试样尺寸测量方法对钢管力学性能的影响

对于钢管产品的拉伸试验,国标、美标以及ISO标准对试样尺寸的测量方法要求有所不同,钢管产品具有轧制特性,存在壁厚不均匀现象,壁厚的测量精度对于试验误差的控制有较大影响。对比了不同标准规定的试样尺寸测量方法,并选用两种标准方法对钢管弧形试样进行拉伸试验,对拉伸试验结果进行对比,研究了试样尺寸测量方法对钢管力学性能的影响。

发动机凸轮轴用钢管酸洗试验研究

针对某钢管母管在冷拔前酸洗工序出现外表面发黑,表面有针孔且有刺鼻气味散发的情况,采用不同表面状态的钢管,在不同温度和不同浓度的硫酸溶液中进行正交法硫酸酸洗试验。试验表明:在相同温度及保温时间下,硫酸体积分数降低,腐蚀程度降低;在硫酸体积分数相同的条件下,温度及保温时间增加,腐蚀程度增加;浸入硫酸溶液后光亮管比氧化管的起初反应更剧烈。将硫酸体积分数从20%调整为15%、酸洗时间从10 min调整为5 min、温度从60~70℃调整为50~60℃后,钢管表面质量和酸洗气味的散发均得到明显改善。

依据ISO 12835标准的热采井特殊螺纹的有限元建模分析

提出了一种Φ177.80 mm×8.05 mm K55热采井特殊螺纹设计,依照ISO/PAS 12835标准对该特殊螺纹进行材料性能评估以及材料模型和结构模型下的有限元分析。其中分析材料性能得到的不同温度下的应力-应变曲线特征点可作为数据输入到有限元软件中。采用有限元方法评估了接头在最佳上扣及温度循环条件下,不同结构公差的最差工况,材料性能变化对密封能力的影响,以及最后一次上扣扭矩要求。最后分析了特殊螺纹在温度载荷循环作用下结构的完整性。极限加载应力分析显示在整个温度加载循环条件下特殊螺纹未出现滑脱、颈缩、屈曲等现象。

φ139.7 mm×12.7 mm CB125HC 高抗挤套管 抗外挤性能研究

利用实物试验和有限元模拟研究了几何参数对高抗挤套管抗挤性能的影响。检测10支同批次φ139.7 mm×12.7 mm CB125HC套管的外径、壁厚等几何参数,利用立式挤毁试验系统进行挤毁试验,得到套管抗挤强度值。对检测的几何参数和挤毁结果进行分析,研究壁厚不均度、椭圆度等对套管抗挤能力的影响。利用实测数据建立有限元模型,计算各个样品的抗挤强度值并与API计算值和实测值进行比较。结果表明:高抗挤套管的抗挤强度远大于API计算值,说明API公式不适用于高抗挤套管,有限元结果与试验结果相近,用有限元方法可快速预测高抗挤套管的抗挤能力。

履带式起重机臂架用890 MPa级钢管热处理性能探讨

对履带式起重机臂架用890 MPa级钢管冲击韧性偏低的原因进行了分析,发现回火索氏体中存在大块贝氏体异常组织。在实验室模拟并探索钢管的热处理工艺,经过一系列研究发现,钢管的初次淬火和回火存在不充分性。经过试验,成品钢管的热处理工艺为:930℃,保温82min,640℃下回火保温215min;在这种热处理条件下,材料可获得较好的力学性能。

SA210C无缝中碳钢管带状组织的评定方法

在锅炉厂的产品验收工作中,锅炉和过热器用SA210C无缝中碳钢管带状组织的评定比较重要。但GB/T 13299-1991中对带状组织评级的描述比较模糊,实际应用存在困难,试验结果为界限值时易出现争议。而ASTM E1268-01(2016)的方法尽管计算复杂,但能够定量评定材料的带状程度,在遇到争议时使用该方法可有效减少误判。SA210C为ASME(美国机械工程师学会)钢种,在实际工作中选用ASTM E1268-01(2016)作为检验标准更为准确。但考虑到推广困难,可在日常工作中采用先依据GB/T 13299-1991对带状组织进行评级,遇到争议时再依据ASME E1268-01(2016)进行验证的方法。

CPE顶管机组热轧T91无缝钢管的工艺研究

介绍CPE顶管机组生产T91无缝钢管的工艺流程,分析生产中可能出现的问题,评定生产的Φ60 mm×7 mm规格T91无缝钢管的质量。生产实践表明:采用合理的加热制度及可靠的穿孔工艺参数,通过顶管及张力减径延伸,完全可以实现T91无缝钢管的稳定生产。CPE顶管机组热轧T91无缝钢管时,应重点对加热制度、穿孔工艺进行控制。

