X80管线钢用气体保护焊丝的研制

为了满足X80管线钢焊接时的强度、冲击韧性等性能要求,设计了以Mn-Ni-Mo-Ti-B为合金系的焊丝。确定了X80管线钢用气体保护焊丝熔敷金属组织应以大量针状铁素体和少量粒状贝氏体的复合组织为主,同时明确了焊丝的化学成分。试验分析表明,所用焊丝熔敷金属强度、冲击韧性和硬度等均达到了要求值。焊缝熔敷金属显微组织也达到了设计目标,即获得了以针状铁素体为主,其间弥散析出少量粒状贝氏体的焊缝复合组织。同时利用扫描电镜对冲击断口形貌进行了分析,断口具有典型的韧窝。最后利用透射电镜探究了针状铁素体在夹杂物表面的形核机理。     

表面机械损伤对CT110连续油管疲劳寿命的影响

为了研究表面机械损伤对CT110连续油管疲劳寿命的影响,分别制作CT110连续油管外表面机械损伤试样和表面修磨试样进行疲劳试验,并采用扫描电镜对机械损伤试样断口形貌进行了分析。试验结果显示,外表面机械损伤会造成连续油管疲劳寿命降低,且随着损伤深度增加,疲劳寿命降低越多;其中环向刻槽损伤引起的疲劳寿命下降最严重。机械损伤试样断口扫描电镜分析结果显示,疲劳裂纹起源于外表面机械损伤根部;深度不大于壁厚10%的外表面修磨试样疲劳寿命均高于同深度下的机械损伤试样,且疲劳裂纹起裂于管体内表面。研究表明,对连续油管管体外表面深度不大于壁厚10%的损伤进行修磨可以有效提高疲劳寿命。     

3Cr钢高频焊管性能试验研究

对试制的3Cr钢高频焊管进行了金相分析、力学性能测试、沟槽腐蚀敏感性试验以及常温常压腐蚀试验。结果表明,焊缝金属流线升角及熔合线宽度控制合理,焊缝、热影响区及母材组织均以铁素体和贝氏体为主,且母材组织中有少量M/A组元;管材在具有较高强度的同时具有良好的塑性;焊缝沟槽腐蚀敏感性低于1.3,管体母材常温、常压腐蚀试验,腐蚀速率为0.118 mm/a,腐蚀产物呈颗粒状分布于试样表面。     

基于直径参数的连续油管低周疲劳寿命研究

为了明确连续油管在弯曲和内压条件下的低周疲劳寿命与直径参数的关系,使用连续油管全尺寸疲劳试验机,在34.47 MPa内压、弯模半径2 286 mm下对国产高强度CT90连续油管进行了疲劳寿命试验。试验结果表明,高强度大直径国产CT90连续油管失效时管径胀大率可达15.2%;研究了连续油管失效位置分布规律,揭示了连续油管直径随循环次数增加的胀大规律,并建立了一个基于直径参数的疲劳寿命预测模型,可以较好地计算连续油管工作寿命,为预判连续油管的疲劳损伤程度及断裂失效位置提供理论指导。     

连续油管管材及焊接热影响区显微组织分析

为了研究连续油管对接焊时焊接热影响区的显微组织特征,选取连续管管材及焊接接头,通过显微硬度变化确定焊接热影响区(heat affected zone, HAZ)位置,观察热影响区显微组织,利用金相显微镜、 XRD、 EBSD及TEM对HAZ区域进行表征。试验结果表明,连续油管管材显微组织主要以粒状贝氏体为主,其中还存在少量针状铁素体及等轴晶铁素体组织, EBSD试验结果得出管材平均晶粒尺寸为4.9μm,利用TEM观察到大量位错及第二相。并对焊接热影响区中粗晶区、细晶区及不完全重结晶区进行了表征,得到了一系列具有对比性的结果。     

焊接热循环对连续油管焊接HAZ组织的影响

为了探究不同焊接热循环条件对连续油管焊接HAZ组织的影响规律,采用热模拟技术、电子背散射衍射(EBSD)、 X射线衍射(XRD)等显微分析方法和硬度测试等手段,对不同峰值温度和冷却时间下的焊接HAZ组织影响规律进行了分析。结果表明,随着峰值温度的增加,管材硬度值变化呈先下降后上升趋势,且在800℃时软化最为严重;当峰值温度达到950℃和1 300℃时,组织晶粒的粗化随冷却时间延长更为明显,硬度值也逐渐增大;焊接作业时可以采用低能量焊接和加铜块水冷的方法来减弱焊接热循环对焊接接头的影响。     

110 ksi钢级连续油管刺漏失效分析

为了探寻连续油管刺漏失效的原因,以某油田110 ksi钢级Φ50.8 mm×5.2 mm连续油管刺漏样品为研究对象,进行了微观组织分析、化学成分分析、力学性能试验、金相检验和断口分析。结果显示,失效连续油管的化学成分、拉伸性能、硬度检验结果等均符合API SPEC 5ST的要求,夹杂物等级较低,金相组织为铁素体+珠光体+粒状贝氏,组织均匀,无异常。分析指出,刺漏失效是连续油管在使用过程中,机械损伤和疲劳循环载荷共同作用的结果;油田现场应加强作业过程的管理和监控,避免因操作不当造成连续油管损伤,是防止连续油管失效,提高连续油管使用寿命的关键。     

GT90连续油管对接焊接头的组织和性能分析

对GT90连续油管进行焊接工艺试验,分析其焊接接头组织及力学性能。分析认为:GT90连续油管焊接接头的焊缝组织为粒状贝氏体;由于焊接热循环的作用,焊接接头的热影响区出现软化,导致硬度、强度降低,在疲劳弯曲变形过程中,应变集中于软化区并发生断裂,使得接头疲劳寿命低于母材。对于连续油管,应采用较小的线能量进行焊接,以减少软化现象,改善接头力学性能不均,从而提高焊接接头的疲劳寿命。     

CT110连续油管环焊工艺对焊接接头组织性能的影响

为了确保连续油管现场修复对接焊缝性能,提高连续油管的使用寿命,设计了两种CT110连续油管环焊对接工艺方案,并进行了焊接试验。采用金相组织分析、显微硬度测试、拉伸性能检测及疲劳试验等方法,分析了两种工艺方案下焊接接头的组织与力学性能。结果显示,两种工艺下所焊CT110连续油管焊接接头的焊缝及热影响区粗晶区组织均以铁素体和粒状贝氏体为主,显微硬度及抗拉强度相当,但工艺方案二所焊接头均匀变形能力更强,疲劳寿命相对提高92%。研究表明,采用工艺方案二将盖面层改为两道焊的工艺措施,能够降低因焊接热作用引起的热影响区回复与再结晶程度,提高焊接接头均匀变形能力,从而提高接头抗低周疲劳性能。     

高强度CT110连续管环焊对接工艺

为了满足连续管在超长水平井中的作业需求，延长连续管使用寿命，解决连续管下入深度不足的问题，针对CT110钢级Φ50.8 mm×4.0 mm连续管，设计了合理的环焊对接工艺，并进行了焊接接头的检测评价。结果表明，该工艺下焊接接头的强度可达835 MPa以上，疲劳寿命达到母材的36%～50%，并具有良好的塑性及抗内压等力学性能，可满足现场施工需要。现场采用该焊接工艺，将两盘长度为4 500 m、规格为Φ50.8 mm×4.0 mm的CT110连续管进行对接后在长庆油田某井中完成了水平井通洗井作业和首段射孔作业，均取得了良好的效果。