液氨储运用钢研究进展及展望

在“双碳”政策背景下,以氨为载体的能源利用形式具有巨大发展前景。中国氨的应用领域广泛,其相关的技术较成熟,液氨需求量也在逐年增长。然而,中国在液氨长输管道的建设上仍有很大的发展空间。由于中国工艺技术水平、产品类别与产量、储运地理条件、气候环境和使用条件等因素,开发适合中国国情实际的氨储运新材料具有必要性、经济性与前瞻性。借鉴国外成熟产品与技术,通过调整合金元素成分、采用微合金化技术以及应用双金属复合管技术,开发高强度、高韧性以及抗腐蚀性能的氨/液氨专用输送管线钢、储罐用钢和耐高温钢,可实现氨/液氨储运用钢的细化与专业化,增加不同用途材料的类型数量。

钛合金管件与不锈钢内衬管真空扩散焊工艺研究

采用真空扩散焊工艺实现了TC4钛合金管件与15-5PH不锈钢内衬管的连接,研究了焊接温度、保温时间、中间层等对焊接界面结构、界面扩散及焊合率的影响规律。结果表明,在焊接温度为900℃,保温时间为4 h,Ni中间层厚20~30μm的条件下,可实现TC4管件与15-5PH内衬管的有效连接,焊合率最高。焊接接头界面产物组成,从钛合金侧到不锈钢侧依次为:TC4-(α+β)—NiTi_(2)—Ni_(x)Ti_(y)P_(z)—Ni_(3)Ti—FeNi_(3)—γ-(15-5PH)。焊接温度和中间层是影响连接质量最主要的因素,采用低于880℃的焊接温度或不采用中间层时,无法实现TC4管件与15-5PH内衬管的可靠扩散连接。保温时间为4 h时,焊接温度从890℃升高到910℃,焊合率和扩散层厚度先升高后略降低。焊接温度为900℃时,保温时间从2 h延长到4 h,焊合率和扩散层厚度均升高。

一种高强度低合金钢管分层分析

通过微观形貌和热力学分析,确定Φ374.65 mm×18.65 mm规格110S套管的分层缺陷产生原因为钢管内Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO复合夹杂物含量超标:反查工艺认为夹杂物含量超标是因为炼钢钢包软吹氩效果不佳及大包下渣造成的。通过保证钢包软吹氩效果、留钢操作、规范长水口插入制度及溢渣制度,优化中间包等系统性的钢中夹杂物控制技术,夹杂物合格率由91.34%提高至98%以上,改进后再未出现钢管分层缺陷。

钻井工况下钛合金钻杆与钢制钻杆摩擦磨损性能对比研究

钛合金材料由于具有高的比强度、低弹性模量,优异的韧性、疲劳性能和耐蚀性,已经成为深井、超深井及大位移水平井工况环境下钻杆及井下工具的热门候选材料,但在钻井条件下对钛合金钻杆的摩擦磨损性能缺乏研究,与钢制钻杆的性能优劣缺乏对比数据。通过硬度试验、冲击磨损试验、往复摩擦和模拟工况摩擦磨损对比试验,对钛合金钻杆和钢制钻杆的摩擦磨损性能及表面形貌进行对比分析。结果表明,由于抗划痕性能和硬度的差异,钛合金钻杆材料耐冲击磨损性能低于钢制钻杆材料,尤其在100r/min的中等冲击频率下钛合金钻杆材料耐冲击磨损性能明显低于钢制钻杆材料;在空气中的往复磨损试验中,钛合金钻杆材料的摩擦系数显著低于钢制钻杆,与岩石对磨时为典型的磨粒磨损机制,与金属对磨时为典型的粘着磨损机制;在钻井液环境中,钛合金钻杆的耐摩擦磨损性能不如钢制钻杆,但在水基钻井液中,钛合金钻杆与岩石材质对磨时,其耐磨性能最强、摩擦系数最低。建议在使用钛合金钻杆钻井时采用水基钻井液。下一步研究应提高钛合金材料耐磨性能或进行表面处理以提高钛合金钻杆的耐磨性。

