高镍合金油管的质量控制

李 亮历建爱曹 峰易晓明上官丰收杨力能

1.中国石油集团 石油管工程技术研究院 （陕西 西安 710065）2.塔里木油田公司 物资采办事业部 （新疆 库尔勒 841000）

高镍合金油管的质量控制

李 亮1历建爱2曹 峰1易晓明1上官丰收1杨力能1

1.中国石油集团 石油管工程技术研究院 （陕西 西安 710065）2.塔里木油田公司 物资采办事业部 （新疆 库尔勒 841000）

介绍了高镍合金油管的主要生产和检验过程，分析了生产和检验过程中容易出现的问题，提出了该类油管质量控制的要点。

质量控制 高镍合金油管 生产工序 检验工序

目前，世界油气田中大约1／3含有H2S气体，由于这类油气井中含有大量的H2S、CO2、C1－等腐蚀性介质，普通碳钢、低合金钢乃至13Cr钢、22Cr钢等材质的油井管已经无法满足开采环境的要求[1]。高镍合金与一般不锈钢相比，不仅具有良好的抗全面腐蚀、局部腐蚀以及应力腐蚀的能力，还具良好的综合力学性能和冷、热加工性能，近些年在耐蚀油井管的制造中得到了广泛应用[2]。

在我国，高镍合金油井管的研发起步比较晚，但随着国内各钢管企业研发实力的日益增强，高镍合金油管的生产技术已经打破了国外的垄断。目前，国内某管厂已经成功生产出了国内第一批2830及G3材质的高镍合金油管，由于高镍合金油管的生产及检验工序繁多，质量控制过程中应抓住关键点、有的放矢。

主要生产工序及其质量控制

2830及G3高镍合金油管的生产主要经历了如下几个步骤：①坯料的冶炼；②坯料的锻造；③坯料的热挤压；④荒管的固溶处理；⑤荒管的冷轧；⑥光管的管加工；⑦成品管的喷标及包装等。其中，①、③、④、⑤是最为关键的生产工序，这些工序的控制将决定产品质量的优劣，需要对其进行重点监控。

1 坯料的冶炼

与普通油套管钢不同，2830和G3等高镍合金的化学成分有如下特点：①添加了大量的合金元素，如 Cr、Ni、Mo、W 等；②C 含量通常应控制在 0.015%以下；③P、S含量通常应控制在0.03%以下。鉴于较高的化学成份要求，高镍合金坯料的冶炼往往采用下列方式进行：EAF+AOD （VOD）+ESR或 VIM+ESR。

对于高镍合金油管，坯料冶炼质量控制的好坏将直接影响后续加工工序的实施以及最终产品的性能。当坯料冶炼质量不合格时，容易出现锻造开裂（存在夹杂）、热挤压分层（氧含量高、存在夹杂）、冷轧开裂（存在夹杂）、产品强度不足（存在气孔）等现象，给产品的质量带来致命性的危害。因此，为确保产品质量及后续工序的顺利进行，在该工序的监督过程中，应对每个电渣炉次坯料进行如下检查：①化学成分检验结果；②夹杂物评定结果；③有无气泡、缩孔等缺陷。

2 坯料的热挤压

高镍合金油管往往依靠热挤压方式来成型，但其热挤压难度较大，在热挤压过程中需要综合考虑设备的挤压能力、温度对合金变形抗力的影响、挤压速率对合金变形抗力的影响等，才能设计出合理的热挤压工艺。高镍合金的变形抗力对温度和应变速率的敏感性较高，通常来说，其流变应力将随着变形温度的降低和应变速率的增大而迅速增大。试验证明，高镍合金在1 100℃以上温度区间变形，能够有效降低流变应力，减小设备负荷，因此高镍合金的热挤压温度常常在设置在该区域。在该工序中，如果热挤压工艺控制不当，通常会在热挤压荒管内外表面上出现裂缝、折叠、龟裂、裂纹、离层和结疤等缺陷。因此，质量控制过程中应重点检查荒管的内外表面是否存在上述缺陷。

3 荒管的固溶处理

ISO 13680《石油天然气工业用耐蚀合金油套管及接箍无缝管供货技术条件》规定[3]，高镍合金油管析出相总量不能超过1%，σ析出相不能超过0.5%。由于高镍合金管成分的特殊性，经过热挤压工序后，往往会出现沿晶界分布的第二相，如氮化物相、碳化物相、σ相等，这些析出相的出现会对材料的耐腐蚀性、塑韧性等产生严重的危害，因此必须通过固溶处理工艺予以消除。此外，固溶处理还能够起到消除加工硬化的作用，以便于二道冷轧工序的进行。在该工序的质量控制过程中，要着重对热处理炉的温度、保温时间以及冷却水压力进行检查。

