高屈强比管线钢的安全性分析

测试了不同类型、不同屈强比管线钢的静力韧度和相关性能,并对屈服后的形变和形变抗力的力学行为进行了研究分析.结果表明,经微合金化和控制轧制工艺而获取的高强度、高韧性、高屈强比的管线钢在强度、塑性、静力韧度及形变后的硬化等方面与低碳钢和其他低合金钢有不同的性能特点和变化规律,在高屈强比时仍具有较高的抗变形和抗破坏能力.随着屈强比的提高,虽然塑性指标断面收缩率z和延伸率A有所下降,但非线性关系,仍保持较高的塑性值.     

钻杆用微合金化钢的控制轧制和热处理工艺

目前API标准规定的最高钢级钻杆——S135级钻杆的强度和韧度均不能满足超深井钻采的需要。为此,在高强度钻杆钢中添加微合金元素V、Nb配合控轧控冷技术,并调整调质热处理工艺,对比研究传统调质工艺和控制轧制-调质工艺对该钢强度和韧度的影响。研究结果表明,经控制轧制后钢的晶粒度明显细化,使得强度和韧度得到明显的提高;Mo元素和Nb、V微合金元素的碳化物在500℃以上会出现回火二次强化现象;加入Nb元素可降低2#钢板条的宽度,同时Mo元素和Nb、V微合金元素在钢中形成了不同于针状渗碳体的颗粒状和球状碳化物,分别为NbC、VC和Mo2C,这种形状的碳化物有利于提高钢的韧度。     

高强度管线钢屈强比参数的一些探讨

对X80、X65、X60及X46几种管线钢进行了静载圆棒拉伸试验及理论分析,研究了屈强比提高,管线钢真实应力、静力韧度和均匀变形容量等的变化特性。分析和比较了X80等4种材料屈强比σs/σb和真实应力屈强比Ss/Sb。X80钢屈强比虽比X60、X65高,但其静力韧度及均匀变形容量相当,表明高强度管线钢屈强比σs/σb的升高并不意味着其塑性下降。同时还指出,X80、X65、X60这3种管线钢的均匀变形容量占静力韧度的百分率也相近,意味着3种管线钢的塑性变形更多发生在塑性失稳开始之后。     

高钢级管材现场冷弯过程中的变形影响

大口径冷弯管是长输管道施工中常用管件,目前使用的弯管基本上是利用液压弯管机在施工现场冷弯制做而成.而大口径高钢级管线管经现场冷弯后,必然要产生变形硬化和应变时效现象.笔者分析了钢管的几何形状(径厚比)、材料的屈强比、应力-应变行为对高钢级管线管冷弯变形的影响.提出了通过控制能量补充参数来改善高钢级管线管变形的方法.     

定向钻穿越专用钻杆的研制与开发

本文研究了定向钻穿越施工的工况,分析了穿越施工对钻杆高强度、高抗拉、高韧性的特殊要求,制定了研制规格在Φ168.3mm及以上、钢级达到V150、UH165超高强度等钻杆研究思路,通过开发高强度钻杆管体材料,采用循环式真空炉进行接头热处理,配合具有专利技术的焊缝热处理技术,开发出了能够满足穿越施工的高强度、大规格等系列钻杆,尤其是六寸五V150钢级钻杆在管道局穿越分公司使用下,多次创造了管径、长度等方面的穿越施工世界纪录。     

钻杆在中长距离管道穿越施工中的应用

分析了部分国内外定向钻实例,对中长距离定向钻穿越施工中出现的钻杆粘扣、磨损、疲劳断裂等失效原因进行了分析,提出相对应的预防措施,给出现场处置建议。对比了不同钢级、不同规格钻杆的拉伸性能、抗扭强度等参数,提出了V150钢级、大规格钻杆等技术解决方案。渤海石油装备制造有限公司第一机械厂生产的V150钢级钻杆已经应用于穿越施工现场,在长距离穿越中发挥了很好的作用。     

X80钢级热轧板卷及螺旋焊管拉伸性能统计分析

对不同规格、不同厂家生产的X80钢级热轧板卷及制成的螺旋焊管拉伸性能进行了统计分析。结果表明,制管后屈服强度和抗拉强度均呈升高趋势,且屈服强度增加量大于抗拉强度,屈强比呈升高趋势,伸长率呈降低趋势;成型和静水压试验过程中的形变强化是影响性能变化的主要因素。静水压试验压力和试样尺寸影响形变强化效果,静水压试验压力越高,试样尺寸越接近钢管原始壁厚,则形变强化效果越明显,强度增加量越大。     

管线钢屈强比分析与评述

论述了管线钢屈强比的作用和要求,分析了屈强比对钢管形变容量、缺陷容量及承载能力的影响。综合部分标准对管线钢屈强比的要求,指出屈强比超标或对屈强比的大小有疑虑时,应结合材料的应力-应变曲线及其均匀伸长率、形变硬化指数和静力韧度等综合进行评价。并从强化机制、化学成分、控轧控冷工艺和显微组织等方面,分析了管线钢屈强比的控制因素。     

