超级13Cr油管残余应力研究

随着我国石油天然气工业的快速发展，CO2腐蚀日益成为阻碍油田继续开发的主要障碍，耐蚀性能良好的13Cr马氏体不锈钢在油田得到广泛应用[1-2]。然而，高温时的均匀腐蚀、中温时的点蚀和低温时的H2S应力腐蚀成为限制13Cr马氏体不锈钢应用的主要问题[3-5]。

2.2.2 右弓优势型DAA超声表现 ①3VT(图1b)：见“O”形或“/O”形血管环；②升弓部冠状切面(图2b和动态图2)：主动脉向左上方发出的第一分支(即发育不良左弓)与LDA连接后二者再共同汇入DAO。

目前，通过降低C含量，提高Ni、Mo含量，开发了腐蚀能力和成本介于传统13Cr和双相不锈钢之间的超级13Cr不锈钢[6-9]。某油田在更换超级13Cr油管后仍存在油管开裂，甚至断裂的问题。通过试验发现，油管实际承受的载荷并不高，但油管断口却有典型应力腐蚀开裂特征，采用钻孔法测得该110 ksi钢级超级13Cr油管轴向残余拉应力达到200 MPa，周向残余拉应力达到185 MPa，可见，残余应力也是影响超级13Cr油管性能的重要因素之一。超级13Cr油管在制造过程中不可避免会产生残余应力，残余应力降低了油管的实际强度和疲劳极限，造成油管应力腐蚀和脆性断裂。本研究对超级13Cr油管残余应力的危害、来源及消除方法进行了研究，并对其残余应力的控制问题进行了探讨。

1 残余应力的危害

1.1 对应力腐蚀的影响

应力腐蚀是材料在腐蚀介质和拉伸应力共同作用下产生的低于强度极限的脆性开裂现象。对超级13Cr油管而言，拉伸应力不仅包括外加载荷，还包括制造过程中产生的残余拉应力。发生应力腐蚀的3个条件为材料因素、环境因素和拉伸应力。应力腐蚀机理和诸多试验结果表明，拉伸残余应力越大，应力腐蚀开裂所需的时间越短[10]。

1.2 对承载能力的影响

超级13Cr油管残余应力主要来源于矫直工序的压扁变形和弯曲变形。油管压扁时，外表面产生沿周向的拉应力，内表面产生沿周向的压应力，管壁中间的中性面无应力。油管弯曲时，凹面侧管壁的外表面产生沿轴向的压应力，内表面产生沿轴向的拉应力；凸面侧管壁的外表面产生沿轴向的拉应力，内表面产生沿轴向的压应力。由于油管要经过一组多个矫直辊的反复矫直，残余应力在加工硬化过程中不断增大，且压扁量越大，沿周向的拉、压残余应力越大；弯曲程度越大，沿轴向的拉、压残余应力越大[11-12]。

振动时效是使工件在激振器所施加的周期性外力作用下产生共振，使工件产生局部的塑性变形，从而使残余应力得到释放，以达到降低和调整残余应力的目的。其特点是处理时间短，适用范围广，能源消耗少，设备投资小，操作简便，因此，振动时效在20世纪70年代从国外引进后在国内被大力推广。

1.3 对韧性的影响

超级13Cr油管经过矫直变形后，发生加工硬化现象，产生残余应力，并且残余应力随加工硬化的严重程度而增加，发生加工硬化后，油管强度和硬度明显提高，韧性大大降低[14]。加工硬化越严重，残余应力越大，韧性降低越多。

1.4 对丝扣精度的影响

虽然超级13Cr油管经过矫直后存在残余应力，但整体而言，残余应力的分布和拉、压应力大小相对平衡。车丝之后，油管内、外表面残余应力的分布会发生变化，拉、压应力出现失衡。这种不平衡在丝扣加工以后的一段时间，会通过变形来达到新的平衡，导致丝扣参数发生变化，降低丝扣精度。丝扣变形程度与油管残余应力的大小、油管的壁厚和强度等因素有关。油管残余应力越大、壁厚越小、强度越高时，变形越严重。

