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P110套管特殊扣密封麵細小裂紋分析

2019-1-14 來源：北京隆盛泰科石（shí）油（yóu）管科技有限責任公司作者：強淵，李昱坤（kūn），巨金偉，武紅

摘要：在P110套管螺紋（wén）加工時發現特殊扣套管密封麵存在細小裂紋，通過（guò）外觀和金相分析、宏觀和微觀斷（duàn）口形貌（mào）觀察、能譜分析，發現裂紋缺陷處存在非金（jīn）屬夾雜物。結果表明，組織中存在非金屬夾雜物是造成該（gāi）套管有細小裂紋的主要原（yuán）因，冬天軋製過程中前端冷卻速度過快，使非金屬（shǔ）夾雜物拉長（zhǎng）、破碎，最終產生細小裂紋。指出，螺紋加工後能夠對端部缺陷部分進行切除；對特（tè）殊性（xìng）能要求的油套管可適當（dāng）控製金屬夾雜物的級別；在冬天軋製的過程中，在軋（zhá）機的前端（duān）裝加熱器，可緩解管坯前端過多的溫度降低（dī），減少變形抗力和裂紋出現。

關鍵詞：套管特殊扣；細小裂紋；非金（jīn）屬夾雜（zá）物；密封麵

某管廠在生（shēng）產Φ114.3mm×8.56mm R2 P110 鋼級特殊扣套管加工過程中，扣型密封麵產生細小裂紋（圖 1），給生產造成了嚴重的損失。管端體內存在3~5mm長的小裂紋，圓周上其他位置也存在類似裂紋。

1、裂紋分析

1.1 取樣（yàng）

對有細小裂（liè）紋的螺紋端，按照標準 QJ 2136.3-91[2]要求（qiú）取化學、力學和金相樣。

1.2 理化分析

在 ARL 4460 直讀光譜儀上按照 ASTM A751-2008 標準進行化學成（chéng）分分析（表 1）、力學檢驗（yàn）（表2），檢（jiǎn）驗結果與P110采購協議相符，也符合API 5CT中對P110鋼級的相關規定。

1.3 金（jīn）相分析（xī）

采用 MEF3A 金相（xiàng）顯微鏡、MEF4M 金（jīn）相顯（xiǎn）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

由於特殊扣密封（fēng）麵車削部位相當於正常管體壁厚的中間位置，常規熱軋工序沒有造成內部細小裂紋的可能，所以（yǐ）初步懷疑（yí）是夾渣物所致（圖2）。

對橫向截麵進行（háng）高倍分析，表（biǎo）麵裂紋是斜向（xiàng）的，並非是垂直於軸線方向，而且長短不一，所以是非應力差（chà）形成的細小裂（liè）紋；此外在（zài）同（tóng）一截麵上還發現了類似細小裂紋（圖

3）。縱向細小裂紋沿（yán）軋製方向有明顯的延展（zhǎn），基本與軸向平（píng）行，類似夾雜物（wù）缺陷（圖4）

1.3.2 金相分析

由圖5可以看出，該細小裂紋最長約為5mm，深度最深處約0.08mm，組織是回火索氏體（tǐ），未發現裂紋兩邊存在明顯的脫碳或氧化層，說明該細小裂紋不是（shì）在（zài）熱處理時產生（shēng）的。

1.4 能譜分析

在TESCAN VEGAⅡ掃描電鏡上，利用XFORDINCA 360能譜分析儀，對金相分析樣品斷口附近（jìn）不同區域非金屬（shǔ）物質進行了能譜分析，掃描電鏡照片如圖6所示，能譜分析結（jié）果見表

3、表4。

對試（shì）樣裂紋處進行能譜分析，分析結果為（wéi）鋁酸鈣夾雜物，其夾雜物形態與缺陷相貌一致，根據能譜分析，進一步確認夾雜物的成分是C類矽酸鹽夾雜（zá）。上述表明該批次管料可能（néng）存在夾（jiá）雜物缺陷，而由（yóu）於是連鑄坯料，進廠時無法驗收夾雜物。2 分析（xī）與設備改進驗證取一根P110光管，從兩（liǎng）端各取1 000mm,在車床上剝皮（pí）試驗，每次進刀 0.05mm,加（jiā）工（gōng）長度 600mm,再進刀到3mm的時候發現一端出現細小裂紋，細小裂（liè）紋均在（zài） 300mm 之內（nèi）[5]；另一端加工過程中均未出現細小裂紋（wén）。由此可（kě）見細小裂紋是產生在一端，且可能是在先（xiān）變形的一端，該端由於冬天溫（wēn）度（dù）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，取同爐號管坯相同的軋製（zhì）工藝與設備重新生產同規格的光管，在軋製機前端加裝800mm長的加熱器（qì），溫（wēn）度控製在1 200℃,試軋製20支（zhī），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，在寒冷的冬季穿（chuān）孔後的管坯前端降溫速度過（guò）快，變形抗（kàng）力增大，容易使（shǐ）材料內部的（de）非金屬夾雜物變形，造成缺陷隱患。3 成因分析及風險評估：

1）綜合上述分析結果（guǒ），該裂紋為原料中鋁酸鈣夾雜物，由於原材料為連鑄坯，未進行非金屬夾雜物檢驗。非金屬（shǔ）夾雜物在熱軋生產時受到縱向軋（zhá）製受力拉（lā）長，其形貌變為螺紋方向的線性缺陷[6]。

2）針對端部發現缺（quē）陷比例較大的情況，初步分析為：鋼管在（zài）淬火時（shí），靠近內噴噴頭端因水（shuǐ）量較大、溫度（dù）較低，線性夾雜物發生了延伸擴展。這（zhè）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，冷卻速度相較慢，未出現細（xì）小夾雜物擴（kuò）展的情況。

3）從金相檢查看出，該細小裂紋最長（zhǎng）約（yuē）為5mm，深度最深處約0.08mm，而鋼管探傷等級為L2，即（jí）刻傷深度0.43mm，因此該缺陷深度（dù）遠小於超（chāo）聲波報警值（zhí），且由於在芯（xīn）部，磁粉也無法檢出。

4）針對端（duān）部發現的（de）缺陷情況，在切除（chú）後，能夠有效保證對端部缺陷部分的去（qù）除。

5）再次軋製該規格的管子（zǐ）一批，在軋製前端裝加熱器，使先進軋機的一（yī）端加熱 2min 再軋製，分 3組進行扒皮（pí）試驗，發現（xiàn）無類（lèi）似的細小裂紋（wén）出現，進一步明確了產（chǎn）生細小裂紋的原因。

4 、結論

1）由於 API 5CT 中（zhōng）未對非（fēi）金屬夾雜（zá）物（wù）有要求，該產品各項力學性能指標、水壓試（shì）驗及探傷檢測（cè）均無異常，因此基本判定該缺（quē）陷對鋼管產品質量無明顯影響（xiǎng）。此外，P110鋼級產品為（wéi）非抗H2S腐蝕產品，因此不存在抗腐蝕性（xìng）能的影響。同時，由於螺紋加工後能夠對發現缺陷的部分進行切除，所以可能存在（zài）的肉眼可見的細（xì）小缺陷不會對（duì）特殊扣（kòu）密封和連接性能產生影響。

2）建議API 5CT對特殊性能要求的（de）油套管可適（shì）當控製非金屬夾雜物的級別（bié）。

3）建議在（zài）冬天軋（zhá）製的過程中，在軋機的前端裝加（jiā）熱（rè）器，緩解管坯前端過多的溫度（dù）降低，減少變形抗力。

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