冷却方式对X100管线钢组织性能的影响

在油冷、水冷和风冷等3种冷却方式下对常规X100管线钢进行处理,用力学性能试验方法和显微分析方法对处理后X100管线钢的组织和性能进行测试。研究结果表明,在不同的冷却速率下,X100管线钢可获得不同体积分数的贝氏体和铁素体;随着冷却速率的下降,试验钢的强度下降,而塑性、冲击韧度和形变强化能力均增强;当采用油冷的加速冷却方式时,X100管线钢可获得细小的、比例合适的贝氏体+铁素体组成的双相组织,这使大变形管线钢不仅具有高强韧性,而且具备较高的均匀伸长率、形变强化指数和较低的屈强比,可满足大变形管线钢的组织和性能要求。     

影响管线钢屈强比的因素探讨

详细介绍了影响管线钢屈强比的因素,即管线钢成分、工艺、组织、成品厚度、取样方向。对鞍钢生产的X60和X65级管线钢进行了性能统计分析,找出这些影响因素和屈强比的普遍性关系,对高钢级管线钢屈强比的控制有较高的参考价值。     

海洋环境服役高钢级管线管的组织与性能

通过试验测试研究了不同化学成分X65QO钢级海洋环境服役管线管的组织性能与焊接性。研究结果表明:采用低碳、降低P,S和Mn含量,可以减少成分偏析和MnS夹杂。添加适量的Cr,Mo和Ti等合金元素,保证钢管具有较好的强韧性、抗硫化物腐蚀开裂（SCC）和抗氢致开裂（HIC）性能,并改善了钢管的现场焊接性;在满足强度要求下,屈强比越低,伸长率越高,维氏硬度越小,越适合在具有腐蚀性、对钢管变形能力要求较高的海洋环境中使用。     

高强度管线钢的发展和挑战

随着石油、天然气消费量的增长,石油、天然气输送管线的重要性显得越来越突出.为了实现安全、经济的输送,管线钢钢管起到重要的作用.针对长距离高压输送管线的发展带来的对高强度钢管的巨大需求,论述了X70级钢管在全球的主要管线工程中的应用以及X80及其以上级别钢管技术的发展状况,指出:要实现X80及以上级别钢管的应用,还有很多工作要做,例如高强度管线钢的综合性能、断裂韧性、止裂性能的研究及焊接设计等,此外,还要完善和建立钢管性能标准、设计标准、施工标准等.     

HTP X70级热轧卷板的研究开发与应用

介绍了化学成分、轧制工艺对HTP X70级热轧卷板的性能影响,以及HTP X70级钢的应用情况。研究表明:低C－Mn－高Nb的HTP钢,随着Nb含量的增加,屈服强度、抗拉强度增加;在低C－Mn－高Nb的HTP钢成分的基础上,加入Mo或以Cr代Mo、以Cr部分替代Mo均可以提高钢的强度,但韧性下降;单独添加Mo,钢的韧性下降最少,其次为以Cr部分代替Mo的钢。随着终轧温度的降低,HTP X70级钢的强度、断裂韧性升高,与低Nb X70级钢相比,HTP X70级钢具有更高的冲击功。随着卷取温度的升高,强度升高,在600 ℃达到最高值;但是随着卷取温度的升高,断裂韧性下降。武钢已批量生产189 832 t HTP X70级钢,批量生产稳定。HTP X70级钢包辛格效应、冷变形导致管体屈服强度下降35 MPa,屈强比下降0.033,韧性下降近18 J,塑性下降3.5%;HTP X70级钢管管体性能、焊缝、热影响区的低温韧性优良。     

拉扭复合载荷条件下V150钻杆的力学性能研究

深井超深井钻井中,不合适的拉扭耦合作用容易导致钻杆失效,因此有必要进行钻杆抗拉扭复合载荷能力研究。采用预扭后拉伸和预拉后扭转的拉扭复合载荷试验方法,分析了拉扭复合载荷条件下V150钻杆在拉伸应力应变和扭转应力应变之间的相互影响规律。试验发现:预扭后拉伸时,预加载切应力和拉伸屈服强度均会降低;预拉后扭转时,预加载的拉应力和扭转屈服强度均会降低;材料发生屈服时的拉应力和切应力符合拉扭椭圆强度准则,该准则的弹性变形安全范围较von Mises强度准则超出24.5%。研究结果表明,按照von Mises强度准则进行V150钻杆抗拉扭复合载荷能力设计偏于保守,而拉扭椭圆强度准则包含材料拉伸屈服强度和扭转屈服强度2个基准参数,且与试验数据吻合程度高,更具工程应用价值。      