2 残余应力的来源

磨削处理是去除油管表面折叠、划伤、结疤、微小裂纹等缺陷的方法。油管表面磨削加工时，一方面会发生不均匀塑性变形而产生残余应力；另一方面，磨削工具与油管表面之间的相对滑动会导致温度上升，局部温度的升高会产生热应力，当温度超过相变点温度时，还会产生组织应力。无论是热应力，还是组织应力，都属于油管表面残余应力。另外，油管表面经过磨削后，会留下很多凹凸不平的凹坑和磨痕，相当于一个个小的“容器”，这些小小的“容器”很容易残留腐蚀介质，增加金属表面对点蚀和应力腐蚀的敏感性。

2.1 定径

定径轧制时，定径机同一机架上的两个定径轧辊所形成的直径小于油管外径，当定径轧辊与油管接触后，轧辊和油管之间所产生的摩擦力使油管随轧辊的滚动而向前运动，因此，油管除受定径轧辊的滚压作用外，还受其辗压和摩擦的综合作用。由于定径辊的非理想圆孔型和各点的线速度差，使孔型顶部速度最大，辊缝处速度最小，中间部分次之，所以油管各处所受的摩擦力大小不同。同时，孔型顶部的金属向辊缝处横向流动，这使孔型顶部的摩擦力最大，摩擦力拉拽金属向前流动，造成孔型顶部的金属流动量最大，导致管壁减薄最多。而在辊缝处则相反，造成油管周向壁厚不均，最终导致孔型顶部的残余应力最大。

在定径过程中，一是油管的几何尺寸发生变化；二是定径轧辊和油管在接触表面之间传递热量，而接触关系改变后，彼此分离的接触面又与环境介质进行热交换；三是油管的塑性变形功会转换成体积热流，而且几乎全部摩擦力的功率不可逆地转化成表面热流。但是，由于定径轧制过程时间较短，轧辊与环境的换热不够充分，被轧油管的温度变化较小。

出实招，把党的建设融入生产工作。在实践中，海陵药业始终秉承党组织活动“不贴标签、不搞虚招、不摆花样”的理念，坚持把党建工作融入生产经营管理全过程，把党员作用落实到企业发展各节点。比如，在海陵党支部研发党小组会议上，员工反映“研发物料采购慢”是需要解决的问题。当天，这个议案就被提交到了党支部，推动企业开辟研发采购绿色通道，保障正常的研发进度。“给予员工更多的关心关爱”是生产质量党小组提交的议案，在党支部会议上，人力资源部门就此进行了回应，决定通过每季度开展员工访谈，及时了解一线员工需求并为他们提供帮助。长期以来，党支部始终把企业的难事作为支部的头等大事，在企业管理中发挥党建功能。

2.2 热处理

实际应用中，合理选用材料和各种成型工艺并不能满足油管所需要的力学和理化性能，这时，热处理是必不可少的选择。对于热处理降低残余应力的机理，一种观点认为材料的屈服强度随加热温度的增加而下降，弹性模量亦随之下降，因此，在热处理工艺规定的温度下，材料内部的残余应力超过了该温度下材料的屈服强度，就会发生塑性变形，残余应力就会因为这种塑性变形而有所缓和，但无法降到该热处理温度的屈服强度以下，依照此理论制定的工艺一般要选较高的温度[15]。另一种观点认为热处理降低残余应力是由蠕变引起的应力松弛造成的[15]，在较高温度保温时，油管材料将会发生蠕变，从而引起应力松弛，残余应力就会下降，因此，理论上只要给予充足的时间，残余应力就可以完全消除，而且不受残余应力大小的限制。

