1、前言

上世紀(jì)70年代，在歐洲的一些天然氣井中，為防止CO2腐蝕，采用9%Cr和13Cr%不銹鋼制作油井管；美國(guó)的油氣井也采用這種高鉻不銹鋼的油井管；后來(lái)，在API 5CT標(biāo)準(zhǔn)1988版中，補(bǔ)充了耐腐蝕油井管鋼種，如C-75鋼級(jí)增加了9Cr和13Cr兩個(gè)馬氏體不銹鋼鋼種；C-90增加了兩個(gè)鋼種。

上世紀(jì)90年代初，隨著天津大無(wú)縫全流程項(xiàng)目（電爐+連軋管+熱處理+螺紋加工）建成投產(chǎn)和寶鋼140機(jī)組品種的開(kāi)發(fā)，油井管的生產(chǎn)得到了快速的發(fā)展，不斷地滿足了國(guó)內(nèi)油田開(kāi)發(fā)的需要。 90年代后期，隨著我國(guó)油氣資源向著深井、復(fù)雜的地質(zhì)條件區(qū)域開(kāi)發(fā)，油田向油井管生產(chǎn)企業(yè)提出了抗二氧化碳用的13Cr不銹鋼管需要，值此，也拉開(kāi)了我國(guó)油氣用不銹鋼管開(kāi)發(fā)的序幕。

2、我國(guó)油氣井用管發(fā)展簡(jiǎn)況

2.1 中國(guó)油氣井管發(fā)展歷程

中國(guó)油氣井管生產(chǎn)有60多年的歷史。新中國(guó)建立以來(lái)，從1954年鞍鋼生產(chǎn)的 根無(wú)縫油管至今，中國(guó)油井管發(fā)展大致分為四個(gè)階段。

階段為1954 -- 1985年

鞍鋼、包鋼和成都無(wú)縫鋼管廠相繼生產(chǎn)油井管。生產(chǎn)初期，鞍鋼的油管產(chǎn)品按照鞍標(biāo)和冶標(biāo)（與原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)等效）交貨。上世紀(jì)70年代原冶金部參照API標(biāo)準(zhǔn)，制定并頒布了“石油套管”部頒標(biāo)準(zhǔn)YB690-1970和“石油對(duì)焊鉆桿、鉆鋌、方鉆桿管材”部頒標(biāo)準(zhǔn)YB691-1970。成都無(wú)縫鋼管廠和包鋼參照上述標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)套管和對(duì)焊鉆桿（包鋼只生產(chǎn)套管）。80年開(kāi)始鞍鋼、包鋼和成都無(wú)縫鋼管廠開(kāi)始按照API標(biāo)準(zhǔn)試制和批量生產(chǎn)油井管。在這一階段，上述三個(gè)廠為大慶、勝利、大港及四川等油田開(kāi)發(fā)的油井管產(chǎn)品主要是DZ40、DZ50和DZ55等低鋼級(jí)產(chǎn)品（碳錳鋼，包鋼的鋼種里加入了量的鈮和稀土）。盡管是油井管的低端產(chǎn)品，但由于當(dāng)時(shí)的冶煉、軋制、熱處理和管加工裝備水平較低，產(chǎn)品表面質(zhì)量、尺寸精度和螺紋加工質(zhì)量等都難以滿足油田要求。

第二階段為1986年-- 1991年

寶鋼從國(guó)外引進(jìn)的Φ140mm全浮動(dòng)芯棒連軋機(jī)組建成投產(chǎn)（可生產(chǎn)油管和5 1/2〞套管），使國(guó)內(nèi)油井管生產(chǎn)的裝備水平有了突破性的進(jìn)展，但由于受機(jī)組的規(guī)格所限，僅能為油田提供少部分規(guī)格和品種。從1986年1月起，原冶金部正式宣布廢除YB690-1970和YB691-1970等標(biāo)準(zhǔn)，一律改用等同API標(biāo)準(zhǔn)的YB/T和GB3303-1982系列標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)油井管。1990年4月，成都無(wú)縫鋼管廠在國(guó)內(nèi) 個(gè)通過(guò)美國(guó)石油學(xué)會(huì)頒發(fā)的API 5CT 5B、5D（7）會(huì)標(biāo)許可證。但由于國(guó)內(nèi)鋼管企業(yè)的整體水平仍較低，不能滿足油氣行業(yè)快速發(fā)展的需要，至1991年中國(guó)油井管產(chǎn)量?jī)H13.67萬(wàn)噸，國(guó)產(chǎn)化率僅13.54%。產(chǎn)品主要采用以碳錳鋼生產(chǎn)的J55鋼級(jí)的油套管，N80鋼級(jí)的油套管還處在研制階段。

第三階段1992年-2012年

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)步入高速發(fā)展的快車道，對(duì)石油需求不斷增加，推動(dòng)了石油工業(yè)的快速發(fā)展，同時(shí)也拉動(dòng)了油井管等能源用管需求的快速增長(zhǎng)。另外，天津鋼管公司（天管集團(tuán)前身）從國(guó)外引進(jìn)的Φ250MPM機(jī)組的建成投產(chǎn)（現(xiàn)代化的全流程專業(yè)化油井管生產(chǎn)企業(yè)），一舉改變了中國(guó)油井管生產(chǎn)裝備及工藝的落后局面。之后又建成三條PQF三輥式高精度連軋管機(jī)組，這種機(jī)型代表了當(dāng)今世界無(wú)縫鋼管軋制技術(shù)的 水平。這期間國(guó)內(nèi)一些企業(yè)（包括寶鋼、成都無(wú)縫、衡陽(yáng)鋼管、包鋼、西姆萊斯、安徽天大等）陸續(xù)投資新建了一批現(xiàn)代化的軋機(jī)并改造或新建了熱處理線和管加工線，使中國(guó)油井管整體制造水平有了大幅度提高，油井管產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)。

