P110套管（guǎn）特殊（shū）扣密封麵（miàn）細小裂（liè）紋分析
2019-1-14 來（lái）源：北京隆盛泰科石油（yóu）管科技有（yǒu）限責任公司 作者：強 淵，李昱坤，巨金偉，武 紅
摘 要（yào）：在P110套管螺紋加工時發現（xiàn）特殊扣套管密封麵存在細（xì）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（pǔ）分析，發現裂紋缺陷處（chù）存在（zài）非金屬夾雜物。結果表（biǎo）明，組（zǔ）織中存在非（fēi）金屬夾雜物是造成該套管有（yǒu）細小裂紋的主要原因，冬天軋製過（guò）程中前端冷卻速度過快，使非金屬夾雜（zá）物拉（lā）長、破（pò）碎（suì），最終產生（shēng）細小（xiǎo）裂（liè）紋（wén）。指出，螺紋加工後能（néng）夠對端部缺陷部（bù）分進行切除；對（duì）特殊性能要求（qiú）的油（yóu）套管可適當控（kòng）製金屬夾雜物的級別；在冬天軋製的過程中，在軋機的前端裝加熱器，可緩解管坯前端過多的溫度降低，減少變形抗力和裂紋出現。
關鍵（jiàn）詞：套管特殊扣；細小裂紋；非金（jīn）屬夾（jiá）雜物；密封麵
某管（guǎn）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（mì）封麵產生細小裂紋（圖 1），給生產造成了（le）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（wén）分析
1.1 取樣
對（duì）有細小裂紋的螺紋端，按照標準（zhǔn） QJ 2136.3-91[2]要求（qiú）取化學、力學（xué）和金相樣。
1.2 理化分析
在 ARL 4460 直讀光譜儀（yí）上按照 ASTM A751-2008 標準進行化學成分分析（表 1）、力學（xué）檢驗（表2），檢驗結果與P110采購協議相符，也符合API 5CT中對P110鋼（gāng）級的相（xiàng）關規定（dìng）。
1.3 金相分析
采用 MEF3A 金相顯微鏡、MEF4M 金相顯（xiǎn）微鏡及圖像分析係統，試驗方法（fǎ）參考 GB/T 13298-1991、GB/T 6394-2002標準[3-4]。
1.3.1 高、低（dī）倍檢驗
由（yóu）於（yú）特殊扣密封麵車削部位（wèi）相當於正常管（guǎn）體壁厚的中間位置，常（cháng）規熱軋工序（xù）沒有造（zào）成內部（bù）細小裂紋的可能，所以初步懷疑是夾渣物所致（zhì）（圖2）。
對橫（héng）向截麵進行高倍分析，表（biǎo）麵裂紋是斜向（xiàng）的，並非是垂直於軸線（xiàn）方（fāng）向，而且長短不一，所以是非應力差形成的細小裂（liè）紋；此（cǐ）外在同一截麵上（shàng）還發現了類似細小裂紋（圖
3）。縱向細（xì）小裂紋（wén）沿軋製方（fāng）向有明顯的延展（zhǎn），基本與軸向平（píng）行，類似（sì）夾雜物缺陷（圖4）
1.3.2 金相分析
由圖5可以看（kàn）出，該細小裂紋最長約為5mm，深度最深處約0.08mm，組織是回（huí）火索氏體，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在熱處理時產生的。
1.4 能（néng）譜分析
在TESCAN VEGAⅡ掃描（miáo）電鏡（jìng）上，利（lì）用XFORDINCA 360能譜分析儀，對金相分析樣品斷口附近不同區域非金屬物質進行了能（néng）譜分析，掃描電鏡照片如圖6所示，能譜分（fèn）析（xī）結果見表
3、表4。
對試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（quē）陷相貌一致，根據能譜分析，進一步確認夾雜物的成分（fèn）是C類矽酸鹽夾（jiá）雜（zá）。上述表明該批次管料可能（néng）存在夾雜（zá）物缺陷（xiàn），而由於是連鑄坯料，進廠時無法驗收夾雜物（wù）。2 分析與設（shè）備改進驗證（zhèng）取一根P110光管，從兩端各取1 000mm,在（zài）車床上（shàng）剝皮試驗，每次進刀 0.05mm,加工長度 600mm,再進刀到3mm的時候發現一端出現細小（xiǎo）裂紋，細小裂（liè）紋均在（zài） 300mm 之（zhī）內[5]；另一端加工（gōng）過程中均未出現細小裂（liè）紋。由此可（kě）見細小（xiǎo）裂紋是產生在（zài）一端，且可能是在先變（biàn）形的一端，該端由（yóu）於（yú）冬天溫度降低（dī）過多，變形抗（kàng）力（lì）大（dà），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（xiàng）同的軋製工藝與設備重新生產同規格的光管，在軋（zhá）製機前端加裝800mm長的加熱器，溫度控製在1 200℃,試軋製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（xiàn）。由此（cǐ）可以證明，在寒冷（lěng）的冬（dōng）季穿孔後的管坯前端降溫速度過快，變形抗力增大，容易使材料內部的（de）非（fēi）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（shù）分析結果，該裂（liè）紋（wén）為原料中鋁酸鈣夾雜物，由於原材料為連鑄（zhù）坯，未進行非金屬夾雜（zá）物檢驗。非（fēi）金屬夾雜物在熱軋生產時受到縱向軋（zhá）製受力拉長（zhǎng），其形（xíng）貌變為螺紋方向的線性缺陷[6]。
2）針（zhēn）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，靠近內噴噴頭端因水量較大、溫度較低，線性夾雜物發（fā）生了延伸擴展。這同時印證了（le）細小裂紋（wén）並非在鋼管內外表麵，而是（shì）在（zài）芯部（bù）。同時，由於管體部分水量較小，冷卻速度相較慢（màn），未出現細（xì）小夾雜物擴展的情況（kuàng）。
3）從金（jīn）相檢查看出，該細小裂紋最長約為5mm，深度最深（shēn）處約0.08mm，而鋼管探傷等（děng）級為L2，即刻傷深度0.43mm，因此該缺陷深度遠小於超聲波報警值（zhí），且由於在芯部，磁粉（fěn）也無法（fǎ）檢出。
4）針對端部發現的缺陷情況，在切除後，能夠有效保證對端部缺陷部分的去除。
5）再次軋製該（gāi）規（guī）格的管子一批，在軋製前端裝加熱器，使先進軋機（jī）的一端加熱 2min 再軋製，分 3組進行扒皮試驗，發現（xiàn）無類似的細小裂紋出現，進（jìn）一步明確了（le）產生細小（xiǎo）裂紋的原因。
4 、結論
1）由於（yú） API 5CT 中未對非金屬夾雜物有要求（qiú），該（gāi）產品各項力學性能指標、水壓試驗及探傷檢測均無異常，因此基本判定該缺陷（xiàn）對鋼管產品質量無明顯影響。此（cǐ）外，P110鋼級產（chǎn）品為非抗H2S腐蝕產品（pǐn），因此不存在抗腐蝕性能的影響。同時，由於螺紋加工後能夠對發現缺陷的部分（fèn）進行切（qiē）除，所以可能存在的肉（ròu）眼可見的細小（xiǎo）缺（quē）陷不會對特殊扣密封和連接性能產生影（yǐng）響。
2）建議API 5CT對特殊性能要求的（de）油套管可（kě）適當控製非金屬夾雜物的級別。
3）建議在冬天軋製的過程中，在軋機的前端裝加熱器，緩解（jiě）管坯前端過多的溫度降低，減少變（biàn）形（xíng）抗力。
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