4 荒管的冷轧

一般来说，普通油管的力学性能是通过热轧（热处理）工艺来保障的，而高镍合金油管在热加工过程中往往会出现有害的第二相，因此需要通过其他途径实现其力学性能。目前，2830和G3等高镍合金油管通常采用冷轧的方式来控制管体的力学性能，采用冷轧方式成型的优势大致有如下三方面：①可避免产生有害的第二相；②通过设置合理的轧制变形量，便可生产出高强度、良好冲击韧性的产品；③产品尺寸精度高、表面质量好、光洁度高。

在该工序中的监督过程中，需要进行如下两个方面的检查：①冷轧光管的尺寸，如外径、壁厚；②冷轧光管的表面质量，如：有无凹坑、划痕、表面裂纹。

主要检验工序及其质量控制

按照ISO 13680标准要求[3]，高镍合金油管需要进行如下几个方面检验：①理化性能检验；②无损探伤检验；③成品管表面质量检验；④管体直度检验。笔者根据自身质量控制经验，将上述各检验项目容易出现的问题进行了汇总。

1 理化性能检验

高镍合金油管的理化性能是判断其质量是否合格的重要依据，任何一项理化性能出现问题，都可能会对管体的安全性带来致命的威胁，因此在质量控制过程中应该格外重视。 按照ISO 13680标准要求，高镍合金油管的理化性能检验主要包括如下七个方面：化学成分分析、拉伸试验、冲击试验（或压扁试验）、硬度试验、水压试验（可选择不做）、金相检验、抗CO2、H2S腐蚀试验[3]。笔者发现在拉伸试验、金相检验过程中，常常会出现检验结果不满足ISO 13680标准的现象，在此对其进行简要分析。

（1）拉伸试验的监督。对于高镍合金油管，在拉伸试验过程中常会遇到强度不合格的现象，而且这现象在高钢级、大壁厚高镍合金油管的检验过程中更为常见，在质量控制过程中需要我们加大控制力度。高镍合金油管的力学性能通常是通过冷轧变形来实现的，当冷轧变形量不足时，常常会导致其强度达不到规定的要求。对于薄壁、低钢级管材，其变形量比较容易控制，出现因变形量不足而导致强度不足的机率较小；当管材的壁厚较厚、钢级较高时，控制其变形量就变得较为困难，此时非常容易出现强度不达标的现象，如：接箍等大壁厚产品。

（2）金相检验的监督。按照ISO 13680标准要求，高镍合金成品管的析出相总量应低于1%，σ相总量应低于0.5%。 如前所述，在高镍合金油管热挤压过程中，奥氏体晶界间会出现大量的金属间析出相，当固溶处理工艺不恰当时 （如温度设置不合理、保温时间过短），大量的晶界间析出相将无法消除。因此，在质量控制过程中，应注意鉴定金相照片，甄别析出相是否超标。

2 无损探伤检验（超声）

冷轧态交货的高镍合金油管的微观组织通常是粗大的奥氏体组织，且组织不均匀，同时声学性能各向异性，致使高镍合金油管在超声探伤过程中存在杂乱的晶间、晶界草状回波，且信噪比低，给超声探伤带来许多困难。在高镍合金油管的探伤过程中，需要对如下三类缺陷进行探测：纵向缺陷、横向缺陷、分层缺陷。该工序的质量控制过程中，应注意如下两个方面：①超声探伤样管必须采用同种高镍合金材质制作；②纵向、横向和分层缺陷的灵敏度标定是否合格。

此外，由于以冷轧态交货的高镍合金油管内部存在较大的应力，因此放置一段时间后可能会出现延迟裂纹，质量控制过程中应格外注意。

3 成品管表面质量及管体直度检验

由于高镍合金油管的硬度一般较低，其HRC一般在35以下，在生产、吊装过程中很容易出划痕、凹坑等缺陷（欠）。此外，由于高镍合金油管的交货状态是冷轧态，成品油管在应力作用下，管体容易产生弯曲变形，导致管体直度超标。因此，成品管入库前，质检人员应对其表面质量和直度进行抽查。

结 语

目前，国内高镍合金油管的生产技术虽已打破了国外的垄断，但该类产品的生产和检验工序繁多，生产工艺控制难度较大，在生产过程中存在产品质量不稳定现象，需要加大监督力度进行质量控制，以确保交付油田的钢管质量。

[1]张忠铧，唐豪清，张春霞,等．抗CO2和H2S腐蚀油套管的开发与展望[J]．世界钢铁,2007，7（4）：5-10．

[2]杨瑞成，聂福荣．镍基耐蚀合金特性、进展及其应用[J]．甘肃工业大学学报,2002，28（4）：29-33．

[3]ISO 13680（2008）石油天然气工业用耐蚀合金油套管及接箍无缝管供货技术条件[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，硕士，工程师，主要从事油井管质量监督工作。

��箫铃

2010-04-12