面：①超聲探傷樣管必須采用同種高鎳合金材質制作；②縱向、橫向和分層缺陷的靈敏度標定是否合格。

此外，由于以冷軋態交貨的高鎳合金油管內部存在較大的應力，因此放置一段時間后可能會出現延遲裂紋，質量控制過程中應格外注意。

3 成品管表面質量及管體直度檢驗

由于高鎳合金油管的硬度一般較低，其HRC一般在35以下，在生產、吊裝過程中很容易出劃痕、凹坑等缺陷（欠）。此外，由于高鎳合金油管的交貨狀態是冷軋態，成品油管在應力作用下，管體容易產生彎曲變形，導致管體直度超標。因此，成品管入庫前，質檢人員應對其表面質量和直度進行抽查。

結 語

目前，國內高鎳合金油管的生產技術雖已打破了國外的壟斷，但該類產品的生產和檢驗工序繁多，生產工藝控制難度較大，在生產過程中存在產品質量不穩定現象，需要加大監督力度進行質量控制，以確保交付油田的鋼管質量。

[1]張忠鏵，唐豪清，張春霞,等．抗CO2和H2S腐蝕油套管的開發與展望[J]．世界鋼鐵,2007，7（4）：5-10．

[2]楊瑞成，聶福榮．鎳基耐蝕合金特性、進展及其應用[J]．甘肅工業大學學報,2002，28（4）：29-33．

[3]ISO 13680（2008）石油天然氣工業用耐蝕合金油套管及接箍無縫管供貨技術條件[S]．

An introduction is given to the major production and inspection process at first.And then the analysis focuses on the problems easily appearing in the process of production and inspection.Based on the above analysis,some critical points of controlling the quality of this type of pipes are suggested at last.

quality control;high-nickel alloy pipes;production procedure;inspection procedure

李亮（1982-），男，碩士，工程師，主要從事油井管質量監督工作。

??簫鈴

2010-04-12