BT100H 钢级套管横向韧性偏低原因分析.doc

BT100H 钢级套管横向韧性偏低原因分析
马爱清,贺景春,石晓霞
( 内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心,内蒙古包头 014010)
摘要: 文章针对 BT100H 稠油热采套管中出现的横向冲击韧性偏低的原因进行了研究。对冲击韧性的断口用扫描电镜进行微观观察分析,认为横向韧性低的原因是条状硫化物夹杂及成簇状的复合氧化物夹杂造成的,进而造成带状组织使钢管产生各项异性,因而使钢管的横向冲击韧性异常偏低。
关键词: 套管; 带状组织; BT100H
众所周知,石油套管在建井、完井和油气生产过程长期承受载荷和环境的作用。载荷方面,套管柱承受轴向载荷及外挤力、内压力、内压力,同时承受弯应力以及扭转应力; 环境方面,套管承受油气及地下水中腐蚀介质的侵蚀和温度影响。采用射孔方法完井的套管,还需要承受射孔的大能量高温瞬时冲击载荷。苛刻的服役条件对石油套管的品种和质量提出更高的要求,所以有必要进一步开发特殊性能要求的套管,通过钢种设计开发一种高钢级套管即要满足 API 标准[1]对相应钢级力学性能的要求,同时又要耐高温( 400 ℃以下) 、承受高的冲击载荷。
但在研发过程,出现 3 套管横向冲击韧性偏低现象,没有满足冲击韧性的设计要求,针对套管横向冲击韧性偏低原因进行了分析。
1 套管的热处理及性能
API 标准要求对 N80Q 钢级以上套管均需通过调质处理即淬火加高温回火的热处理工艺获得其性能。
1. 1 试验材料制备
试验材料是由包钢 100 T 转炉+ LF + VD + 连铸园坯+ 连轧管机组试制成的 177. 8 mm ×9. 19 mm管材。试验用钢的化学成分为: w [C]≤0. 35% ; w [Si]≤0. 38% ; w [Mn]≤0. 6% ; w [P]≤0. 010%; w [S]≤0. 006%; w [Cr]≤1. 5%; w[Mo]≤0. 50%,其他微量元素。为达到 BT100H 钢级套管的设计性能,需进行实验室热处理工艺研究,根据设定的热处理工艺,把轧态的管子破成相应数量的毛坯样( 拉伸样宽25. 4 mm,冲击横向、纵向试样按管子壁厚取样) ,进行热处理即调质处理,调质处理后对试样进行加工( 冲击试样加工成夏比 V 型缺口试样,纵向尺寸为10 mm × 7. 5 mm × 55 mm,横向尺寸 10 mm ×5. 0 mm × 55 mm) ,然后进行性能及金相检验。
1. 2 试验结果
热处理工艺及性能检验结果见表 1 及表 2。从试验数据看出,热处理后管子的拉伸性能均达到性能的设计要求,横向冲击韧性却很低,远远没有满足设计要求,横纵比约为 0. 38。
2 原因分析
2. 1 材质分析
从横向冲击韧性的试样上取样,进行材质分析,结果表明化学成分除钢中的 w [S]0. 008% 超标外,其他均符合要求,残余有害元素也很低,符合设计要求( 见表 3) 。
金相检验结果见表4,夹杂物级别不超标,原奥氏体晶粒度为9 级,金相组织为回火索氏体,见图1。
2. 2 回火脆性试验
淬火工件在某一温度范围内回火时,冲击韧性明显下降,这种脆化现象称为回火脆性。为此对材质进行了500 ~680 ℃温度范围回火性能的研究,用轧态管体( 管料规格 177. 8 mm × 9. 18 mm) 做试验母料,在91