镍基合金油管的驻厂监理质量控制要点

镍基合金油管的驻厂监理质量控制要点

董文冬

西安摩尔石油工程实验室股份有限公司陕西西安710000

摘要：介绍了镍基合金油管的国内生产概况，阐述了主要生产和检验过程，分析了生产和检验过程中容易出现的问题，提出了该类油管驻厂监造的要点。

关键词：监造要点；镍基合金油管；生产工序；检验工序

目前，世界油气田中大约1/3含有H2S气体，由于这类油气井中含有大量的H2S、CO、Cl-等腐蚀性介质，普通碳钢、低合金钢乃至13Cr钢、22Cr钢等材质的油井管已经无法满足开采环境的要求[1]。镍基合金与一般不锈钢相比，不仅具有良好的抗全面腐蚀、局部腐蚀以及应力腐蚀的能力，还具良好的综合力学性能和冷、热加工性能，近些年在耐蚀油井管的制造中得到了广泛应用[2]。

在我国，镍基合金油井管的研发起步比较晚，但随着国内各钢管企业研发实力的日益增强，镍基合金油管的生产技术已经打破了国外的垄断。目前，国内某管厂已经成功生产出了2830及G3材质的镍基合金油管，由于镍基合金油管的生产及检验工序繁多，驻厂监造过程中应抓住关键点，确定重点监督工序，从而做到有的放矢，提高产品质量。

一、主要生产工序及其驻厂监造重点

2830及G3镍基合金油管的生产主要经历了如下几个步骤：坯料的冶炼、坯料的锻造、坯料的热挤压、荒管的固溶处理、荒管的冷轧、光管的管加工、成品管的喷标及包装等。其中，坯料的冶炼、坯料的热挤压、荒管的固溶处理、荒管的冷轧是最为关键的生产工序，这些工序的控制将决定产品质量的优劣，需要对其进行重点监控。

（1）坯料的冶炼

与普通油套管钢不同，2830和G3等镍基合金的化学成分有如下特点：①添加了大量的合金元素，如Cr、Ni、Mo、W等；②C含量通常应控制在0.015%以下；③P、S含量通常应控制在0.03%以下。鉴于较高的化学成份要求，镍基合金坯料的冶炼往往采用下列方式进行：EAF+AOD（VOD）+ESR或VIM+ESR。

（2）坯料的热挤压

镍基合金油管通常依靠热挤压方式来成型，但控制合理的热挤压工艺难度较大，试验证明，镍基合金在1100℃以上温度区间变形，能够有效降低流变应力，减小设备负荷，因此镍基合金的热挤压温度一般设置在该区域。在该工序中，如果热挤压工艺控制不当，通常会在热挤压荒管内外表面上出现裂缝、折叠、龟裂、裂纹和离层等缺陷。因此，驻厂监造过程中，应重点检查热挤压工艺控制情况，确保荒管的内外表面无上述缺陷。

（3）荒管的固溶处理

ISO13680《石油天然气工业用耐蚀合金油套管及接箍无缝管供货技术条件》规定[3]，镍基合金油管析出相总量不能超过1%，σ析出相不能超过0.5%由于某些镍基合金油管成分的特殊性，经过热挤压工序后，往往会出现沿晶界分布的第二相，如氮化物相、碳化物相、σ相等，这些析出相的出现会对材料的耐腐蚀性、塑韧性等产生严重的危害，因此必须通过固溶处理工艺予以消除。在该工序的驻厂监造过程中，要着重对热处理炉的温度、步进周期以及冷却水压力进行监控。

（4）荒管的冷轧

一般来说，普通油管的力学性能是通过热轧（热处理）工艺来保障的，而镍基合金油管在热加工过程中往往会出现有害的第二相，因此需要通过其他途径实现其力学性能。目前，2830和G3等镍基合金油管通常采用冷轧的方式来控制管体的力学性能，采用冷轧方式成型的优势大致有如下三方面：①可避免产生有害的第二相，②通过设置合理的轧制变形量，便可生产出高强度、良好冲击韧性的产品，③产品尺寸精度高、表面质量好、光洁度高。在该工序中的监督过程中，重点应进行冷轧光管的检测：①冷轧光管的尺寸检测，如外径、壁厚；②冷轧光管的表面质量监测，如：有无凹坑、划痕、裂纹。

