HFW焊管热张力减径前后的压扁试验结果分析

窦茂科，陈浩明，吴 涛，吴鹏飞，阎 龙

（宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西 宝鸡721008）

HFW焊管热张力减径前后的压扁试验结果分析

窦茂科，陈浩明，吴 涛，吴鹏飞，阎 龙

（宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西 宝鸡721008）

采用高频焊（HFW）+热张力减径新工艺（简称SEW工艺）试制石油套管管坯，在热张力减径前后分别取样进行压扁试验。试验结果表明，HFW管经过热张力减径后，压扁试验全部合格，即使试样压扁至内壁贴合时，焊缝有微小裂纹的试样也很少；这说明焊缝的塑性变形能力显著改善，达到了焊管无缝化的目的。

焊管；HFW管；SEW管；压扁试验；热张力减径

HFW焊管因其壁厚均匀、几何精度高、内在组织均匀、高强度、高韧性等优势，在油井管领域被广泛采用，尤其是在国外HFW焊管用作油套管比例达到了40%，并且随着所用板材性能的提高，这种优势将进一步扩大。相比无缝管，HFW焊管的焊缝质量成为制约其应用的首要因素，只要能提高焊缝质量，即实现焊管无缝化，将使HFW焊管进入高端油井管领域[1-2]。高频焊（HFW）+热张力减径（焊管整体加热及减径轧制）就是一种比较好的实现焊管无缝化的工艺，简称SEW工艺，该工艺不仅可以改善焊缝区组织，使焊缝和母材性能趋于一致，还可以扩大产品规格范围[3]。

宝鸡石油钢管有限责任公司现已成功建成了一条此类油套管生产线，本研究对生产中的压扁试验数据进行综合统计分析。

1 试样制备

1.1 HFW管坯制造

将卷板纵剪成窄钢带，然后通过成型、HFW焊接及切管形成毛坯管。具体工艺流程：卷板→纵剪→拆卷→对头焊→活套→铣边→成型→HFW焊接→焊缝超声波检测→定径→定尺切断成40～70m的φ193.7mm毛坯管。

取样位置为每卷料的料头、料尾、停机前后各取样2个，焊缝分别置于90°和0°位置做压扁试验。

1.2 热张力减径

采用中频电感应加热炉对φ193.7mm毛坯管进行全管体加热，加热温度为钢的Ac3温度以上（950～980℃），经过张减机多机架的热机械轧制，将φ193.7mm毛坯管轧制成φ139.7mm的管坯，再通过旋转热锯切成10m的定尺管坯，经过控制冷却后上冷床进行空冷。具体工艺流程：φ193.7mm毛坯管→全管体中频感应加热→热张力减径至φ139.7mm→定尺切断→控制冷却→空冷→套管管坯。

对套管管坯每20根取样1次，每次2个，焊缝分别置于90°和0°位置做压扁试验。

2 试验结果与分析

按照GB/T 246—2007《金属管压扁试验方法》和APISPEC 5CT要求进行压扁试验；试样管环长度为80 mm，每次取2个管环样，分别用作90°和0°压扁试验[4-5]。本次压扁试验不但在要求的压扁量时检查试样是否有裂纹，而且增加了焊缝发生裂纹时的平板间距的数据。然后对裂纹发生时的平板间距进行统计分析。试验条件见表1。

表1 试验条件

首先，在同一组试验内对比。HFW管在热张力减径前，90°压扁试验所有试样焊缝都会开裂，开裂时平板间距为50～90mm；0°压扁试验也有20%的试样开裂。经过热张力减径后，90°压扁试验75%的试样没有裂纹发生，剩余发生裂纹的SEW试样，裂纹都发生在接近压扁贴合时，完全满足APISPEC 5CT要求；0°压扁试验则在压扁贴合时所有试样都没有裂纹发生。综上所述，相比HFW管，热张力减径后焊缝性能明显改善。压扁试验结果远高于APISPEC 5CT标准要求。即使试样压扁至内壁贴合时，焊缝有微小裂纹的试样也很少，焊缝性能与母材基本一致，达到了焊管无缝化的目的。

其次，对两组试验结果进行对比。试验1的HFW管90°压扁试验结果比试验2的HFW管90°压扁试验结果差，但试验1的SEW管90°压扁试验结果比试验2的SEW管90°压扁试验好。这是因为试验1的材质合金含量更高，使碳当量提高，降低了可焊性，所以HFW管压扁试验结果稍差。而增加的合金元素有利于焊缝在热张减轧制时的熔合，优化焊缝区组织，使焊缝和母材性能趋于一致，所以试验1的SEW管的压扁性能反而好。这说明材质、HFW焊接工艺对热张力减径也有一定的影响。