管线钢的形变强化、包申格效应与钢管强度

基于管线钢的形变强化和包申格效应,分析了管线钢的强度水平、形变量、钢管成型方式和钢的显微组织对管线钢管强度的影响。结果表明:钢管强度是形变强化能力和包申格效应综合作用的结果;钢板强度水平可引起钢管强度变化;钢板屈强比较高时,因包申格效应大于形变强化效果,钢管屈服强度降低;随着钢管应变量的增加,钢管可获得高的强度;钢管成型后的扩径也有利于钢管强度的增加。     

微观组织对高强度超级13Cr材料性能的影响

为了满足塔里木盆地含CO_2致密砂岩气藏氮气钻完井一体化管柱的需要,中国石油塔里木油田公司与钻杆生产厂家联合研制了一种既满足钻井工况又能满足完井和采气工况的高强度超级13Cr不锈钢油钻杆。为检验该油钻杆的可靠性,开展了管材的机械性能和腐蚀性能室内试验检测对比研究:采用金相显微镜观测得出了该油钻杆金相组织特征;采用拉伸试验机和示波冲击试验机实验测得了该油钻杆材料的基本力学性能;采用高温高压循环流动腐蚀仪实验获得了模拟工况下油钻杆材料的耐腐蚀性能。结果表明,超级13Cr油钻杆金相组织均匀、δ-铁素体含量符合标准要求;拉伸性能达到了S135级钻杆的强度要求,屈服强度达953 MPa;冲击性能优于S135级钻杆,冲击功达165.56 J;在模拟高温、高含CO_2、高矿化度采气工况下油钻杆耐均匀腐蚀和耐点蚀性能良好,而较高的δ-铁素体含量对照样在模拟采气工况下出现严重点蚀,不能满足油田生产要求。结论认为,新研制的超级13Cr油钻杆性能优良,将在塔里木油田氮气钻完井作业中得到充分应用。     

冷定径工艺对热轧HFW焊管性能的影响

为了优化热轧HFW焊管的几何尺寸精度以及提高管坯强度性能,以热轧HFW J55套管管坯为例,通过力学性能、显微组织分析及硬度等试验方法,研究冷定径对管坯性能的强化作用以及不同定径量下管坯性能的变化趋势。试验结果显示,钢管在冷定径工艺处理下,管坯纵向屈服强度及抗拉强度均得到强化,最大可提升7%;定径量越大,管坯强度上升幅度越明显。研究结果表明,对于低钢级或者韧性要求不高的钢管生产时,在热张力减径后再增加冷定径工艺可以提高钢管强度,但如需要生产更高强度或更高钢级的钢管仍需相应的热处理工艺。     

制管用Q345B带钢性能分析

金属材料经过冷加工变形通常使拉伸性能和冲击韧性提高,硬度上升,塑性下降,而焊管在常温下由带钢卷制加工而成,其管体材料比同一炉号同一位置带钢材料的抗拉强度下降50～80 MPa,屈服强度下降约100 MPa,冲击韧性下降60～70 J,塑性提高10%,硬度下降HRB2～ 4。通过金相分析和冷变形状态下金属变形机理分析,带钢微观组织级别一般在3级以上,由带钢加工成钢管,变形量（大约为1%～3%）一般都低于临界变形量,成型后金相带状组织中铁素体变宽,条状珠光体略成断续状,在成型应力作用下,焊管只产生少量位错与位错滑移,不必通过晶粒整体移动,导致管体材料整体变形后强度有明显降低。     

大应变管线钢和钢管的关键技术进展及展望

油气管道工程在途经地震带、滑坡带、矿山采空区、沉陷带等特殊地质环境时，使用的大应变管线钢和钢管的研制及应用配套技术是国际上研究的热点之一，也是我国重要油气管道工程必须破解的重大难题。为此，围绕大应变管线钢和钢管研发应用中的一系列关键技术难题，通过十余年的联合攻关，取得了多项理论技术创新。主要成果包括：①提出了应用多个不同的应力比、屈强比、均匀延伸率等参数联合表征和评价钢管变形行为的方法，建立了X70HD/X80HD大应变管线钢和钢管新产品技术指标体系和标准；②研发形成了X70HD/X80HD钢板制造成套技术，获得了兼备低屈强比、高均匀伸长率、高应力比、高强韧性的大应变钢板；③研发形成了X70HD/X80HD JCOE和UOE大应变直缝埋弧焊管制造技术，解决了钢管母材和焊缝性能合理匹配及成型、焊接、扩径、热涂覆过程性能劣化难题；④自主研制了钢管内压+弯曲大变形实物试验装置，研发形成了钢管实物模拟变形试验技术。X70HD/X80HD大应变管线钢和钢管在西气东输、中缅管道等重大输气管道工程中实现了规模化应用，取得了良好的应用实效。根据复杂地质条件管道建设与长期安全运行的新要求，提出了进一步发展基于应变的管道设计新方法，研发或完善与环焊缝强匹配要求相适应的焊接方法、焊接材料、焊接工艺、环焊缝性能质量及缺陷控制要求等配套技术的建议。