二、主要检验工序及其驻厂监造重点

与普通API油管类似，镍基合金油管需要进行如下几个方面检测：（1）理化性能测试，（2）无损探伤检测，（3）成品管表面质量检验；（4）管体直度检验。但是与普通API油管相比，镍基合金油管的试验方法有所不同、检测过程更为严格。笔者根据自身驻厂监造经验，将上述各检验项目容易出现的问题进行了汇总。

（1）理化性能试验

镍基合金油管的理化性能是判断其质量是否合格的重要依据，任何一项理化性能出现问题，都可能会对管体的安全性带来致命的威胁，因此在驻厂监造过程中应该格外重视。按照ISO13680标准要求，镍基合金油管的理化性能检验主要包括如下七个方面：化学成分分析、拉伸试验、冲击试验（或压扁试验）、硬度试验、水压试验（可选择不做）、金相检验、抗CO、H2S腐蚀试验。笔者发现在拉伸试验、金相检验过程中，常常会出现不合格项，在此对其进行简要分析。

A．拉伸试验的监督。对于镍基合金油管，在拉伸试验过程中常会遇到强度不合格的现象，而且这现象在高钢级、大壁厚镍基合金油管的检验过程中更为常见。镍基合金油管的力学性能通常是通过冷轧变形来实现的，当冷轧变形量不足时，常常会导致其强度达不到规定的要求。因此，在驻厂监造过程中，需要我们格外注意。

B．金相检验的监督。按照ISO13680标准要求，为不影响镍基合金油管的耐腐蚀性能，其析出相总量应低于1%，σ相总量应低于0.5%。如前所述，在镍基合金油管热挤压过程中，奥氏体晶界间会出现大量的金属间析出相，当固溶处理工艺不恰当时（如温度设置不合理、保温时间过短），大量的晶界间析出相将无法消除，如图1所示。因此，在驻厂监造过程中，应注意鉴定金相照片，甄别析出相是否超标。

图1存在析出相的某镍基合金油管金相组织(a)100倍；(b)500倍

（2）无损探伤（超声）

冷轧态交货的镍基合金油管的微观组织通常是粗大的奥氏体组织，且组织不均匀，同时声学性能各向异性，致使镍基合金油管在超声探伤过程中存在杂乱的晶间、晶界草状回波，且信噪比低，给超声探伤带来许多困难。在镍基合金油管的探伤过程中，需要对如下三类缺陷进行探测：纵向缺陷、横向缺陷、分层缺陷。该工序的驻厂监造过程中，应注意如下两个方面：①超声探伤样管必须采用同种镍基合金材质制作，②纵向、横向和分层缺陷的灵敏度标定是否合格。

（3）成品管表面质量及管体直度检验

由于镍基合金油管的硬度一般较低，其HRC一般在35以下，在生产、吊装过程中很容易出划痕、凹坑等缺陷（欠）。此外，由于镍基合金油管的交货状态是冷轧态，成品油管在应力作用下，管体容易产生弯曲变形，导致管体直度超标。因此，成品管入库前，驻厂监造人员应对其表面质量和直度进行抽查。

三、结语

目前，国内镍基合金油管的生产技术虽已打破了国外的垄断，但该类产品的生产和检验工序繁多，生产工艺控制难度较大，在生产过程中存在产品质量不稳定现象，需要加大驻厂监督力度，以确保交付油田的钢管质量。

参考文献

[1]张忠铧，唐豪清，张春霞等．抗CO和H2S腐蚀油套管的开发与展望[J]．世界钢铁．2007，7(4)：5-10．

[2]杨瑞成，聂福荣．镍基耐蚀合金特性、进展及其应用[J]．甘肃工业大学学报．2002.12，28(4)：29-33．

[3]ISO13680（2008），石油天然气工业用耐蚀合金油套管及接箍无缝管供货技术条件[S]