石油套管定径轧制残余应力的模拟分析

 在石油套管制造过程中，一般要采用定径工艺消除石油套管轧制和热处理后的尺寸及圆度等误差。这一热轧无缝钢管的最后生产环节决定了石油套管的尺寸和几何形状，同时也影响其力学性能。为此，研究了满足石油套管的尺寸和圆度要求下的定径压下量与残余应力之间的关系，进行了石油套管定径轧制时的变形规律分析，以便减小定径工艺所产生的残余应力，获得最佳的定径效果，提高石油套管的力学性能，为定径工艺的制定提供理论依据。     

套管残余应力研究

研究了套管在不同工艺条件下的残余应力分布特点,通过保证较高的矫直温度,严禁冷矫直,配合合理的定径工艺,可以获得满意的残余应力分布.     

矫直机及调整参数分析

为消除石油套管轧制和热处理后的纵向弯曲及圆度误差等,通常要采用矫直工艺。而作为石油套管制造最后生产环节的矫直工艺决定了石油套管的几何形状,同时也影响其力学性能。本文介绍了矫直设备,分析了矫直原理及各调整参数,并归纳了矫直常见的缺陷及调整方法。     

钢管定径过程的有限元仿真

利用有限元软件仿真了钢管的定径过程,研究了轧辊压下量、摩擦系数和管壁厚度等与轧制力的关系.结果表明:咬入时,轧制力随摩擦系数、壁厚和缩径量的增加而提高;稳定轧制时,轧制力最大并趋于平稳.模拟了钢管定径过程中咬入和稳定轧制时钢管内应力、应变的变化规律.分析了定径过程中钢管内金属流动和弹复行为.     

套管的残余应力对抗挤毁强度的影响

运用弹性力学理论,建立了石油套管的力学模型.通过理论和有限元计算,得到了残余应力与石油套管的抗挤毁强度间的关系.研究表明,残余应力在很大程度上影响着石油套管的抗挤毁强度.为提高石油套管的使用寿命,必须根据管体受力状态使残余应力最佳化,以提高套管的抗挤毁强度.     

石油套管残余应力对抗压溃强度影响的数值模拟

运用弹性力学理论,建立石油套管的力学模型,通过有限元计算,得到残余应力与石油套管抗压溃强度之间的关系。研究表明残余应力在很大程度上影响着石油套管的抗压溃强度,当切向残余应力存在时,拉应力明显有利于提高石油套管的抗压溃强度,而压应力的存在会显著降低石油套管的抗压溃强度;而当在石油套管上存在轴向残余应力时,拉应力使石油套管的抗压溃强度降低,而压应力使石油套管的抗压溃强度有所提高;非均匀分布挤压载荷对石油套管抗压溃强度的影响同均匀分布载荷相似。因此,为了提高石油套管的抗压溃强度,应根据管体的受力状态,使石油套管的管体上产牛最件的残余应力值,提高石油套管的抗压渍强度,延长使用寿命。     

高抗挤石油套管CB-110TT的开发

套管抗挤强度的主要影响因素有平均壁厚、几何尺寸精度、屈服强度、残余应力等儿方面。提高管体几何尺寸精度尤其是壁厚不均度、以及采取合理热矫直工艺,可以使套管的抗挤强度超过API要求的70％以上。     

用热定径一定量预弯法轧制高精度高平直度重轨

为了提高重轨的尺寸精度和平直度,以适应铁路提速和高速铁路建设的需求,作者们研究了在热定径的同时,利用辊径和压下左对重轨进行定向且弯曲汨可控预弯的轧法。该方法的优点是：（１）在热定径的同时进行预弯,定径后重轨的轨高偏差小于我国现行标准的４０％,超过高速铁路用轨的ＴＧＶ６０标准。轨头宽也可以得到控制。（２）通过改变轧辊工作辊径和调节定径压下量预弯量可调。（３）现场改造较容易,投资小。     

P110级石油套管淬火组织形态对残余应力的影响

以降低P110级石油套管淬火冷却过程中的热应力和组织应力为目的,提出了水淬+空冷和水淬+空冷+水淬两种冷却方式。利用逐层钻孔法测试了不同工艺下的残余应力,分析了淬火组织特征和残余应力对裂纹产生和扩展的影响。结果表明:直接淬火工艺的淬火组织为板条马氏体和孪晶马氏体共存,且孪晶马氏体的含量较多。水淬+空冷和水淬+空冷+水淬两种工艺的淬火组织为板条马氏体、下贝氏体和不同程度的残余奥氏体,水淬+空冷+水淬工艺中还有少量孪晶马氏体。水淬+空冷、水淬+空冷+水淬两种冷却方式和直接淬火工艺相比,钢管内的切向和轴向残余应力均减小,从而易减小钢管的变形,以及降低和缓解了钢管内微裂纹的产生和扩展趋势。     

BSG-110TT高抗挤套管的开发

采用"高频电阻焊+热张力减径+全管热处理+高温矫直"工艺开发了BSG-110TT高抗挤套管,对比分析了不同工艺阶段套管的组织及性能变化规律;对开发的高抗挤套管进行了机械性能测试,并与无缝高抗挤套管进行了对比。结果表明,BSG-110TT高抗挤套管在几何尺寸精度、残余应力、抗外压挤毁性能方面具有较大的优势,且采用上述工艺,较好地解决了焊缝冲击韧性低及抗腐蚀性能差的问题。