高钢级石油套管热处理性能均匀性研究.pdf

2 0 i 5年第 3期 鞍 钢 技 术 ANGANG TECHNOLOGY 总 第 3 9 3期 三 三 研 究 与 开 发 ～’●--‘。，-⋯ 一 -●●●●， 高钢级石油套管热处理性能均匀性研究 刘兴春 ， 陈勇 ， 张尧 ， 秦桂伟 1 ． 北京科技大学， 北京 1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 鞍钢股份有限公司无缝钢管厂， 辽宁 鞍 山 1 1 4 0 2 1 摘要 针对无缝钢管热处理后性能不均现 象进行 了分析。现场跟踪观察与检验结果表明， 通过采取控制热处理炉炉温均 匀性及水淬均匀性等措施 ， 可改善 同一支管性能的均匀性 ， 使石 油套 管 的性 能处 于均 匀可控状 态 。 关键 词 石 油套 管 ； 性 能均 匀性 ； 炉温控 制 中图分类号 T G1 1 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 4 6 1 3 2 0 1 5 0 3 0 0 2 2 0 4 S t ud y o n Ho mo g e ne i t y o f Pr o p e r t i e s o f Hi g h Gr a de Oi l Ca s i ng s a f t e r He a t Tr e a t me nt L i u X i n g c h u n 1 , 2 C h e n Y o n g 2 , Z h a n g Y a o 2 , Q i n G u i w e i 1 ． U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ； 2 ． S e a m l e s s S t e e l P i p e P l a n t o f A n g a fl g S t e e l C o ． ， L t d ． ， A n s h a n 1 1 4 0 2 1 ， L i a o n i n g ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p h e n o me n o n o f h e t e r o g e n e o u s p r o p e r t i e s o f h i g h g r a d e o i l c a s i n g s a f t e r h e a t t r e a t me n t i s a n a l y z e d ．Ac c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f o n s i t e t r a c k i n g a n d o b s e r v i n g a n d s u b s e q u e n t t e s t i n g ， i t i s c o n c l u d e d t h a t t h e h o mo g e n e i t y o f p r o p e r t i e s o f t h e s a me p i p e c a n b e i mp r o v e d w h i c h me a ns t ha t t h e p r o pe r t i e s o f o i l c a s i n g s c a n b e c o nt r o l l e d u ni f o r ml y b y a d o p t i n g s uc h me a s u r e s a s c o n t r o l l i n g t h e u n i f o r mi t y o f t h e t e mp e r a t u r e i n a h e a t t r e a t me n t f u r n a c e a n d t h e w a t e r q u e n c h e d h o mo g e n e i t y． Ke y wor dso i l c a s i n g ；h o mo g e n e i t y o f p r o p e r t y ；c o n t r o l o f t e mp e r a t u r e i n f u rn a c e 国内石油开采行业 已呈现“ 更深 、 更强” 的趋 势 ，行业发展趋势对石油套管的性能提出了更高 的要求 ． 