油管在热处理过程中热应力和组织应力均存在，其中热应力在组织转变前就已经产生，而组织应力则是在组织转变过程中产生的，在整个冷却过程中，热应力与组织应力综合作用的结果就是油管实际存在的应力。两种应力综合作用十分复杂，影响因素较多，如化学成分、热处理工艺等。作用方向相反时二者抵消，作用方向相同时二者相互叠加。不管是相互抵消还是相互叠加，两种应力总有一个占主导因素。热应力占主导地位时，油管内表面受拉，外表面受压；组织应力占主导地位时，油管内表面受压，外表面受拉。通常经过淬火及回火后，油管外表面为压缩残余应力，内表面为拉伸残余应力[16]。

2.3 矫直

在油管生产过程中，为消除其纵向弯曲和圆度偏差等缺陷，油管经过矫直机矫直后才能达到标准规定的直度要求。根据矫直原理，油管只有在“矫枉过正”的前提下，发生塑性变形后，才能达到矫直目的，而伴随矫直加工会使油管产生较大的变形，其中由塑性变形引起的残余应力是存在于油管中的一种无形缺陷或隐患[17]。

矫直机孔型通过“横向压扁效应”和“纵向弯曲矫直”来保证油管的矫直质量[18]。一是油管经过矫直孔型时，要受到上下两个矫直辊的压扁变形，压扁量为油管直径的2%左右，以消除油管的不圆度；二是要承受前后矫直辊组成的三点矫直弯曲，弯曲应力的大小由相邻矫直辊孔型中心的高度差确定。孔型中心偏离矫直中心线的差值与矫直油管的材质、直径及矫直辊支座间距有关。理论偏移量可用公式（1）计算，即

 

大家一致认为，党的十九大把习近平新时代中国特色社会主义思想确立为我们党必须长期坚持的指导思想，十三届全国人大一次会议通过的宪法修正案将这一思想载入宪法。坚持用习近平新时代中国特色社会主义思想武装全党，既是首要政治任务，又是重大而深远的战略任务。必须以高度的政治责任感和历史使命感，持续深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想，按照学懂弄通做实的要求，深刻理解把握这一思想的科学体系、精神实质、实践要求，不仅要知其然，还要知其所以然，真正做到思想上理解，感情上认同，行动上落实，更加自觉地用这一思想武装头脑、指导实践、推动工作。

D—钢管直径，mm；

E—材料的弹性模量，N/mm2；

σs—材料的屈服强度，N/mm2。

评议活动中，各部门单位负责人就今年以来的工作进行述职，现场回答人大代表关心的问题，人大代表就部门单位工作进行点评，询问部门负责人关注的问题，提出意见和建议，对街道30个职能部门单位现场打分，评出了环保办、安监办、经贸办、人社所等12个群众满意部门单位。对排名靠后两个部门单位，人大代表提出了整改意见和建议。

赫拉克利特说：“人不能两次踏进同一条河流。”来时的河与去时的河，已经不是同一条河，一切皆流，无物常住，这场“无常”教学当是死亡必修课的开端。死亡，意味着剥夺、消失、黑暗、恐惧、不确定性。但是，这个娑婆国土中唯一确定的事物也是死亡，死亡竟然用这样霸道的力量迫使人认真地思考它。苏格拉底说：“真正的追求哲学，无非是学习死亡，学习处于死的状态。”② 柏拉图. 斐多[M]. 沈阳：辽宁人民出版社，2000: 12-13. 死亡是人类的智慧导师。

带温矫直有利于降低超级13Cr油管矫直过程中产生的残余应力。从公式（1）可知，理论偏移量δ与材料的屈服强度σs成正比，当超级13Cr油管矫直温度超过500℃时，材料实际屈服强度会降低，理论偏移量减小。而偏移量的减少，意味着油管弯曲力降低，残余应力也相应降低。除此之外，较高的温度也有利于使加工硬化得到回复，进一步降低残余应力。

油管原始弯曲度对矫直残余应力有一定影响。矫直辊的孔型和相邻矫直辊的孔型高度差调整好之后，弯曲度大的油管进入矫直孔型发生的弯曲变形会严重得多，矫直力也会相应增加。因此，油管的原始弯曲度越大，矫直后产生的残余应力也越大。通常在油管生产过程中，管端的弯曲程度要远远大于油管的中间部位，因此，矫直后管端的残余应力要大于油管中部的残余应力。