低合金钢制圆管疲劳断裂的失效分析

选取某工程断裂的低合金制塔基圆管作为研究对象,采用宏观形貌分析、SEM扫描电镜及EDS微区化学成分分析、夹杂物与金相组织分析、拉伸性能分析等检测手段,对疲劳断裂基管失效原因进行综合分析。结果表明:钢管使用过程中存在受载过热,诱发局部不均匀变形,并以钢管中段内侧凸台裂纹为裂纹源,在往复交变荷载作用下,不断延展,导致了塔吊基管的疲劳断裂。

铬钼系列抗腐蚀钢管的组织及析出相分析

主要研究了铬钼系列抗腐蚀钢连铸圆坯成分偏析,以及调质态钢管的微观组织和物相组成。研究结果表明,连铸圆坯芯部成分偏析较严重,晶界偏聚块状硫化物,而碳氮化物在偏析区沿晶分布,成分偏析区硬度大于基体部位。铸坯芯部成分偏析区的Mo、Cr、Mn、C、V含量明显高于基体部位。调质态钢管析出相X射线衍射分析表明,析出相主要包括M3C、Mo2C、M7C3、MC以及少量的M23C6。透射电镜分析显示,钢管基体部位析出相除M3C相外,还可能含有M7C3,内壁带状偏析区层片状析出相为Cr15.58Fe7.42C6,六边形相是Mo2C。

Fe-Mn-Si形状记忆合金管接头研究

采用Ｆｅ－２８Ｍｎ－４Ｓｉ（加Ｍｇ）形状记忆合金热轧无缝管制成管接头，管接头内径平均变形量５．６％时，形状恢复率为３８．６８％，管接头与被接管连接后，具有高的连接强度及良好的密封性，在材料试验机上需１．７５ｔ的力才能将连接好的被接管一端拉出，并且管接头承受４ＭＰａ压力不泄漏。

高可靠性铝合金钻杆及其在超深井和水平井中的应用

在我国颁布铝合金钻杆国家标准的前提下,归纳了铝合金钻杆用于超深井和水平井钻井的众多优点;分析了新标准铝合金钻杆与钢接头的连接方式:梯形丝扣连接、设置内支撑端面和锥形配合面、通过高温装配工艺实现过盈配合;介绍了在超深井和水平井中应用高可靠性铝合金钻杆可显著减少大钩载荷、转盘扭矩和泵压损失以及提高钻杆强度储备的效果。

V-N微合金化生产非调质N80石油管

采用V-N合金微合金化和控温轧制技术取代传统的调质生产方式,获得了具有稳定性能,满足APISpec5CT标准要求的N80级油井管产品。现场轧制实验表明:此技术是可行的,不仅简化了生产工序,而且降低了钢材成本。

高合金钢管穿孔顶头氧化工艺研究

设计了顶头表面氧化工艺试验装置,通过在可控保护气氛环境下进行的顶头热处理实验,研究了氧化介质的混合比、滴量、炉压及是否通N2等对氧化层厚度、结构、组织及成分的影响,确定了最佳氧化工艺,使顶头表面生成完整的、宏观致密光滑的、与顶头基体有良好粘附性的氧化层,有效地提高了穿孔顶头的使用寿命。

ZG20CrMoV低合金耐热钢主蒸汽弯管研制

介绍了在普通铸造生产条件下一次性成功铸造出火电厂耐热高压蒸汽弯管的工艺措施,避免了因其材质独特、弯度大、管壁厚而易产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷。

铁基形状记忆合金热塑性

研究了Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ形状记忆合金热塑性。结果表明：合金中硅含量的增加可提高合金的记忆效应，却严重损害合金热塑性；微量元素Ｍｇ的加入可大大改善合金的热塑性，而不降低记忆效应。由于Ｍｇ元素的加入，含Ｓｉ量达４％的Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ形状记忆合金也能顺利地热轧成无缝管，提高了Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ形状记忆合金实用性。

魏氏组织形成机理及对钢管性能影响的分析研究

利用万能光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等大型精密仪器对低碳低合金钢管中出现的魏氏组织进行了级别判定、高倍形貌观察和精细结构研究;对不同温度和冷速条件下进行热处理工艺试验的管材进行了力学性能对比。通过试验确定了魏氏组织的形成温度范围和形成魏氏组织的冷速区间,搞清了魏氏组织对钢性能(尤其是冲击性能)的影响规律。分析研究了魏氏组织的形成机理。