同一支管纵 向、 周向及不 同热处理批次之 间的均匀性决定着钢管最终的强度。石油套管的 热处理大多采用连续 自动的方式 ．热处理后产品 性能检验采用抽检 ，而抽检是沿管体 圆周或纵向 某一位置进行 。产品性能不可能 1 0 0 ％得到验证 ， 因此严格控制热处理生产过程的各个相关 因素是 保 证 钢管性 能稳定 可 靠 的关 键 。 高钢级石油套管热处理性能均匀性评价包括 同一支管纵向、周 向及不同热处理批次之间的均 匀性情况 。性能不均不仅会增加石油套管的使用 刘兴春 ．工程师． 1 9 9 8年毕业 于鞍 山钢铁学 院金属压力加 丁专业 。E ma i l 1 5 8 4 1 2 4 1 1 1 6 1 3 9 ． t o m 一 2 2 一 风险性 ， 而且影响石油套管的使用寿命 ， 甚至造成 套管滑脱油井报废 ， 损失巨大阻 ] 。为了对石油套管 性能均匀性进行精细控制 ，鞍钢股份有 限公司无 缝钢 管厂 在产 品性 能 和几何 尺 寸完 全 满 足标 准 的 条件下 ，对石油套管热处理后性能均匀性情况进 行了研究， 以保证产品性能稳定 。 使用不出现问题。 1 试验条件及方法 1 ． 1 试验 材料 试验材料取 自鞍钢股份有 限公 司无缝钢管厂 管加工二作业 区调质样管 ，钢号 N 8 0 Q，规格 为 1 3 9． 7 mmx 7． 7 2 mm 。 1 ． 2 试验 方 法 在合格 的钢管上取样 ，样管长度为 1 0 m， 每 间隔 1 m 取一 个 样 ， 总 计 取 1 0个试 样 ， 然 后经 锯 2 0 1 5年 第 3期 鞍 钢 技 术 AN ； ANG TECHNOLOGY 总 第 3 9 3期 床 及 磨 床 加 工 成 拉 伸 试 样 ， 检 验 。 2 检验结 果及 分析 2 ． 1 纵 向均 匀性检 验 在 拉伸机上做 拉伸 沿钢管头部至尾部纵向划一直线 ，按相等距 离取 l 0个点， 在每个点取样并在拉伸机上做拉伸 试验 ． 纵 向取样示 意 图见 图 1 ， 纵 向力学性 能检 验 结 果 见 图 2 。 ● ●． 一 ● ， ● ● H - ● t ● ● - - _ _ - _ -- ●_ 一 - _ 一 兰 曼 鱼 璺 图 1 纵向取样位置示意图 取样 位 置 ＼ 褂 廿 一 厦 a 纵 向抗拉强度及屈服强度 b 纵向延伸率 图 2 纵 向 力学 性 能 检 验 结 果 从 图 2看 出 ，纵 向抗拉 强度波动范 围 7 5 6 8 1 2 MP a 。 最大值与最小值偏差为 5 6 MP a ； 纵向屈 服强度波动范围 6 3 3 7 2 9 MP a ，最大值与最小值 偏差为 9 6 MP a ， 波动较大 ； 纵 向延伸率为 2 O ． 5 ％一 2 9 ． O ％， 最大值与最小值偏差为 8 ． 5 ％。整体上看 ， 头部的屈服强度 、 抗拉强度处在波动范围的上限 ． 尾部 的则处 在 波动 范 围的下 限 ，钢 管 的 中部性 能 较均匀 ， 而延伸率则正好相反 。 2 ． 2 周 向稳 定性检 验 按 照 2 ． 1取样的方式将钢管周 向旋转 9 0 。 沿 相同位置等距离取条状试样 ，在拉伸机上做拉伸 试验 ， 取样示意 图见图 3 ， 力学性能检验结果见 图4 。 从 图 4可 以看 出 ．周 向抗 拉强 度波 动 范 围为 7 8 0 ～ 8 1 2 MP a ． 最大值与最小值偏差为 3 2 MP a 周 向屈服强度波动范围为 6 6 7 ～ 7 2 4 MP a ，最 值与 最小值偏差为 5 7 MP a ， 波动较大 ； 周 向延伸率 为 1 8 ％～ 3 0 ％， 最大值 与最小值偏差为 l 2 ％． 同一支 钢管在周 向上存在较大的性能不均。 3 提高管材性能稳定性 的措施 从 前期 检 验结 果 看 ，同一 支 钢管 的性 能 无论 从纵向还是周 向看 。 