新型HFW焊管的耐腐蚀性能

目的 研究采用高频直缝焊接(HFW)制成新型含Cu焊管母材和焊接接头在硫酸盐还原菌(SRB)环境中的腐蚀行为,为含Cu焊管提供基础数据。方法 通过失重法获得含Cu钢母材、接头及对比材料L360在SRB中的腐蚀速率,采用光学电子显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)研究了含Cu钢的微观组织结构和析出相成分。通过扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜对腐蚀后的表面腐蚀形貌、细菌形貌和点蚀深度进行分析,利用EDS区域扫描和面扫描对腐蚀产物成分及元素分布状态进行分析。结果 新型含Cu钢金相组织为粒状贝氏体、多边形铁素体和少量的珠光体,透射电镜观察发现表面析出了大量弥散分布的ε-Cu相。在SRB环境中,含Cu钢母材、焊接接头和L360的腐蚀速率分别为0.007 1、0.0239、0.010 0 mm/a。通过腐蚀产物、细菌分布及形态的扫描电镜观察发现,在含Cu钢母材表面未发现结构完整的生物膜,腐蚀介质中的材料表面水解产生的Cu离子有效破坏腐蚀初期快速附着在金属表面的生物膜,从而形成“包状物”残留在金属表面,附近发现萎缩和组织液溢出的细菌,含Cu钢焊接接头焊缝区域生物膜结构完整,有大量细菌吸附且生物活性良好,微生物膜下产生腐蚀坑造成局部膜层破裂,点蚀严重。结论 在SRB环境中新型HFW焊管材料的平均腐蚀速率、点蚀密度和点蚀深度均低于L360,即Cu合金化处理金属表面析出ε-Cu相具有优良杀菌性能,从而减缓含Cu钢的腐蚀,经过HFW焊接后,接头焊缝区域点蚀敏感性增强,耐蚀性能下降。

超临界二氧化碳输送用HFW焊管开发

采用低碳中锰微合金设计、洁净化炼钢和TMCP控轧控冷技术,设计出了低温性能优异的X60M钢级热轧卷板,卷板微观组织为细长扁平的多边形铁素体(PF)+少量珠光体(P);经过优化HFW钢管成型焊接工艺,开发出X60M钢级超临界二氧化碳输送用Φ323.9 mm×10 mm HFW钢管,并对其进行了低温冲击韧性、抗拉强度、硬度检测及压扁试验和静水压爆破试验。结果表明,该管材具有较高的强塑性和强韧性,其焊缝强度不低于管体;在-45℃条件下,该钢管焊缝冲击功为293~351 J,热影响区冲击功为219~315 J,管体冲击功为248~342 J,所有试样剪切面积100%。当试验温度降到-75℃,该钢管焊缝、热影响区及母材冲击功平均值均在204~350 J范围内,剪切面积为85%~100%,表现出优异的低温韧性。开发管材的以上性能完全满足超临界二氧化碳输送管道设计要求和安全输送服役要求。

HFW焊管排辊成型焊接过程的三维温度场模拟

使用ANSYS软件建立了HFW焊管排辊成型的物理模型,考虑了对流、辐射、相变潜热等边界条件,利用APDL语言建立焊管的有限元模型,利用生死单元技术和*DO循环语句实现了热源的加载和移动,通过计算获得了HFW焊管的焊接温度场分布。提取焊管焊缝上表面节点温度随时间的变化曲线,并与实测温度进行了对比,二者基本吻合;沿周向从焊管表面取点,分析其温度变化曲线,发现其焊接过热区在2～5 mm范围,热影响区宽度小于7 mm。

两种不同成分X70M管线钢在HFW焊管中的应用

介绍了两种不同成分X70M钢级管线钢(A钢和B钢)在HFW焊管上的应用,从化学成分、冲击韧性、DWTT性能、对接性能、焊管整体性能等方面分析了其在HFW制管过程中的性能变化情况。应用表明:A钢在制管后屈服强度和抗拉强度呈现较小的变化,质量稳定性明显;B钢在制管后屈服强度有明显下降,抗拉强度无明显变化,有相对经济的制造成本优势;A钢和B钢在强度、韧性和焊接性方面均满足HFW制管工艺的要求。

J55钢HFW焊管管体的腐蚀电化学行为

采用电化学方法研究了J55钢HFW焊管管体在模拟长庆油田高矿化度油井水中的腐蚀行为,考察了矿化度和预腐蚀的影响。试验结果表明,随着溶液矿化度的增大,自腐蚀电位朝正的方向移动,但自腐蚀速率与矿化度呈非直线规律。当矿化度为23.204 g/L时,管体材料具有最大的腐蚀速率。随着预腐蚀时间的增长,极化电阻增大,发生一定程度的电阻极化,相应的腐蚀速率会有所降低。

