无缝钢管 球墨铸铁管快速生产

无缝管线管主要用于井口附近输送高压油气。随着硫化氢腐蚀问题的日益严重，抗硫无缝管线管的研制迫在眉睫，而抗硫性能的好坏是关键。探讨了影响抗氢致裂纹（HIC）性能的介质与材料因素，认为Cu、Ni的加入可以提高无缝管线管材料的HIC性能，降低钢中的S含量，经喷硅钙粉处理还可降低氢鼓泡的敏感性。

        随着石油和天然气开采的日益深入，开采条件复杂且处于含硫环境的油气井越来越多，硫化氢腐蚀问题非常尖锐。近年来，国内外对抗硫无缝管线管的需求不断增加。无缝管线管主要用于井口附近输送高压油气，是采用无缝管生产方式制造的没有焊缝的钢管。本文拟对抗硫无缝管线管的研制作一讨论。

1 试验方法
        根据ISO3183标准，采用浸入法，在实验室冶炼7炉1 t钢锭，经过锻造、穿孔、顶管及张减制造成管，在钢管上截取20 mm×100 mm×5 mm板厚或管厚试样，将其浸入按标准规定配置的溶液中，96 h后取出并垂直轧向取截面，用金相法计算3个参量（裂纹长度率CLR、裂纹厚度率CTR、开裂敏感率CSR），以此来比较抗氢致裂纹（HIC）敏感性。

2 影响HIC性能的因素

2.1 介质因素

1） pH值。大量的研究结果表明，在pH为1～6的范围内，氢鼓泡的敏感性随pH的增加而降低，当pH＞6时，则不发生氢鼓泡［1］。
2） H2S浓度。硫化氢的浓度愈高，则氢鼓泡的敏感性愈大。
3） 氯离子。在pH 值为3.5～4.5 的范围内，Cl-的存在，使腐蚀速度增加，氢鼓泡的敏感性增加。
4） 温度。25℃时CLR ，氢鼓泡的敏感性 于25℃时，升温使腐蚀反应及氢扩散速度加快，从而氢鼓泡的敏感性增加。而高于25℃以后，由于H2S浓度的下降，反而使氢鼓泡的敏感性下降。
5） 时间。试验采用96 h作为对比，一般情况下随试验时间的增加，腐蚀程度趋向严重。

2.2 材料因素

2.2.1 化学成分的影响
在实验室冶炼了一轮根据不同级别设计的钢种，具体成分见表1，并对其进行HIC浸泡试验。从浸泡后的试样表面观察，B2、B6、B7的鼓泡面积明显多于B9、B10，裂纹敏感性指标结果见表2。从表2 可看出，B2、B6、B7 的抗HIC 性能明显劣于B9、B10。表1 中B2、B6、B7 钢种不含Cu、Ni，而B9、B10 钢种则含有Cu、Ni。由此可见，Cu、Ni 的加入，使腐蚀产物在钢的表面形成了保护膜，抑制了表面的腐蚀反应，从而降低氢的逸出，减少了氢从环境中进入钢的基体，降低氢鼓泡敏感性，增加了抗HIC 的性能，这与Oriani 的研究结果［2］ 非常吻合，而且Oriani 还指出只有加入0.2 %的Ni 及大于0.2 %的Cu才能产生效果。

连铸圆管坯低倍组织主要由3个区组成：靠外表层的等轴细晶区、像树枝状的晶体组成的柱状晶区、中心是粗大的的等轴晶区 

连铸圆坯的低倍组织缺陷对管坯的加工性能、力学性能和钢管质量产生很大的影响。常见的低倍组织缺陷有：管坯皮下气泡、疏松、缩孔、皮下裂纹、中心裂纹、组织偏析等。 

管坯的皮下气泡：存在连铸坯表面的附近，形态为椭圆形。一般认为钢水脱氧不足是管坯皮下气泡产生的主要原因。一般需要对保护渣、铁合金、钢包、中间包进行烘烤、注流采用保护浇注。对于要求更高的钢种，还要采用炉外精炼的方法对钢水进行脱气。存在皮下气泡的连铸圆管坯，在加热炉加热时气泡内表面会被氧化，轧后无法焊合就会形成钢管表面缺陷。 

管坯皮下裂纹：存在于连铸圆管坯的柱状晶区和表面细晶区过渡附近。距离管坯表面3～10 mm。只要此裂纹不贯通到外表面，就不会被氧化，在轧制压力的作用下会焊合。一般不会产生严重的表面质量。 

中间裂纹和中心裂纹：存在于连铸圆坯的柱状晶区，一般来讲中间裂纹的方向和柱状晶的方向是一致的。有研究表明，连铸管坯的中间裂纹和中心裂纹是造成无缝钢管内折的主要原因。穿孔时，管坯在轧辊和导向工具所组成的椭圆孔型中受到反复拉压应力的作用，其中间裂纹或中心裂纹得到扩张或氧化，产生钢管内折。连铸圆坯的中心裂纹或者中间裂纹扩张以后而形成的钢管内折，一般较深，常常会造成钢管废品。 

管坯的疏松与缩孔：存在于管坯中心部分的等轴晶区内。管坯疏松是因为铸坯在凝固过程中超前的晶粒作用，液态金属运动基于向凝固方向冷却产生收缩受到阻碍，或者由管坯液态部分下沉的晶粒妨碍铸坯的补缩形成。当疏松达到一定程度的时候，铸坯就会出现缩孔。其分布状态在管坯中不连续。分布密度比较均匀、弥散度较高的连铸管坯中心疏松，对斜轧穿孔过程不但没有危害，反而是有利的。北京科技大学朱景清教授通过实验已经证明该点。并且，在顶头鼻部前端有一个5 mm的金属带，此金属将开裂的管坯中心与顶头分开，从而避免了内折和裂纹的缺陷。 

管坯的偏析：包括组织偏析、成分偏析和结晶区域偏析等。存在穿晶的连铸管坯必须报废，不允许投放轧管。