都存在较大的不一致性 ， 钢管 中部区域性能偏差较小 ，钢管头尾两端区域性能 偏差较大。 石油套管性能均匀性主要受热处理炉加热温 度均匀性及水淬均匀性影响 ，而热处理炉加热均 匀性控制与操作水平 、设备运行状态及煤气压力 的稳定性等因素有关[ 2 ] ， 水淬的均匀性与喷嘴对中 性 ， 内喷 、 外淋的均匀性等因素有关。为保证炉温 和水淬 的均 匀性 ． 采取 了以下措 施 1 调整空气和煤气配 比，使每个烧 嘴的燃 烧 一致 ， 保 证 同一 加 热段 内温度 均匀 。 2 调整煤气压力 ， 使其保持在 1 5 k P a以上 ， 减 少炉 温 的波动 。 3 控制炉压 ， 保持炉 内正压 ， 避免炉门处炉 温 比炉内温度低。 4 对外淋水管的角度进行校正 ，使外淋喷 射水流均匀 ， 呈直线形垂直喷射到钢管的外表面， 减小不均匀冷却 。 5 对 水 淬 托 辊 中心 线 进 行 调 整 ， 保 证 中心 线相差 1 m m 以内。调整喷嘴安装位置 ， 使喷嘴中 心线与水淬钢管的中心线相差小于 2 m m。 一 2 3 一 W ／ 越嘿 罡 唾 世骥 暹 塑 查釜； 高_ 墼． 石油套管热处理性能均匀性研究 鞍 钢技 术 2 0 1 5年 第 3期 总 第 3 9 3期 ∞ ＼ 憩 匠 匿 取 样位 置 a 周向抗托强度 皇 骥 ∞ 哩 厘 匿 图 3 周向取样位置示意图 取 样位 置 b 周 向屈服强度 图 4 周 向 力学 性 能 检 验 结 果 6 调整水淬压辊至同步 ，防止水淬时钢管 轴向串动 ， 造成内喷冷却不均匀。 采 取 以 上 措 施 后 ．对 1 3 9 ． 7 m mx 7 ． 7 2 mm N 8 0 Q钢管性能均匀性改进后情况进行验证 。 4 效果验证 4 ． 1 纵 向均 匀性检 验 按照 2 ． 1 取样方法及图 1 标注位置， 对提高稳 定性后的样管取样 ， 然后在拉伸机上做拉伸试验 ． 纵 向抗 拉 强度 一 ．_～纵 向屈 服 强度 6 95 69f 纛s 8．5 1 。“ l 。 , s s - 。, i 。 ．Ts 6 ． r b 7s* , o 、 I6 7 、 5 -， 68 o ． 。, l l 、 2 2 l 2 2 3 l 3 2 4 1 4 2 5 l 2 6 l 6 2 7 l 7 2 8 l 8 2 取样 位 置 取样 位置 c 周向延伸率 力 学性 能检验 结果 见 图 5 。 由图 5可看 出 ， 抗拉 强度范 围为 7 7 5 ～ 7 9 5 MP a , 抗拉强度最小值比标准要求富余 8 6 MP a ． 且纵 向差 值为 2 0 MP a ， 差值波动值较采取措施前小 3 2 MP a 屈 服强 度 范 围为 6 6 5 ～ 6 9 5 MP a ，屈 服 强度 最 小值 比标准要求富余 l 1 3 MP a ， 纵 向差值为 3 0 MP a ． 差 值波动值较采取措施前小 6 6 MP a ；纵 向延伸率为 1 4 ％～ 2 3 ％， 最大值与最小值偏差为 8 ％。同支管纵 向性能差值波动较小 。 a 纵 向抗拉强度及 屈服强度 图 5 改进后纵向力学性能检验结果 4 ． 2 周 向性 能检验 在 同一试样上沿 圆周方 向旋转 9 0 。 取样 ． 按 图3标注位置取样并在拉伸机上做 拉伸试验 ． 力 学性 能检 验结果 见 图 6 。 一 2 4 一 取样 位 置 b 纵向延伸率 从图 6可看出， 周向抗拉强度为 7 6 0 - 7 8 5 MP a ． 最小值 比标准要求富余 7 1 MP a ，差值为2 5 M P a ， 较采取措施前周 向抗拉强度最大值与最小值偏差 小 7 MP a ； 屈服强度范围为 6 5 5 - -6 8 5 M P a ， 最小值 比 要 骤曙 避 骶 西 { 量 2 0 1 5年 第 3期 鞍 钢 技 术 ANGANG TECHNoLOGY 总 第 3 9 3期 ∞ 凸_ ＼ {赵 骠 叵 匿 7 90 一◆ ～ 周 向旋转9 O 。性能 a 7 8 5 } ． | 啪 通长长度性能 I7 8 0 75 7 70 7 6 7 7 5} I 7 ＼ } ⋯ 5 } 、 。 