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作者：郑泽花、周水波、王山峰
单位：湖南三一中阳机械有限公司
来源：《金属加工（热加工）》杂志
高压管汇在油田固井、压裂、酸化测试等作业管线应用广泛，因经常输送高压带有腐蚀性液体，容易发生管壁磨损变薄，导致爆裂开裂等事故。因高压管汇装卸耗时、成本较高，客户希望在保证安全性的同时，有效提升产品的寿命，减少更换频次。现在市场上的高压石油管道多为原材料直接调质处理，耐磨性、耐蚀性差。本文对调质态高压石油管进行内壁感应淬火处理，通过对比试验与对比检测分析，验证内壁感应热处理工艺在高压石油管道产品应用的可行性，同时确定内壁感应淬火高压石油管的产品要求与感应淬火工艺。
1.高压石油直管感应淬火试验生产线
高压石油直管要承受105MPa的高压，对其安全性能要求极高；同时，因高压管汇的拆卸麻烦，要求管道的内壁有效使用壁厚的耐磨性要好，同时不存在任何形式的处理缺陷。综合上述性能要求及石油直管的产品本身两端粗中间细的设计特点，通过调研认为可以通过内壁感应淬火的方式，在提升内壁的耐磨性的同时保证基体的性能维持不变。
为了验证高压石油直管的内壁感应淬火的可行性，及验证内壁感应淬火对基体性能的影响，特设计的热处理试验方案如表1所示。
为满足高压石油直管（内径65mm）感应淬火的工艺要求，特设计建设感应淬火自动生产线，如图1所示。此生产线能自动完成高压石油直管的淬火过程，设备精度较高，能够保证管道淬硬层深度。
图1 内壁感应淬火生产线
2.高压石油直管感应淬火工艺
通过正交试验，对感应淬火以后的管道进行对比检测与分析，检测结果如表2所示：133kW加热功率条件下，12mm管体采用140mm/min的速度淬火，淬硬层深度1.5～1.7mm；两端墩粗部位在功率保持133kW条件下，淬火速度降到100mm/min，淬硬层深度1.5～1.7mm，符合管件淬硬层在1.2～2.2mm的技术要求。
通过工艺试验确定高压石油直管的感应热处理工艺为：133kW加热功率保持不变，在两端墩粗部位的淬火速度为100mm/min，在管体部位淬火速度140mm/min，首段墩粗部位淬火延时2.8s移动，尾端墩粗部位淬火延时1.2s移动。淬火后管件淬硬层均匀控制在1.2～2.2mm。
3.内壁感应淬火对基体性能的影响
对感应淬火前后的高压石油管取样，进行对比检测分析，确定感应淬火是否影响基体的力学性能进而降低高压石油管道的使用安全性。
（1）力学性能检测 对淬火态原材料与感应淬火后的高压石油管道取样，如图2所示。对强度及冲击吸收能量进行对比检测分析，结果如表3、表4所示。
图2 检测试样
从表3、表4可以看出，调质态原材料经过表面感应淬火后基体的抗拉强度降低9MPa，伸长率降低0.7%，感应淬火后基体的冲击吸收能量降低7J，说明感应淬火对心部基体力学性能的影响非常小，可以忽略不计，感应淬火后的基体力学性能与调制态原材料相当，感应淬火工艺不会影响高压石油管道的使用安全性能。
（2）硬度检测 为检测感应淬火的准确层深，并确定基体硬度是否变化，对感应淬火后的石油管道取样进行显微硬度检测。即使经过感应淬火内表面硬度也只有450HV,这是因为管件原材料为调质态，整体热处理导致内表面有约0.2mm的脱碳层。淬硬层深度为1.75mm，在产品要求范围内。
距内表面大于2mm直至外表面的基体，显微硬度比较均匀（见图3），与调质态的基体一致，内壁感应淬火对基体硬度影响很小。
图3显微硬度检测结果
（3）金相检测 对感应淬火后的高压石油直管进行金相检测（见图4），内表面是细小的淬火马氏体组织，基体为原始调质态的索氏体组织，感应淬火组织不存在微裂纹缺陷，此工艺条件下感应淬火不影响产品使用的安全性。
图4 金相检测
4.结语
本文对小内径的高压石油直管内壁感应淬火工艺进行研究，并对感应淬火对原始基体的性能影响进行检测分析，结论如下：
（1）小口径高压石油直管可以通过内壁感应淬火工艺提升管体内表面耐磨性。
（2）内壁感应淬火工艺可控，淬硬层能有效控制在1.2～2.2mm，显微硬度在530～650HV1。
（3）内壁淬火工艺不会引起原始基体力学性能的明显变化，不会造成显微裂纹，对管道使用的安全性无影响。
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