超级13Cr钢管坯异常显微组织的一种金相显示方法

在对超级13Cr钢管坯进行检验时,发现某批次管坯的显微组织存在异常,采用常规侵蚀剂无法清晰地显示其显微组织形貌。通过使用多种侵蚀剂交替侵蚀分析发现:采用王水酒精溶液、苦味酸盐酸酒精溶液和赤血盐氢氧化钾水溶液三种侵蚀剂交替侵蚀可以清晰地显示该批次超级13Cr钢管坯的显微组织;其中王水酒精溶液和苦味酸酒精溶液的侵蚀效果相似,都能很好地显示出该钢中的马氏体和块状铁素体组织,但不能很好地显示出该钢中的贝氏体组织,也不能确定出该钢中沿热加工方向的条状组织;而赤血盐氢氧化钾水溶液则能显示出该钢中除马氏体以外的其他组织,并且证实沿热加工方向的条状组织为δ-铁素体。

热轧钢管用2Cr13钢束节断裂失效分析

某钢管厂热轧13Cr钢管时使用钼顶头并配套使用2Cr13马氏体不锈钢束节,在使用过程中发现束节连接顶杆部分频繁出现断裂。通过宏观分析、化学成分分析、金相分析等方法对束节断裂原因进行了分析。结果表明:引起束节断裂的主要原因是,温度过高导致束节材料晶粒粗大并产生大量沿晶分布的δ铁素体,不仅降低了材料韧、塑性,而且破坏了基体连续性,从而使束节发生沿晶脆性断裂。

特殊螺纹油管接头现场端接箍胀大原因分析

针对某西部油田商检时发现的特殊螺纹油管接头现场端接箍胀大问题,进行调查研究、有限元分析、上扣验证试验和密封验证试验。结果表明:特殊螺纹油管接头工厂端上扣后,现场端接箍的螺纹中径胀大很小,但密封面直径胀大较大;接头的壁厚越厚、上扣转矩越大、拐点转矩越低和台肩宽度越窄,密封面直径胀大就越明显。研究还发现接箍过大的胀大量会导致接头密封失效。为防止接箍胀大而影响密封性能,建议生产厂严格控制拐点转矩、适当延长转矩台肩宽度,并将这两项指标列入检验标准;同时,建议油田制订验收标准时限定接箍密封面直径胀大量,并据此调整验收标准的公差范围。

Φ114.3 mm×8.56 mm 140V套管抗外挤能力研究

针对石油套管抗外挤能力计算这一热点问题,选取10支Φ114.3 mm×8.56 mm 140V套管进行几何尺寸和机械性能检测,并通过挤毁试验得到其抗挤强度;在考虑几何缺陷和实际力学性能的情况下,建立计算套管抗挤强度的有限元模型,对比模拟结果、理论计算结果及试验结果表明:模拟结果与试验结果相近,偏差-0.77%~+7.0%,而理论计算结果误差较大,偏差23.84%~37.56%。该有限元模型还可用来分析壁厚不均度和椭圆度对该规格套管抗挤强度的影响。

基于ISO 13679A系载荷的特殊螺纹接头密封性能仿真研究

基于ISO 13679标准和密封性能机制,借助有限元软件对某特殊螺纹接头进行高温和室温环境下A系全包络线载荷试验评价,分析其在服役环境下的密封性能。依据密封性能机制分析不同载荷循环后的密封能与密封能倍数变化规律,并对关键载荷点进行密封性能的对比分析。研究表明:特殊螺纹接头对高温(180℃)和室温95%VME(等效应力水平)包络线载荷循环相对敏感,密封面的平均塑性应变是影响接头密封性能的重要因素,一次完整A系循环试验后,特殊螺纹接头密封面上的接触应力和接触长度均减小,接头整体仍能保持气密封性能。运用有限元分析方法可有效模拟ISO 13679 A系试验过程中的受载条件,且密封性能仿真结果与实物试验结果一致。该方法可提高特殊螺纹接头的开发效率,具有替代实物试验的可行性。

油管抗内压强度及爆破失效机理研究

利用水压试验机对油管进行爆破试验,检测在爆破过程中油管外壁的应变变化。运用弹塑性力学理论建立模拟油管爆破过程的有限元模型,得到油管外壁应变随内压变化的曲线,并与试验值对比,从而探索油管爆破的失效机理。结果表明,油管爆破过程中,壁厚较薄处首先产生较大的应变进而造成油管在此处爆裂。利用有限元法进一步分析发现,与管体椭圆度相比,壁厚不均度对油管抗内压强度影响较为显著。将有限元模拟与应变测试结合起来以提高有限元模拟的精度,对研究油管爆破失效机理、预测油管抗内压强度具有一定的参考价值。

