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        管線管外壁不規(guī)則凹坑產(chǎn)生原因分析

        2021-01-04 11:32:36尚漢青張春婉呂拴錄謝仲英
        石油管材與儀器 2020年6期
        關(guān)鍵詞:管坯凹坑外壁

        劉 鵬,尚漢青,劉 鋒,張春婉,呂拴錄,劉 虎,謝仲英,胡 楠

        (1.渤海石油管理局遼東作業(yè)公司 天津 300452; 2. 西安摩爾石油工程實驗室 陜西 西安 710065;3. 中國石油大學材料科學與工程學院 北京 102249)

        0 引 言

        某油田采購的Φ168.0 mm×5.0 mm L245N管線管在防腐處理噴砂之后,在189根管線管中發(fā)現(xiàn)27根管線管外表面存在損傷問題。其中,不規(guī)則凹坑所占比例最高,其深度為0.65~1.75 mm。GB/T 9711—2017[1]標準第9.10.1.1條規(guī)定,所有鋼管在交貨時應無缺陷;第9.10.7條規(guī)定,深度大于0.625 mm(0.125 mm×5 mm),影響最小允許壁厚的缺欠應判為缺陷。依據(jù)GB/T 9711—2017標準規(guī)定,該批管線管不合格。

        管線管存在的缺陷會降低其承載能力,導致失效事故[2-5]。為了找出該批Ф168.0 mm×5.0 mm L245N管線管外壁不規(guī)則凹坑產(chǎn)生的真正原因,并采取有效的預防措施,本文對該批管線管隨機抽樣進行了外觀檢查和試驗檢測,并對檢查發(fā)現(xiàn)的不規(guī)則凹坑產(chǎn)生的原因進行了分析。

        1 隨機抽樣外觀檢查

        對油田退貨的管線管隨機抽樣檢查,發(fā)現(xiàn)49號管線管外壁在同一母線附近存在5處不規(guī)則凹坑。將含49號管線管的該捆10根管線管進行除銹之后進行外觀檢查,結(jié)果見表1及圖1。

        表1 含49號管線管的該捆10根管線管外觀檢查結(jié)果

        圖1 49號管線管0°~90°外表面不規(guī)則凹坑形貌

        宏觀檢查結(jié)果表明,該捆10根管線管中外表面存在機械損傷的管線管2根,占20%;外表面存在不規(guī)則凹坑的管線管5根,占50%。外表面存在的不規(guī)則凹坑里邊顏色與管線管外壁顏色相同,具有在軋管過程中產(chǎn)生的特征。

        2 理化檢驗

        2.1 凹坑金相分析

        在49號管線管第3個不規(guī)則凹坑(圖1(c))位置取縱向試樣,試樣尺寸見表2,金相分析結(jié)果如圖2~圖4所示。

        圖2 截面1凹坑底部表層組織及晶界氧化裂紋形貌

        圖3 截面2凹坑底部表層組織及晶界氧化裂紋形貌

        圖4 外壁脫碳層、晶界氧化裂紋及基體組織

        表2 49號管線管凹坑深度及壁厚測定結(jié)果

        1)截面1凹坑深度為0.262 mm。凹坑底部存在脫碳層,脫碳層深度為0.110~0.112 mm;凹坑底部脫碳層存在晶界氧化裂紋,晶界氧化裂紋深度為0.029~0.030 mm。正常外壁存在凹坑和脫碳層,凹坑深度是0.029 mm,脫碳層深度與凹坑底部類同。

        2)截面2凹坑深度為0.573 mm。凹坑表面存在脫碳層,脫碳層深度為0.094~0.095 mm;脫碳層里存在沿晶分布的氧化裂紋,晶界氧化裂紋深度為0.011~0.019 mm。

        3)正常外壁存在凹坑和脫碳層,脫碳層里存在晶界氧化裂紋。凹坑深度為0.024~0.031 mm,脫碳層最大深度0.144 mm,晶界氧化裂紋深度為0.018~0.029 mm。

        從表2及圖3~圖5可知,凹坑最大深度位置剩余壁厚符合GB/T 9711—2017標準規(guī)定。管線管凹坑底部組織與正常外壁組織基本相同,但凹坑位置脫碳層深度小于正常外壁脫碳層深度。這說明管線管外壁不規(guī)則凹坑是在軋管過程中由于粘渣脫落后產(chǎn)生的。也即管線管外壁不規(guī)則凹坑是在工廠熱加工過程中產(chǎn)生的。

        2.2 化學成分分析

        在49號管線管上取樣進行化學成分分析,分析結(jié)果符合工廠規(guī)定。

        樣品化學成分分析結(jié)果見表3。

        表3 化學成分分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)) %

        2.3 力學性能試驗結(jié)果

        在49號管線管上沿著縱向取寬度為25 mm、標距為50 mm板狀拉伸試樣進行拉伸性能試驗,試驗結(jié)果符合GB/T 9711—2017規(guī)定,見表4。

