P110套（tào）管特殊扣密封麵細小裂紋分析（xī）
2019-1-14 來源：北京（jīng）隆盛泰科石油管科技有限責任公（gōng）司 作者：強 淵，李（lǐ）昱坤，巨金偉，武 紅
摘（zhāi） 要：在P110套管螺紋加工時發現特（tè）殊扣套管密封麵存在細小裂紋，通過外觀和金相分析、宏觀和微觀斷口形貌觀察、能譜分（fèn）析，發現裂紋缺陷處存在非金屬夾雜物。結果表明，組織中存在非金屬（shǔ）夾雜物是造成該套管有細小裂紋的主要原因（yīn），冬天軋製過程（chéng）中前端冷卻速度過快，使（shǐ）非金（jīn）屬夾雜物拉長、破碎，最終產生細小裂紋。指出，螺紋（wén）加工後能夠對端部缺陷部分進行（háng）切除；對（duì）特殊性能要求的（de）油套管可適當控製（zhì）金屬夾雜物的級（jí）別；在冬天軋製的過程中，在軋（zhá）機的前端裝加熱器（qì），可緩解管坯（pī）前端過多的溫度降低，減少變形抗力和裂（liè）紋出現。
關鍵詞：套管特殊扣；細小（xiǎo）裂紋；非金屬夾雜物；密封麵
某管廠在生產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（chóng）的損失。管端體內存在3~5mm長的小裂紋，圓（yuán）周上其他位置也存在類似裂紋。
1、裂紋分析
1.1 取樣
對有細小裂紋的螺紋端，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 直讀（dú）光譜儀上按照 ASTM A751-2008 標準進行化（huà）學成（chéng）分（fèn）分析（表 1）、力學檢驗（yàn）（表2），檢驗結果與P110采購協議相符，也符合（hé）API 5CT中對P110鋼級的相關規定。
1.3 金相分析
采用 MEF3A 金相顯微鏡、MEF4M 金相（xiàng）顯微（wēi）鏡及圖像分析係統（tǒng），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（yóu）於特殊扣密封麵車削部位相當於正常管體壁厚的中（zhōng）間位置，常規熱軋工序沒有造成（chéng）內部細小裂紋的可能，所（suǒ）以（yǐ）初步懷疑是夾渣物所致（圖2）。
對橫向截麵進行高倍分析，表麵裂紋是斜向的，並非是垂直於軸線（xiàn）方向（xiàng），而且（qiě）長短（duǎn）不一，所以是非應力差形成的細小（xiǎo）裂紋；此外（wài）在同一截麵上（shàng）還發現了類似細小裂紋（圖
3）。縱向細小裂紋沿軋製方向有（yǒu）明顯的延展，基本與軸向平行，類似夾（jiá）雜物缺（quē）陷（圖4）
1.3.2 金相分析
由（yóu）圖5可以看出，該（gāi）細小裂紋（wén）最長約（yuē）為5mm，深度最深處約0.08mm，組織是（shì）回火索氏（shì）體，未發現裂紋兩邊存在明顯的脫碳或氧（yǎng）化層，說明該細小裂紋不是在熱處理時（shí）產生的。
1.4 能譜（pǔ）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（yàng）品（pǐn）斷口附近不同（tóng）區域非金（jīn）屬物質（zhì）進行了（le）能譜分析，掃描電鏡（jìng）照片如圖6所示，能（néng）譜分析結果見表
3、表4。
對（duì）試樣裂紋處進行能譜分析，分析結果（guǒ）為鋁酸鈣夾雜物，其夾雜物形態與缺（quē）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（lèi）矽（guī）酸鹽夾雜。上述表明該（gāi）批次管料可能存在夾雜物缺陷，而由（yóu）於是連鑄坯料，進廠時無法驗收夾雜物。2 分析與設備改進驗證（zhèng）取一根P110光管，從兩端各取1 000mm,在車（chē）床上（shàng）剝皮試驗，每次（cì）進刀 0.05mm,加工長度 600mm,再進刀到3mm的時候發現一端出（chū）現細小裂紋，細小裂紋均在（zài） 300mm 之內（nèi）[5]；另一端加工過程中均未出現細小裂紋。由此可見細小裂紋是（shì）產生在一端，且可能是在（zài）先變形的一端，該（gāi）端由於冬天溫度降低過多，變（biàn）形（xíng）抗力大，最終出現細小裂紋。為了驗證判斷的準確性，取同（tóng）爐號管坯相同的軋製工藝與設備重新生產同規格的光管，在軋製機前端加裝800mm長的加熱器，溫度控製在1 200℃,試軋（zhá）製20支，隨機取（qǔ） 3 支頭尾取樣進行扒皮試驗，均無細小裂（liè）紋出現。由此可（kě）以證明（míng），在寒冷的冬季穿孔後的（de）管坯前端降溫速度過快，變形抗力增大，容易使（shǐ）材料內部的非金屬夾雜物變形（xíng），造成缺陷隱患。3 成因（yīn）分析及（jí）風險評估：
1）綜合上述分析結果，該裂紋為（wéi）原料中鋁酸（suān）鈣夾（jiá）雜物，由於原材（cái）料（liào）為連鑄坯（pī），未進行非（fēi）金屬夾雜（zá）物檢驗。非（fēi）金屬夾雜物在熱（rè）軋生產時（shí）受到縱向軋（zhá）製（zhì）受力拉長，其形貌（mào）變為螺紋方向的（de）線性缺陷[6]。
2）針對端（duān）部發現缺陷比例較大的情況，初步分析為：鋼管在（zài）淬火時（shí），靠近內噴噴頭端因水量較大、溫度較低，線性夾雜（zá）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，冷卻速度相較慢，未（wèi）出（chū）現細小夾雜物（wù）擴（kuò）展的情況。
3）從金相檢（jiǎn）查看出，該細小裂紋（wén）最長約為5mm，深度最深（shēn）處約0.08mm，而（ér）鋼管探傷等級為L2，即刻（kè）傷（shāng）深（shēn）度0.43mm，因此該（gāi）缺陷（xiàn）深度遠小於超聲（shēng）波報警值，且由於在芯（xīn）部，磁粉（fěn）也無法檢（jiǎn）出。
4）針對（duì）端部發現的缺陷情況，在切除後，能夠有（yǒu）效保證對端部缺陷部分的去除。
5）再次軋（zhá）製該規格的管子一批，在軋製（zhì）前端裝加熱器，使（shǐ）先進軋機的一端加熱 2min 再軋（zhá）製，分 3組進行扒皮試驗（yàn），發現無類（lèi）似的細小裂紋出現，進一步明確了（le）產（chǎn）生細小裂紋（wén）的（de）原因。
4 、結論
1）由於 API 5CT 中未對非金屬夾（jiá）雜物有要求，該產品各項力學性能指標、水壓試驗及探傷檢測均無異常，因此基本（běn）判定該缺陷對鋼管產品質量無明顯（xiǎn）影響。此外，P110鋼級（jí）產品為非抗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（hòu）能夠對發現缺陷的部分進行切除，所以可（kě）能存（cún）在的肉眼可見的細小缺陷不會對特（tè）殊扣密封（fēng）和連（lián）接性能產生影響。
2）建議API 5CT對特殊性能要求的油套管可（kě）適當控製非金屬夾雜物的級（jí）別（bié）。
3）建（jiàn）議在冬天軋製（zhì）的過程中，在軋機的（de）前端裝加熱器，緩解管坯前端過多的溫度降（jiàng）低，減（jiǎn）少變形（xíng）抗力。
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