油管矫直所产生的残余应力是由于油管内外表层材料塑性变形程度不同造成的，且残余应力的分布和大小与矫直的压下量和温度密切相关。在定径轧制中，油管直径被压缩的同时，其壁厚也发生变化，管体的直径和椭圆度的变化主要取决于定径的压下量，如果适当调整定径的压下量和温度，就能消除油管的椭圆度，又能达到规定的直径尺寸，从而也可提高油管的力学性能。一般来说，当矫直压下量较小、温度较高时，残余应力较小。

油管在矫直过程中，不仅会产生残余应力，而且由于矫直的反复弯曲变形，还会引起包申格效应，降低屈服强度。为降低残余应力，热矫直温度通常要高于消除包申格效应所需的矫直温度，但过高的矫直温度会使材料软化，降低屈服强度。因此，为控制残余应力，应合理确定热处理工艺和矫直工艺，尽可能减小油管在热处理过程中的变形，减小矫直压下量，避免冷矫直，使油管最终残余应力较低。

2.4 表面清理

存在于超级13Cr油管表面的折叠、划伤、结疤、微小裂纹等缺陷必须去除，内表面的氧化皮也必须清理干净，在清理过程中不可避免会产生残余应力。清理超级13Cr油管内表面氧化铁皮一般选用喷丸处理方法，该方法是将一定尺寸的不锈钢丸或石英砂粒以设定的角度高速喷射到油管表面，将油管表面的氧化铁皮击落。若丸粒太大、硬度太高且喷射速度太快，容易在油管表面形成大小不一的凹坑，在油管内表面产生残余压应力。

超级13Cr油管主要生产工艺包括:圆管坯加热→穿孔→轧管→定（减）径→冷却→精整、检查→热处理（淬火+回火）→矫直→精整、检查（包括油管内、外表面清理）→管端丝扣加工→接箍拧接等。整个生产工艺中，形成残余应力的环节主要有两处:一是轧制、定径、减径以及矫直过程中由于不均匀变形产生的残余应力；二是热处理过程中，特别是淬火过程中产生的残余应力。轧制、定径、减径和淬火产生的残余应力可以通过回火加以松弛，而回火后油管冷却、矫直、表面清理和丝扣加工等工序，则是油管产生残余应力的主要来源。

因此，对超级13Cr油管的修磨应采用砂粒度较小的砂轮，最好是采用砂带来清理油管表面缺陷，并采用降低磨削速度、减少一次磨削量、使用磨削冷却液等方式来控制温升，并保证磨削面光滑。

2.5 丝扣加工

油管的丝扣是在车丝机卡盘的夹持下，通过螺纹梳刀切削油管表面形成的。在车削时，油管会产生表层与基体不均匀塑性变形带来的机械应力，车削时的温升同表面修磨相似，会产生温度（热）应力，当温度超过相变点温度时，还会产生组织应力。通过选择合理的进刀量、车削速度及冷却液，可以保证丝扣的加工精度，并使其残余应力保持在较低水平。

2.6 储运、下井

超级13Cr油管在储运、入井使用过程中，若操作不当，产生冷擦伤和碰伤，导致局部塑性变形，也会在其局部表面增加残余应力。

3 残余应力的消除方法

常规残余应力消除方法有自然时效、热时效、振动时效等[19-21]，可借鉴的超级13Cr油管残余应力消除方法主要有热时效和振动时效，油管在存放过程中，残余应力也会逐渐下降，即发生自然时效。

3.1 自然时效

[7]刘艳朝.超高压高温油井中超级13Cr油管材料的耐蚀性[D].西安：西安石油大学,2012.