7 60 而 ● 77l 7 5 5 L 『 取样 位 置 a 周向抗拉强度 c 。 寰 ＼ 鼹 ∞ 噬 厦 匿 一 6 5 ，I 堂 望 星 生 竺 ．． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O 取 样位 置 b 周 向屈服强度 图 6 改进后周 向力学性能检验结果 标准富余 1 0 3 MP a ， 周 向差值为 3 0 MP a ， 较采取措 施前周向屈服强度最大值与最小值偏差小 2 7 MP a ； 周 向延伸率为 1 8 ％～ 2 3 ％， 最大值与最小值偏差为 5 ％， 同支管周 向性能差值波动较小。 5结论 1 鞍 钢股 份 有 限公 司无缝 钢 管 厂 在产 品性 能和几何尺寸满足标准的条件下 ．对石油套管热 处 理 后性 能均 匀性 情 况进 行 了试 验 研究 ，结果 表 明， 同一支钢管在纵向及周向存在性能不均。 垂 20 捌 匿 l 8 1 8 一 ◆ ～ 周 向旋 转9 0 。性 能 沿 通长 长度 性 能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 取样 位 置 c 周向延 伸率 系统均匀性控制 ．可使 同一支石油套管的性能均 匀性控制在较为稳定的状态 ， 从而提高其使用寿命 。 3 钢管性能稳定性提高后减少了产品质量 异议 ， 产生了良好的经济效益。 下一步将对产品成 分进行分析研究 ．以将石油套管性能均匀性控制 在最佳状态。 参考 文献 [ 1 ]杨满． 热处理使用技术问答[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． E 2 ]宋维锡． 金属学与热处理[ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 1 9 8 7 ． 编辑 袁 晓青 2 通过对热处理炉炉温均匀性控制及水淬 修回日期 2 0 1 4 0 8 1 4 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 { I∈米 米 米 来 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 安米 与 S A I Li生印度组建汽车钢合资公 司 近 日， 安赛乐米塔尔公司和印度钢铁管理局 S A I L 签订在印度组建汽车钢合资公司的谅解备忘录。 该合资公司将安装世界最先进 的冷轧机和一条连续退火、 一条热镀锌生产线等下游设备 ． 旨在为印 度汽车行业提供高质量的钢材 。 满足当地快速增长的需求。其汽车板年产能估计 1 5 0万 t ， 目前尚未确 定 ， 可行性研究需要 1年半左右时间， 2 0 1 8年 4月有望开始建设 ， 届时 S AI L鲁尔克拉钢厂新安装 的年 产能 3 0 0万 t 热带轧机也将建成投产。 预计到 2 0 2 0年 ， 印度将成为世界第 4大汽车制造国 ， 产量将从 目前近 3 5 0万辆增至 7 0 0万辆 以上。 印度 巨大 的汽 车需求 ， 加 之政府 支 持“ 印度制 造 ” ， 印度 有望成 为未 来全 球 汽车 出 口的制造 中心 。 对于安赛乐米塔尔来说， 汽车部 门继续作为其高度战略性和重要的市场。该公 司 C E O拉克西米米 塔尔称 ， “ 与 S A I L成立汽车板合资公司同我 们与中国华菱成立的合资公司一样 ， 是令人激动和强大的结 合。” 华菱 的汽车板合资公司 目前拥有一年产能 1 5 0万 t 冷轧机和一年产能 5 0万 t 热镀锌生产线， 2 0 1 4 年年中投产 ， 年产能 1 5 0万 t ， 主要服务于中国的汽车工业 ， 目前仍处投产初期。 从 2 0 1 3年底开始 ， S A I L为在鲁尔克拉钢厂生产高质量汽车钢板和家电用板 ， 在全球范围内寻找提 供技术支持 的合作伙伴 。目前 ， S A I L的现代化扩建项 目即将完成 ， 届时铁水年产能将从 1 4 0 0万 t 提高 到 2 3 5 0万 t ， 高附加值钢产品将大幅增长。 摘 自“ 我 的钢铁 网” 一 2 5