P110套管特殊扣（kòu）密封（fēng）麵細小裂紋分析
2019-1-14 來源：北京隆盛泰科石油管（guǎn）科技有限責任公司 作（zuò）者：強 淵，李昱坤，巨（jù）金偉，武 紅
摘 要：在P110套管螺紋加工時發現特殊扣套管密封麵（miàn）存在細小裂紋，通過外觀（guān）和金相（xiàng）分析、宏觀和（hé）微觀斷口（kǒu）形貌觀（guān）察、能譜分析，發現裂（liè）紋（wén）缺（quē）陷處存（cún）在非金屬夾雜物。結果表明，組織（zhī）中存在非金屬夾雜物是造成該套管有細小裂（liè）紋的主要原因，冬天軋製過程中前端冷卻速（sù）度過快，使非金屬夾雜物拉長、破碎，最終（zhōng）產生細小裂紋（wén）。指出，螺紋加工後能夠對端部缺陷部分進行切除；對特殊性能要求的油套管可適當（dāng）控製金屬夾雜物的級別；在冬（dōng）天軋製的過程中，在軋機的前端裝加熱器，可緩解管坯（pī）前端（duān）過多的溫度降低，減少變形抗力和裂紋出現。
關鍵詞：套管特殊（shū）扣；細小裂紋；非金屬（shǔ）夾雜物；密封麵
某管廠在生產Φ114.3mm×8.56mm R2 P110 鋼級特殊扣套（tào）管加工過程（chéng）中，扣型密（mì）封麵（miàn）產生（shēng）細小裂紋（圖 1），給生產（chǎn）造成（chéng）了嚴重的損（sǔn）失。管端體內（nèi）存在3~5mm長的小裂紋，圓周上其（qí）他位置也存在類似裂紋。
1、裂紋（wén）分析
1.1 取樣
對有細小裂（liè）紋的螺紋端，按照標準 QJ 2136.3-91[2]要求取化學、力學和金相樣。
1.2 理化分析
在 ARL 4460 直（zhí）讀光譜儀上（shàng）按照 ASTM A751-2008 標準進行化學成分（fèn）分析（xī）（表 1）、力學檢驗（表2），檢驗結果與P110采（cǎi）購（gòu）協議相符，也符合API 5CT中對P110鋼級的相關規定。
1.3 金相分析
采用（yòng） MEF3A 金相顯微鏡、MEF4M 金相顯微鏡及圖像分析係統，試驗方法參考 GB/T 13298-1991、GB/T 6394-2002標準[3-4]。
1.3.1 高、低倍檢驗（yàn）
由於特殊扣密封麵車削（xuē）部位相當於正常管體壁厚（hòu）的中間位置（zhì），常規熱軋工序沒有造成內部細小裂紋的可能，所以初（chū）步懷疑是夾渣物所致（zhì）（圖2）。
對橫向截麵進行高倍分析，表麵裂紋是斜向的，並（bìng）非是垂直於軸線方向，而且長短（duǎn）不一，所以是非應力差形成的細（xì）小裂紋；此外在同一截麵上還發現（xiàn）了（le）類似細小裂紋（圖
3）。縱向細小裂紋沿軋製方向（xiàng）有明（míng）顯的延（yán）展，基（jī）本與軸向平行，類似夾雜物缺（quē）陷（圖4）
1.3.2 金相分析
由圖5可（kě）以看出，該細（xì）小裂紋最長約（yuē）為5mm，深度最深（shēn）處約0.08mm，組織是回火索氏體（tǐ），未發現（xiàn）裂（liè）紋兩邊存在明顯的脫碳或氧化（huà）層，說明該（gāi）細小裂紋不是在熱（rè）處（chù）理時產生的。
1.4 能譜分析
在TESCAN VEGAⅡ掃描電鏡上，利用XFORDINCA 360能譜分析儀（yí），對（duì）金相分析樣品斷口（kǒu）附近不同區域非金屬物質進行了能譜分析，掃（sǎo）描電鏡照片如圖（tú）6所示，能譜分析結（jié）果見表
3、表（biǎo）4。