3.2 热时效

热时效是传统的时效方法，利用热处理中的退火技术，将工件加热到500～650℃进行较长时间的保温后，再缓慢冷却至室温。在热作用下通过原子扩散及塑性变形使内应力消除。从理论上讲采用热时效，只要退火温度和保温时间适宜，应力可以完全消除，实际生产中通常可以消除残余应力的70%～80%，但是存在工件材料表面氧化、硬度及力学性能下降等缺陷。

3.3 振动时效

油管服役时轴向承受拉伸载荷，周向承受挤压载荷[13]。当油管表面存在较大拉应力时，与拉伸外载荷叠加，容易达到甚至超过油管的屈服极限，导致油管拉伸变形，承载能力降低。当油管表面沿周向的残余压应力与载荷带来的压应力叠加时，油管的抗挤毁性能降低。

3.4 静态过载法

静态过载法是以静力或静力矩的形式，暂时加载于工件上，并在这种载荷下保持一段时间，从而使工件尺寸精度获得稳定的时效方法。用于焊接件时需要将载荷加大到原来应力与附加应力之和，并接近材料的屈服极限，才能消除残余应力。静态过载法的精度稳定性效果取决于附加应力的大小及应力保持时间。特别指出，静态过载法处理后工件中仍然保持着相当大的残余应力。

3.5 热冲击时效

热冲击时效实质是将工件进行快速加热，使加热过程中造成的热应力正好与残余应力叠加，超过材料的屈服极限引起塑性变形，从而使原始残余应力很快松弛并稳定。

3.6 超声波冲击时效

[13]王诗鹏.钢管残余应力分析计算[J].焊管,2012,35（5）：58-61.

1.公职律师与政府律师。政府律师指依法取得律师执业证书，供职并专门服务于政府及政府部门为其提供法律咨询、办理法律事务的国家公务员。政府律师服务的范围为政府机关及其部门，而公职律师的服务范围不仅限于政府机关及其部门。《新法律学词典》中“公职被界定为具有公的性质的职务总称”。因此，“公职”的概念所覆盖的范围并不仅仅局限于政府机关内部的职位。根据我国的国家性质以及实践中的做法，公职不仅包括“执行公共权力的职位”，还包括“党政机关、各人民团体和各企事业单位中具有公共管理性质的职位”。可见，公职律师所涉及的范围更为广泛。

除上述方法外，近几年还出现了脉冲电流法[22]、激光冲击波[23]、电脉冲辅助超声冲击法[24]、超声振动时效法[25]等新型的残余应力消除方法。这些方法是否适用于超级13Cr油管工厂化模式，还有待进一步研究。

傍晚，我靠着逐渐暗淡的、最后的阳光指引，走过十八年前的故居。这条街、这个建筑物开始在我的眼前隐藏起来，像在躲避一个久别的旧友。但是它们改变了的面貌于我还是十分亲切，我认识它们，就像认识我自己，还是那样宽的街，宽的房屋。巍峨的门墙代替了太平缸和石狮子，那一对常常做我们坐骑的背脊光滑的雄狮也不知逃进了哪座荒山。然而大门开着，照壁上“长宜子孙”四个字却是原样地嵌在那里，似乎连颜色也不曾被风雨剥蚀。我望着那同样的照壁，被一种奇异的感情抓住了，我仿佛要在这里看出过去的十九个年头，不，我仿佛要在这里寻找十八年以前的遥远旧梦。

4 结束语

残余应力对油管在使用过程中的危害已被人们所认识，在油管的生产过程中，应设法将残余应力控制在尽可能低的水平。通过上述分析，超级13Cr油管在生产过程的残余应力主要来源于热处理和矫直环节，它与油管的材质、规格、原始直度和圆度、油管矫直温度、直径压下量和弯曲程度、矫直次数等有关。控制超级13Cr油管在热处理过程中的变形、合理选择矫直压下量、采用带温矫直、避免冷矫等，都是减小残余应力的有效措施。

李太嶂兴奋得浑身发抖：江云飞？好家伙！老子苦寻多时，你小子踪迹全无，现在总算肯现身了。江湖风传，是你小子拐走了三妹，弄得义父老大不开心，看我们个个不顺眼。现在你居然不知天高地厚，以一己之力公然挑战，这不是送死，又是什么？想死还不容易？老子成全你。