合金设计对高强HFW焊管用钢强度和韧性的影响

通过对0.08%～0.15%的C-Cr-Mo-B系以及0.15%～0.20%C-Cr-Mo系试验钢组织和性能研究,得到高强HFW焊管用钢合金设计的基本特征——低碳、超低碳的多元微合金设计,着重分析了C含量对组织和性能的影响以及Nb,Mo和B等元素的作用。结果表明,C含量对高强HFW焊管用钢的组织和性能有较大的影响,能够显著提高强度,但会使组织中具有较多的碳化物,对韧性非常不利;Nb,Mo和B等元素具有提高淬透性、实现固溶强化、析出强化和细化晶粒的明显作用。低碳设计是提高韧性的重要因素,通过优化合金设计可以得到P110和Q125高强韧性HFW焊管用钢。

中碳钢HFW焊管成型焊接质量分析与改进

以中碳钢HFW高频焊套管试制与生产为例,针对高频焊接制管过程中易出现的成型焊接不稳定、焊缝氧化物夹杂、焊道毛刺残留等质量问题进行分析,从原料轧制、带钢拆卷、成型方式、原料铣边后工作宽度调整、焊接挤压辊调整、焊道毛刺清除刀具等多方面进行改进。研究结果表明,通过以上调整改进,解决了中碳钢HFW成型焊接中产生的焊缝夹杂问题,焊道毛刺清理满足相关标准要求。为了进一步提高成型焊接的稳定性,需在保证成品钢管力学性能的基础上,降低焊接用微合金化TMCP带钢的强度并控制板型。

CCUS-EOR管道工程管材选择研究

由于国内关于超临界/密相CO_(2)管道输送的工程应用几乎为零,也无针对性的管材选择标准规范,因此,对CCUS-EOR全产业链地面工程技术体系与建设模式取得成果进行归纳总结,论述了CO_(2)管道管材选择标准的适用性和HFW钢管、SMLS钢管及SAWL钢管的差异性及对CO_(2)管道输送的适应性,对CO_(2)管道输送的管材选择提出以下建议:CCUS-EOR管道具有难止裂、泄漏后温降大、易腐蚀等特点,管材应具有优良低温性能、较高止裂韧性和耐腐蚀性;虽然国内外CO_(2)管道输送还未形成具有科学性、全面性和系统性的标准体系,但可借鉴传统的石油、天然气管道材料和施工做法;管材选择的关键是钢管技术指标对使用要求的满足性,要综合考虑管材的价格、性能、冲击韧性等因素以及对工程条件的适应性。

马氏体不锈钢HFW管线管的开发

研究开发了一种具有良好可焊性和抗湿CO2腐蚀的马氏体不锈钢合金及HFW焊管。通过合金成分优化设计、金相组织观察、力学性能试验、钢管外观尺寸及防腐性能试验,所开发的钢管外观尺寸、母材和焊缝的力学性能及金相组织等满足设计目标要求,与传统马氏体不锈钢管相比,具有更精确的外观尺寸。试验结果表明,新型可焊接马氏体不锈钢可以生产薄壁高精度管线管,可以用气体保护技术进行HFW焊接;HFW钢管不需焊前预热和焊后热处理,管体及焊缝所有性能满足油气井湿CO2腐蚀的服役环境。

宝钢HFW管线钢管的生产及研发

宝钢2005年建设了一套φ610mm(24 in)HFW直缝焊管生产线,经过4年多的生产及研发,较全面地掌握了按照API SPEC 5L,GB/T 9711管线钢管标准及用户规范要求制造X70及以下钢级系列管线钢管的技术,并形成了从原材料冶炼控制、焊接制管及检验的系列化产品质量控制技术,为进一步研发X80 HFW管线钢管奠定了基础。

HFW钢管直线度的影响因素及解决措施

介绍了直线度对于保证HFW钢管质量的意义,分析了影响HFW钢管直线度常见原因(矫直机架调整不当、卷板各处强度不均匀、钢管上下表面温度不均和定径量不足)及其造成钢管弯曲的机理,并提出相应的解决措施。分析认为:通过改造冷却装置,增加对卷板强度均匀性的要求,保证定径机组足够定径量等,可从根本上消除造成弯曲的原因,保证HFW钢管的直线度。