        表4 拉伸性能試驗結(jié)果

        3 管線管外表面不規(guī)則凹坑產(chǎn)生原因分析

        試驗結(jié)果表明,管線管外表面不規(guī)則凹坑是在工廠熱加工過程中產(chǎn)生的。

        Φ168.0 mm×5.0 mm L245N管線管軋管主要熱加工工序為:管坯加熱→穿孔→斜軋→定徑矯直。那么,管線管外表面不規(guī)則凹坑究竟是在熱加工過程中哪個工序產(chǎn)生的?下面分別予以分析。

        3.1 在穿孔過程導致管線管外壁產(chǎn)生不規(guī)則凹坑的可能性

        該批管線管采用菌式穿孔機穿孔,在穿孔過程中,頂頭穿透實心圓柱管坯,管坯外壁依靠2個上下分布的導板和2個左右分布的斜軋輥支撐軋制,如圖5所示。

        圖5 穿孔工序斜軋輥

        實際穿孔之后管線管外壁會形成明顯的螺旋線痕跡,而不會形成沿著母線方向分布的印痕。如果上下分布的2個導板和斜軋輥粘渣,或者損傷,管線管外壁缺陷也只能沿著螺旋線分布。實際管線管外壁存在的不規(guī)則凹坑基本沿著母線方向分布,而沒有沿著螺旋線分布,說明在穿孔過程導致管線管外壁產(chǎn)生不規(guī)則凹坑的可能性不存在。

        另外,如果在穿孔過程中管坯外壁損傷,在后續(xù)定徑過程中管坯外壁損傷位置會產(chǎn)生變形或折疊裂紋。實際管線管外壁存在的不規(guī)則凹坑并沒有變形,凹坑底部也沒有產(chǎn)生折疊裂紋。這進一步說明在穿孔過程中管線管外壁產(chǎn)生不規(guī)則凹坑的可能性不存在。

        3.2 在斜軋過程導致管線管外壁產(chǎn)生不規(guī)則凹坑的可能性

        219 mm機組采用斜軋,在斜軋過程中,管坯外壁依靠左右分布的2個斜軋輥和上下分布的2個直軋導盤支撐軋制,管坯內(nèi)壁靠芯棒支撐。

        如果斜軋輥和導盤粘渣,或者損傷,會在管坯外壁沿著螺旋線造成損傷。實際管線管外壁存在的不規(guī)則凹坑基本沿著母線方向分布,而沒有沿著螺旋線分布,也沒有產(chǎn)生折疊裂紋。這說明在斜軋過程管線管外壁產(chǎn)生不規(guī)則凹坑的可能性不存在。

        3.3 在定徑過程導致管線管外壁產(chǎn)生不規(guī)則凹坑的可能性

        219 mm機組采用直軋定徑。在直軋定徑過程中,管坯外壁依靠12組直軋輥定徑。每組3輥,每輥含120°內(nèi)圓弧,3棍構(gòu)成360°圓弧與管子外壁接觸定徑,每組定徑軋輥軸向距離約400 mm,各組軋輥周向相隔60°,如圖6所示。如果直軋定徑輥粘渣,或者損傷,會在管坯外壁沿著母線方向造成損傷。留在管線管外壁的粘渣脫落會形成不規(guī)則凹坑,留在定徑輥表面的粘渣也會在管線管外壁產(chǎn)生不規(guī)則凹坑。實際管線管外壁存在的不規(guī)則凹坑和粗糙表面或麻面基本沿著母線方向分布。這說明管線管外壁不規(guī)則凹坑和粗糙表面或麻面是在直軋定徑過程產(chǎn)生的。

        圖6 用過的一組直軋定徑3軋輥

        4 改進措施

        依據(jù)失效分析結(jié)論,工廠采取了如下預防措施。

        1)熱軋分廠對不合理設(shè)備結(jié)構(gòu)進行改造,加強生產(chǎn)過程控制,確保工模具選用質(zhì)量,軋制過程中保證軋輥表面不粘渣、不損傷。

        2)質(zhì)檢站在人工檢查和無損探傷環(huán)節(jié)提高檢驗要求,將探傷標樣刻槽深度從12.5%t提高到5%t。

        工廠采取以上措施之后,管線管表面質(zhì)量大幅度提高,徹底解決了上述質(zhì)量問題。

        5 結(jié) 論

        1)從該批管線管中抽檢的管線管外壁不規(guī)則凹坑和粗糙表面或麻面基本沿著外壁母線方向分布。

        2)依據(jù)抽樣試驗分析結(jié)果,管線管外壁不規(guī)則凹坑和粗糙表面或麻面是在工廠定徑過程產(chǎn)生的,其原因與定徑軋輥粘渣或損傷有關(guān)。

        3)依據(jù)試驗分析結(jié)論,工廠及時采取了預防措施,大幅度提高了管線管表面質(zhì)量,徹底解決了上述質(zhì)量問題。

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