压扁试验结果统计如图1～图4所示。

图1 试验1中90°压扁数据统计结果

对比热张力减径前后焊缝压扁开裂的典型，因为在本试验中，HFW管焊接后没有焊缝热处理，所以HFW管大都是脆性断裂[6-7]。而SEW管是韧性断裂，并且裂纹一般很小，为不连贯的裂纹。压扁后管体形貌如图5所示。

图2 试验1中0°压扁数据统计结果

图3 试验2中90°压扁数据统计结果

图4 试验2中0°压扁数据统计结果

HFW焊管经过热张力减径后，焊缝质量大幅度提高，主要是因为焊管经过整体加热后，焊管组织完全奥氏体化，消除了残余应力、晶粒变形，使得焊缝各化学元素及组织更均匀[8-10]；紧接着的连续多道次的轧制，晶粒发生回复和再结晶，使焊缝晶粒细化、焊缝熔合度更高，金属流线逐渐消除。图6和图7是热张力减径前后焊缝区的显微组织形貌对比，从图6和图7中可以看到，未经过热张力减径的HFW管焊缝中心及热影响区的组织是先共析铁素体、珠光体和魏氏体，经过热张力减径后，管样焊缝区和母材的组织均为等轴铁素体+细珠光体，铁素体晶粒尺寸均匀，金属流线也基本消除。

4 结 论

（1）采用高频焊（HFW）+热张力减径工艺生产石油套管，焊缝性能改善明显，压扁试验结果远高于APISPEC 5CT标准要求。即使试样压扁至内壁贴合时，焊缝有微小裂纹的试样也很少，焊缝性能与母材基本一致，接近了焊管无缝化的目的。

（2）对于SEW工艺，母材材质对热张力减径后压扁试验有一定的影响。

图5 压扁后管体形貌

图6 热张力减径前焊缝组织形貌

图7 热张力减径后焊缝组织形貌

［1］李周波，毕宗岳，张峰，等.Q125钢级SEW石油套管的研发［J］.焊管， 2013， 36（8）： 32-35.

［2］冀伟，赵实鸣，吴颖.焊管无缝化生产工艺技术的特点与应用前景[J].天津冶金，1998（3）：1-5.

［3］毕宗岳.HFW焊管热张力减径后的组织与性能［J］.焊管， 2013， 36（10）： 5-10.

［4］APISPEC 5CT（第 9 版）， 套管和油管规范［S］.

［5］GB/T 246—2007《金属管 压扁试验方法》[S].

［6］曹雷，刘晓丹.在线热处理对焊接套管焊缝质量的作用[J].钢管,2012,41（6）：79-81.

［7］丁晓丽，斯松华，丁志龙.热处理对N80级ERW 套管钢组织与性能的影响[J].热加工工艺，2011（10）：194-196.

［8］毕洪运，陆明和.ERW直缝焊管焊缝形态与金相检验评价[J].宝钢技术， 2006（3）：15-19.

［9］黄友阳.高频焊管金属流线的形成形态与分析[J].钢管， 2000（6）： 31-36.

［10］刘新礼.非金属夹杂物对钢的机械与工艺性能的影响[J].甘肃冶金.2008（2）：17-22.

Analysis on Flattening Test Result of HFW Pipe before and after Hot Stretch Reducing

DOU Maoke,CHEN Haoming,WU Tao,WU Pengfei,YAN Long
（Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji721008,Shaanxi,China)

Adopting a new process of high frequency welding(HFW)+hot stretch reducing(referred to as SEW）to conduct trial produce for oil casing billet，then the flattening tests were carried out respectively for sample pipe before and after hot stretch reducing.The results indicated that flattening tests all qualified,even if the sample is crushed to the lining joint,the specimens with tiny crack in weld are few.This showed that the plastic deformation capacity of weld is improved significantly,achieves the purpose ofwelded pipe seamless.

welded pipe； HFW pipe;SEW pipe;flattening test;hotstretch reducing

TG441.7

B

1001－3938（2015）11-0048-04

窦茂科（1986—）,男,毕业于西安交通大学，助理工程师,主要从事SEW制管设备管理与生产技术工作。

2015-03-02

罗 刚