對試樣裂紋處進行能譜分析，分析結果為鋁酸鈣夾雜物，其夾雜物形態與缺陷相貌一致，根據（jù）能譜分析，進（jìn）一（yī）步確認夾雜（zá）物的成分是C類（lèi）矽酸鹽夾雜。上述表明該批次管料可（kě）能存在夾雜物（wù）缺陷，而由於是連鑄坯料，進廠時無法驗收夾雜（zá）物。2 分析與（yǔ）設備改進驗證取一根P110光管（guǎn），從兩端（duān）各取1 000mm,在車（chē）床上剝皮試驗（yàn），每次進刀 0.05mm,加工長度 600mm,再進刀到3mm的時候發現一（yī）端出現細小裂紋，細小（xiǎo）裂紋均在 300mm 之（zhī）內[5]；另一端加工過程中（zhōng）均未出現細小裂紋。由此（cǐ）可見細小裂紋是產生在（zài）一端，且可能是在先變形的一端，該端由於冬天溫（wēn）度降低過多，變形抗力大，最終出現細小裂紋。為了驗證判斷的準確性，取同爐（lú）號管坯相同的軋製工藝與設備重新生產同規格的光管，在軋製機前端（duān）加裝800mm長的加熱器，溫（wēn）度控製在1 200℃,試軋（zhá）製20支，隨機取 3 支頭尾取樣進行扒皮試驗，均無細小裂紋出現。由此可以證明（míng），在寒冷的冬季穿孔後的管坯前端降溫速度過快，變形抗（kàng）力增大，容易使材料內部的非金屬夾雜物變形，造成缺陷隱患。3 成因分析及風險評（píng）估：
1）綜合上述分析結果，該裂紋為原料中鋁酸鈣夾雜物，由於原材料（liào）為連鑄坯，未進行非金屬夾雜物檢驗。非金屬夾（jiá）雜（zá）物在熱（rè）軋生產時受到縱向軋製（zhì）受力拉長，其形（xíng）貌變為螺紋（wén）方向的線性缺陷[6]。
2）針對端部發現缺陷比例較大的情況，初步分析為：鋼管在淬火時（shí），靠近內噴噴頭端（duān）因水量較大、溫度（dù）較低，線性夾雜物發生了延伸擴展。這同時印證了細小裂紋並非在鋼管內外表麵（miàn），而是在芯部。同時，由於管體部分水量較小，冷卻速度相較（jiào）慢，未出現（xiàn）細小夾雜物擴展的情況。
3）從金相檢查看出，該細（xì）小（xiǎo）裂紋最長約為（wéi）5mm，深度最深處約0.08mm，而鋼管探傷等級為L2，即刻傷深度（dù）0.43mm，因此該（gāi）缺陷深（shēn）度遠小於超聲波報警值，且由於在芯部，磁粉也無法（fǎ）檢出。
4）針對（duì）端部發現的缺陷情況，在切（qiē）除後，能夠有效保證對端部缺陷（xiàn）部分的（de）去除（chú）。
5）再（zài）次軋製該規格的管子一批，在軋製前端裝加熱器（qì），使先進（jìn）軋機的一端加熱 2min 再軋製，分 3組進行扒皮試驗（yàn），發現無類似的細小裂紋出現，進一步明確了產生細小裂紋的原因。
4 、結論
1）由於 API 5CT 中未對非金屬夾雜物有要求，該產品各項力學（xué）性能指標、水壓試驗及探傷檢測均無異常，因此基本判定該（gāi）缺陷對鋼管產品質量（liàng）無明顯影響。此外，P110鋼級產品為非抗H2S腐蝕產品，因此不存在抗腐蝕性能的影響。同時（shí），由於螺紋加工（gōng）後能夠對發現缺陷的部分進行切除，所以可能存在的肉眼可見的（de）細小缺陷不會對特殊扣密封和連（lián）接性能產生影響。
2）建議API 5CT對特殊性能要求（qiú）的油套管可適當控製非金屬夾雜物的級別。
3）建議在（zài）冬天軋製的過程中，在軋（zhá）機的前端裝加熱器，緩解管坯前端過多的溫度降低，減少變形抗力。
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