中碳J55钢HFW焊接油井管钩状裂纹缺陷分析

钩状裂纹缺陷是导致中碳J55钢超声波探伤不合格的主要原因。针对中碳J55钢HFW焊接过程中出现的不同钩状裂纹缺陷进行了分析,并提出了改进措施。研究结果表明,造成中碳J55钢HFW焊接钩状裂纹的主要原因为钢中的大颗粒夹杂物以及板厚1/4位置严重偏析,且现有的夹杂物及带状组织检验标准难以对J55钢的质量进行有效管控。通过减少单中包连浇炉次、增加铸坯头尾切废量以及改用直弧形连铸机等措施,钩状裂纹缺陷率可大幅降低。

管线钢化学成分及组织对HFW钢管焊缝性能的影响

分析了卷板化学成分及组织对HFW钢管焊缝性能的影响机理,并提出了控制方法。分析认为:热轧卷板中C、P、S的含量和晶粒度对HFW钢管焊缝的低温冲击性能影响较大;夹杂物、带状组织也对HFW焊管焊缝冲击韧性有较大影响;微合金化元素Nb、V、Ti在焊接及中频热处理中有抑制奥氏体晶粒长大的作用。

HFW焊管内毛刺常见积瘤产生原因分析

内毛刺刮削是HFW焊管生产的重要工序,由于调整或操作不当,导致在内毛刺刮削过程中产生积瘤,进而影响对内毛刺的刮削质量。介绍了HFW焊管内毛刺刀或刀杆上出现的积瘤类型;分析了积瘤形成的原因;提出了在生产线运行时对积瘤进行观察与判断的方法,以及防止积瘤产生的措施。

N80 HFW套管试制工艺研究

介绍了采用高频直缝焊接工艺生产的高钢级油井专用管,重点研究了φ139.7 mm(51/2in)N80套管原材料化学成分及试制过程中成型、焊接等工序的工艺参数和质量控制关键点。产品检测结果表明,产品的各项性能指标远高于API 5CT标准,同时也探讨了进一步改进的方向。

HFW与SAWL焊管的焊缝性能比较

对相同材质、管径、壁厚的HFW焊管和SAWL焊管的焊缝试样进行了压扁试验、导向弯曲试验、拉伸试验、夏比冲击试验、显微硬度试验和金相试验,比较分析了二者的各项性能。结果表明:经过采取适当的高频焊接和焊后热处理工艺,HFW焊管焊缝的各项力学性能指标与SAWL焊管的相当,有些性能甚至更优;但其焊缝的质量不及SAWL焊管的稳定,需要进一步优化其生产工艺,控制好生产线每个环节的生产质量。

简析海洋环境用HFW钢管的质量控制

主要介绍并分析了在海洋环境中高频直缝焊接钢管焊缝的耐腐蚀性能、抗断裂性能(CTOD)、质量稳定性及质量保障体系;提出了提高高频直缝焊接钢管焊缝的耐腐蚀性能和质量稳定性的措施及有待深入研究的方向。分析认为:采用更低S含量的钢卷,可减少沟槽腐蚀的产生;焊缝经淬火+回火热处理工艺后,其抗HIC腐蚀性能更好。

HFW焊管内毛刺清除设备分析

简要介绍了HFW焊管制造过程中内毛刺清除工艺和设备,从各种内毛刺清除设备的结构特点入手,分析了不同类型内毛刺清除设备的优缺点,指出对于不同HFW焊管生产线可选择不同的内毛刺清除设备,从而达到提高内毛刺清除质量的目的。

精密泵筒用HFW钢管的研制与应用

简述了精密泵筒用HFW钢管的研制过程及应用情况,提出了制管用原材料的化学成分、力学性能和金相组织要求,指出了精密泵筒用HFW钢管制造工艺的特点。通过严格控制原材料性能,合理设计成型过程各个机架的变形量,以达到变形均匀,选择合适的生产线速度,调整焊接功率适当,适当加大挤压力,确保了焊接质量。严格控制焊后热处理温度,使焊缝加热至正火区的同时又不能过热。对该种钢管的各项性能指标分析表明,采用HFW钢管作为坯管来生产精密钢管具备技术先进性和可行性。

30Mn2钢HFW焊管焊缝淬火后在线热处理工艺的选择

介绍了30Mn2钢HFW焊管焊缝在线热处理的重要性。通过采用5套热处理方案进行试验并对试验结果进行分析后认为,30Mn2钢HFW焊管焊缝淬火后热处理的工艺以高温回火+正火最为合适,回火温度设在600℃左右,正火温度设在940～960℃。采用此工艺,为30Mn2钢HFW焊管整体调质奠定了坚实的基础,排除了焊管整体淬火时焊缝力学性能不稳定的隐患。