残余应力因其直观性差和不易检测等因素往往被人们忽视，油管相关标准对此也没有专门规定，仅针对高钢级、抗腐蚀等产品在矫直工艺上提出要求。如C110钢级，建议采用带温矫直，且矫直终止温度不得低于最低回火温度165℃以下（一般为510℃）。若采用冷矫直，则要求在最低回火温度30～50℃以下进行去应力退火处理。部分油管生产企业制定了高抗挤、抗硫等油管残余应力内控标准，如某管厂规定抗硫油管残余应力不超过150 MPa。

建议在超级13Cr油管订货技术条件中增加对残余应力及残余应力工艺评定的要求，一方面可以引起管厂对控制超级13Cr油管制造过程中残余应力的重视，另一方面避免油管使用过程中因残余应力带来的不安全因素。

参考文献：

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式中:K—矫直辊支座间距，mm；

[2]常随成.“三超”气井环境下典型油管的腐蚀行为研究[D].西安：西安石油大学,2014.

其次，由于各企业的情形不一，准则不够完备，只能对企业工作提出基本原则和规范。如固定资产折旧计提，既可采取平均年限法，也可用工作量法；会计政策变更，更能公允地反映企业的财务状况及经营成果，这种变更会计界一般接受。在这种灵活性下，企业有可能选择不当的会计政策及处理方法，达到实现企业自身效用和价值的最大化。如我国推出的“八项”计提的运用就是由上市公司会计人员根据职业判断自行确定，带有很大的选择性，给会计造假提供了机会。

[3]张炜强,郑华安,李勇怀.南海西部某油井13Cr油管失效分析[J].石油化工腐蚀与防护,2017,34（5）：47-51.

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如图4所示，O点为某时刻波束中心指向T，在经过一个波束扫描步进后，定点聚束方式下，飞机运动到B点，而滑动聚束方式较定点聚束波位驻留时间长，在经过一个波束扫描步进后，飞机运动到A点，波束中心指向T1，波束在地面滑动了一段距离：

把工件置于室外，经气候、温度的反复变化，使残余应力松弛，尺寸精度获得稳定，但该方法时效时间过长。

[8]姚小飞,谢发勤,吴向清,等.Cl-浓度对超级13Cr油管钢应力腐蚀开裂行为的影响[J].材料导报,2012,26（18）：38-41.

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束发怀耿介。逐物遂推迁。违志似如昨。二纪及兹年。缁磷谢清旷。疲薾惭贞坚。拙疾相倚薄。还得静者便。剖竹守沧海。枉帆过旧山。山行穷登顿。水涉尽洄沿。岩峭岭稠叠。洲萦渚连绵。白云抱幽石。绿筱媚清涟。葺宇临回江。筑观基曾巅。挥手告乡曲。三载期归旋。且为树枌槚。无令孤愿言。[12](卷二六《过始宁墅》，P1239)

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[12]黄小青.钢管空拔成型的数值模拟及周向残余应力分析[D].长沙：中南大学,2013.

1)第①种情况 将工序u移至v之后，如图11所示，Q变为Q1={l1,l2,,lk,v,u}，求解评价值λu,v(0,w)和λu,v(w,#)的过程如下：

超声波冲击是采用20 kHz以上的高频大功率超声波，以巨大的能量聚焦冲击工件表面，使工件表面产生很大的压缩塑性变形，从而达到消除残余应力的目的。

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据了解，郑州先科实业有限公司1988年经国家级郑州高新技术产业开发区批准成立，专业从事大、中、微量元素和各种水溶肥料、微生物肥料、有机肥料、冲施肥、植物生长调节剂及杀菌剂的研制、开发、生产和销售，并通过了原国家农业部批准登记，成功地将科学技术转化成了生产力。自1988年创立至今，郑州先科实业有限公司秉承为农初心不改，历经无数风雨不屈，开创了国内生产中微量元素肥的先河。30年的坚守和发展，先科打造了一个个业界驰名的叶面肥品牌。

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