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天祥鋼管(遵義市分公司)充分利用當(dāng)今世界前沿的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)營管理理念，結(jié)合了中國當(dāng)代 熱鍍鋅方管制造技術(shù)的工業(yè)水平，j i力營造積j i、上進(jìn)、團(tuán)結(jié)、拼搏、全員學(xué)習(xí)、優(yōu)勝劣汰''的特色企業(yè)文化氛圍，傾力構(gòu)筑的團(tuán)隊，使企業(yè)實現(xiàn)了超常規(guī)、跳躍式的發(fā)展。
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(yán)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(guān)鍵。探討了影響抗氫致裂紋（HIC）性能的介質(zhì)與材料因素，認(rèn)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(jīng)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(fù)雜且處于含硫環(huán)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(nèi)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(chǎn)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(jù)ISO3183標(biāo)準(zhǔn)，采用浸入法，在實驗室冶煉7爐1 t鋼錠，經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(zhì)因素
1） pH值。大量的研究結(jié)果表明，在pH為1～6的范圍內(nèi)，氫鼓泡的敏感性隨pH的增加而降低，當(dāng)pH＞6時，則不發(fā)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(nèi)，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(yīng)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(yán)重。
2.2 材料因素
2.2.1 化學(xué)成分的影響
在實驗室冶煉了一輪根據(jù)不同級別設(shè)計的鋼種，具體成分見表1，并對其進(jìn)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(biāo)結(jié)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(chǎn)物在鋼的表面形成了保護(hù)膜，抑制了表面的腐蝕反應(yīng)，從而降低氫的逸出，減少了氫從環(huán)境中進(jìn)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(jié)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(chǎn)生效果。
任何破壞由軋輥、頂頭、導(dǎo)板三者形成的變形區(qū)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(shè)計，理想的頂頭輾軋錐應(yīng)與軋輥出口錐平行，如果按照傳統(tǒng)的馬特維也夫公式設(shè)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(nèi)變形，勢必造成管壁輾軋不充分而導(dǎo)致毛管壁厚不均，而且，隨送進(jìn)角的增大毛管壁厚不均更加嚴(yán)重；②由于頂桿的剛度不夠，在穿孔過程中產(chǎn)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(dǎo)板。①導(dǎo)板距過大，在穿孔過程中是依靠導(dǎo)板的限制作用來保持穿孔中心線的，導(dǎo)板距大，頂頭在上下位置變化大，使頂頭不穩(wěn)定，導(dǎo)致毛管壁厚不均。②上、下導(dǎo)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(chǎn)過程中，由于穿孔機兩側(cè)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(fā)生水平偏斜，兩個軋輥的送進(jìn)角不一致使變形區(qū)發(fā)生畸變而導(dǎo)致壁厚不均。②大送進(jìn)角下導(dǎo)致頂頭與軋輥的輾軋錐更不平行。③軋輥轉(zhuǎn)速不當(dāng)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(jié)構(gòu)和調(diào)整。穿孔機的機身剛度不夠，其上的鎖緊機構(gòu)不可靠；頂桿的定心裝置調(diào)整不準(zhǔn)確，運行不可靠和距離機身較遠(yuǎn)；軋制中心線的調(diào)整，一般采用低于軋機中線，其目的是提高軋件的穩(wěn)定性，若調(diào)整過大，因軋制線下移后，變形區(qū)內(nèi)工具之間的相對關(guān)系發(fā)生了非對稱變化，也會影響毛管的壁厚不均。
連鑄圓管坯低倍組織主要由3個區(qū)組成：靠外表層的等軸細(xì)晶區(qū)、像樹枝狀的晶體組成的柱狀晶區(qū)、中心是粗大的的等軸晶區(qū)
連鑄圓坯的低倍組織缺陷對管坯的加工性能、力學(xué)性能和鋼管質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。常見的低倍組織缺陷有：管坯皮下氣泡、疏松、縮孔、皮下裂紋、中心裂紋、組織偏析等。
管坯的皮下氣泡：存在連鑄坯表面的附近，形態(tài)為橢圓形。一般認(rèn)為鋼水脫氧不足是管坯皮下氣泡產(chǎn)生的主要原因。一般需要對保護(hù)渣、鐵合金、鋼包、中間包進(jìn)行烘烤、注流采用保護(hù)澆注。對于要求更高的鋼種，還要采用爐外精煉的方法對鋼水進(jìn)行脫氣。存在皮下氣泡的連鑄圓管坯，在加熱爐加熱時氣泡內(nèi)表面會被氧化，軋后無法焊合就會形成鋼管表面缺陷。
管坯皮下裂紋：存在于連鑄圓管坯的柱狀晶區(qū)和表面細(xì)晶區(qū)過渡附近。距離管坯表面3～10 mm。只要此裂紋不貫通到外表面，就不會被氧化，在軋制壓力的作用下會焊合。一般不會產(chǎn)生嚴(yán)重的表面質(zhì)量。
中間裂紋和中心裂紋：存在于連鑄圓坯的柱狀晶區(qū)，一般來講中間裂紋的方向和柱狀晶的方向是一致的。有研究表明，連鑄管坯的中間裂紋和中心裂紋是造成無縫鋼管內(nèi)折的主要原因。穿孔時，管坯在軋輥和導(dǎo)向工具所組成的橢圓孔型中受到反復(fù)拉壓應(yīng)力的作用，其中間裂紋或中心裂紋得到擴張或氧化，產(chǎn)生鋼管內(nèi)折。連鑄圓坯的中心裂紋或者中間裂紋擴張以后而形成的鋼管內(nèi)折，一般較深，常常會造成鋼管廢品。
管坯的疏松與縮孔：存在于管坯中心部分的等軸晶區(qū)內(nèi)。管坯疏松是因為鑄坯在凝固過程中超前的晶粒作用，液態(tài)金屬運動基于向凝固方向冷卻產(chǎn)生收縮受到阻礙，或者由管坯液態(tài)部分下沉的晶粒妨礙鑄坯的補縮形成。當(dāng)疏松達(dá)到一定程度的時候，鑄坯就會出現(xiàn)縮孔。其分布狀態(tài)在管坯中不連續(xù)。分布密度比較均勻、彌散度較高的連鑄管坯中心疏松，對斜軋穿孔過程不但沒有危害，反而是有利的。北京科技大學(xué)朱景清教授通過實驗已經(jīng)證明該點。并且，在頂頭鼻部前端有一個5 mm的金屬帶，此金屬將開裂的管坯中心與頂頭分開，從而避免了內(nèi)折和裂紋的缺陷。
管坯的偏析：包括組織偏析、成分偏析和結(jié)晶區(qū)域偏析等。存在穿晶的連鑄管坯必須報廢，不允許投放軋管。