输油钢管电镀Zn-Ni合金

输油铜管结构复杂、壁厚不均、管长超过6m,为获得均匀的Zn-Ni合金镀层,通过试验和2年的生产应用,确定了碱性锌镍舍金电镀工艺配方和条件。同时,对镀层中的镍含量、结合力、耐蚀性和硬度等进行了测试。

白铜/钢双金属管的瞬间液相扩散连接

用扫描电镜组织观察、能谱微区成分分析、显微硬度、剪切试验、反复弯曲试验等方法，研究了以H62黄铜为中间层的B10白铜／20钢双金属管的瞬间液相扩散连接。结果表明，在950—1000℃扩散退火0．5～2h，白铜与低碳钢可以获得良好的冶金结合；黄铜与白铜间成分连续过渡，形成跨越界面的晶粒组织；在钢，黄铜界面，温度较低、时间较短时，形成珠光体富集带；高温长时间扩散，Cu，Ni，Zn向Fe中扩散形成硬度较高的组织．使界面塑性下降。

水平固定复合管双金属环焊缝焊接工艺和应用研究

双金属复合管和耐蚀合金预制内补口钢管以其优异的耐腐蚀性能和免补口特点在油田中得到了广泛应用,特别是耐蚀合金预制内补口钢管造价相对低廉,近年来在国内油田高腐蚀地面管道中得到了较大面积的推广,效果良好。由于双金属复合管内、外层金属在化学成分、微观组织、物理性能等方面的差异,常用的对接焊接工艺存在工序复杂、操作难度大、施工成本高、焊工技能要求严的难题,容易造成成分偏析、耐蚀合金成分稀释、内焊道成形不良、虚焊、碳迁移和热输入引起的熔合区组织变化等结果。从影响双金属焊缝质量的因素出发,以不锈钢复合管水平固定对接焊为研究对象,从坡口形式、组对方式、耐蚀合金打底焊层和双金属过渡焊层的焊接方法等方面进行实验研究,提出了复合管内封焊、U型坡口无间隙组对、熔池背部保护、无填充熔化焊打底和无填充熔化焊过渡等新的工艺方法,通过X射线探伤和焊接工艺评定,并结合微观组织分析,对焊接工艺进行了综合评价。

新型Cr3MoNb管线钢焊接接头的力学性能与组织

利用TGS-2CML焊丝,采用钨极氩弧焊(gas tungsten arc weld,GTAW)对经济型低合金Cr3MoNb无缝管进行整管焊接,测试了焊接接头的硬度,研究了拉伸性能、冲击韧性,观察了微观组织.结果表明,在拟定焊接工艺下,Cr3MoNb钢焊接接头力学性能优良,无需预热和焊后热处理;调质处理下断后伸长率提高约1倍,达到挪威船级社制管工艺DNV-OS-F101标准;对于类似Cr3MoNb等低碳或超低碳管线钢,采用A(c)修正日本百合冈公式计算其焊接热影响区最高硬度是合适的;焊缝区组织主要为细小的粒状贝氏体,M-A相弥散分布于铁素体基体相中;焊缝区晶粒尺寸总体很小,区域晶粒大小存在细微差异,有少数较大尺寸柱状晶分布;焊缝区与热影响区以多边形铁素体和粒状贝氏体较自然过渡,无明显熔合分界线.

铁基形状记忆合金管接头连接工艺及应用

铁基形状记忆合金管接头连接粉末内喷涂钢管技术应用于现场管道的连接安装,有着其他联接方法无法比拟的优点,文章对此项技术的工作原理、连接工艺、性能测试结果及连接实例等进行了介绍。

合金化自蔓延法制备陶瓷内衬复合钢管

在制备陶瓷内衬复合钢管时 ,在铝热剂中加入活性碳粉、合金粉末 ,使原来纯铁过渡层成为钢过渡层 ,硬度大幅度提高 ,从而使钢管抗压强度明显提高。