SA-192高频焊翅片管漏水原因

某SA-192高频焊翅片管发生漏水,采用宏观观察、尺寸测量、化学成分分析、金相检验、扫描电镜和能谱分析、硬度测试等方法对其漏水原因进行分析。结果表明:漏水的主要原因是焊接时高频电流集中在钢管表面,输入功率大而焊接速率小,造成表面局部受热严重,出现过烧缺陷;过烧缺陷导致钢管表面堆积大量焊渣,降低了基体材料的塑性和韧性,促使表面凹坑和孔洞的形成。

金属材料热处理过程变形开裂现象研究

伴随工业生产的迅猛发展,各行各业对金属材料的需求不断攀升,机械设备制造中对金属材料的应用也愈发广泛。金属材料热处理可完成对金属材料的深加工,对提升金属材料各项性能至关重要。然而在一系列因素影响下,使得金属材料热处理过程中极易发生变形开裂现象,由此要求开展好相应的热处理工作,切实保障金属材料热处理质量、效率,有效把控材料构件的质量及完整性。对此,本次研究将从金属材料热处理的概念及其分类入手,阐述金属材料热处理的应用优势,分析金属材料热处理过程变形开裂现象引发原因,最后提出金属材料热处理过程变形开裂现象应对所应秉承的原则及相关策略。

不同孔型参数对薄壁无缝管顶管过程管壁拉凹的影响

针对某钢管公司Φ114 mm CPE顶管机组薄壁无缝管顶管过程中出现的管壁拉凹缺陷,借助于有限元分析软件Simufact,对典型规格Φ111 mm×4. 35 mm的42CrMo4钢管顶管过程进行三维弹塑性有限元模拟,分析了不同孔型参数对顶管过程的模辊力、各机架出口轧件壁厚及应力应变的影响。结果表明:顶管过程中,减壁量较大的机架之间存在张力作用;不同孔型系列,机架减壁量(减壁率)越大,机架间张力、轧件在辊缝处产生的附加变形、壁厚拉薄量和所受的轴向拉应力越大,管壁发生拉凹的倾向性增大。因此,在设计孔型时,要合理分配各机架的减壁量(减壁率),使单个机架的减壁量(减壁率)不宜太大。通过现场生产探伤数据对模拟结果的正确性进行了验证。

阿塞尔轧管机组生产抗挤套管的研究

生产抗挤套管的关键在于尽量降低管体残余应力。除了采用热矫直工艺可以明显降低残余应力外,提高管体几何尺寸精度也可以大幅度降低管体残余应力。阿塞尔三辊轧管机组不但可以保证管体高的几何尺寸精度,同时由于采用斜轧所形成的﹛111﹜织构可以有效提高管体抗挤强度。

CPE机组上CB110-5Cr抗CO_2腐蚀油套管的研发

介绍了CB110-5Cr抗CO_2腐蚀油套管的化学成分及其设计思路。通过对样管的试制及其力学性能的测评,确定CB110-5Cr油套管的淬火、回火温度。通过对比CB110-5Cr和P110钢级样管的极化曲线和高温高压釜试验,评定CB110-5Cr耐腐蚀性能。试验结果表明:CB110-5Cr油套管的力学性能满足API Spec 5CT—2011中P110钢级的要求,且具有较高的冲击韧性;中低温时,随着CO_2分压的增加,CB110-5Cr油套管的抗腐蚀速率增加,其抗腐蚀性能明显优于P110钢级油套管;当温度升到90℃以上时,P110油套管的抗腐蚀性能优于CB110-5Cr油套管。

Φ114mm CPE机组高精度小直径薄壁管的生产

介绍了Φ114 mm CPE机组热轧生产径壁比∧27的Φ89 mm×3.2 mm、Φ108 mm×3.5 mm高精度小直径薄壁管的工艺方案及控制措施,分析了其生产控制的难点和重点。试制结果表明:穿孔壁厚偏差控制在7%以内和有效控制顶管工序纵向壁厚波动是保障成品尺寸的前提;热轧生产径壁比∧27、外径允许偏差(-0.5%^+0.5%)D、壁厚允许偏差(-9%^+9%)S的高精度小直径薄壁管是可行的。

高温高压射孔枪管的开发

介绍了高温高压射孔枪管的主要技术指标、钢种设计、生产工艺流程及力学性能检测结果。通过合理添加Cr、Mn、Mo、Nb、V等合金元素,保证了冶炼钢种的化学成分;采用CPE顶管机组制管和高精度LOI无氧化炉调质热处理及十辊矫直机一次矫直成型,保证了射孔枪管的几何尺寸、管体抗挤强度。检测结果表明:生产的射孔枪管具有较高的抗挤强度与良好的冲击韧性,可以满足最高200℃、180 MPa环境下油气井用射孔枪的使用要求。