在這一階段，中國(guó)油井管無(wú)論在產(chǎn)量、質(zhì)量和品種上，都基本滿足了國(guó)內(nèi)油田用管的需求，還大量出口到國(guó)外。2004年，中國(guó)油井管進(jìn)口量為32.20萬(wàn)噸，出口量為33.23萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)了油井管的凈出口。2008年中國(guó)油井管產(chǎn)量達(dá)到了630萬(wàn)噸，出口333萬(wàn)噸，進(jìn)口24.57萬(wàn)噸，凈進(jìn)口308萬(wàn)噸，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到95.5%。

第四階段2013年及以后

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)步入中高速發(fā)展，和非石化能源快速發(fā)展以及中國(guó)油氣行業(yè)開(kāi)發(fā)增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)（油氣用管表觀消費(fèi)已達(dá)到峰值），其中石油開(kāi)采呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)（石油資源枯竭），石油管材的需求量不斷下降。未來(lái)中國(guó)油氣工業(yè)的發(fā)展是向著頁(yè)巖氣、煤層氣、海洋油氣（包括可燃冰）等資源開(kāi)發(fā)。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，不銹鋼鋼管的消費(fèi)量不斷增加，不銹鋼無(wú)縫鋼管的需求量日趨擴(kuò)大，市場(chǎng)前景看好。不銹鋼具有優(yōu)異的耐蝕性、成型性以及在很寬溫度范圍內(nèi)的強(qiáng)韌性等系列特點(diǎn)，在重工業(yè)、輕工業(yè)、生活用品行業(yè)以及建筑裝飾等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。Φ89mm以下300系列奧氏體不銹鋼無(wú)縫鋼管因其具有良好的綜合性能，在鍋爐、石化行業(yè)中得到大量使用。特別是在鍋爐行業(yè)中作為熱交換器的重要母材來(lái)使用。 

  自Φ89mm以下300系列不銹鋼無(wú)縫鋼管國(guó)產(chǎn)化以來(lái)，涌現(xiàn)出大量的生產(chǎn)加工企業(yè)，主要包括江蘇武進(jìn)不銹鋼股份有限公司、浙江久立特材科技股份有限公司以及攀鋼集團(tuán)江油長(zhǎng)城特殊鋼有限公司等；主要的生產(chǎn)工藝路線有：“穿孔+多道次冷軋（拔）”或“擠壓+多道次冷軋（拔）”。因每道次變形量有限，要制成成品常需要多道次的冷軋或冷拔。由于不銹鋼的冷加工硬化和表面質(zhì)量等原因，在進(jìn)行每道次的冷軋或冷拔前，需進(jìn)行退火熱處理、酸洗、潤(rùn)滑等一系列處理。繁雜的工序帶來(lái)生產(chǎn)流程長(zhǎng)、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、產(chǎn)量低、成材率低、成本高以及酸洗污染環(huán)境等問(wèn)題。 

  在生產(chǎn)奧氏體不銹鋼無(wú)縫鋼管時(shí)存在以下技術(shù)難點(diǎn)： 

  （1）確定不銹鋼鋼管坯料加熱工藝制定有一定難度。不銹鋼加熱溫度范圍窄，其導(dǎo)熱率與碳鋼差別也較大。在加熱制度設(shè)計(jì)上，為保證加熱質(zhì)量，必須將加熱速度控制在合理的范圍之內(nèi)。而在高溫時(shí)，過(guò)長(zhǎng)的高溫保溫時(shí)間和過(guò)高的保溫溫度易導(dǎo)致坯料晶粒組織產(chǎn)生δ鐵素體以及出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大嚴(yán)重現(xiàn)象，從而造成鋼管內(nèi)表面缺陷。 

  （2）變形工藝參數(shù)設(shè)定需重新選擇，明顯不同于碳鋼鋼管。與碳鋼鋼管相比，不銹鋼鋼管具有變形抗力大、熱膨脹系數(shù)大、低溫段熱導(dǎo)率低、寬展大、易黏鋼的特點(diǎn)，在穿孔、定（減）徑工藝參數(shù)的設(shè)定上與碳鋼鋼管有明顯差異。 

  （3）不銹鋼鋼管在線水冷熱處理技術(shù)需要確立。在線水冷不同于離線固溶，在線水冷不需再次對(duì)鋼管進(jìn)行加熱，如何利用變形余熱進(jìn)行在線處理，保證鋼管的力學(xué)性能可滿足后續(xù)加工要求。 

  攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司為達(dá)到局部以熱代冷、簡(jiǎn)化工序、降低成本、縮短生產(chǎn)周期的目的，通過(guò)生產(chǎn)工藝優(yōu)化、創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出一種在熱軋機(jī)組進(jìn)行軋制和在線水冷的工藝，直接生產(chǎn)出接近終冷軋成品尺寸的不銹鋼無(wú)縫鋼管坯料。 

  設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的“熱軋（穿孔+定徑）+在線水冷”生產(chǎn)Φ89mm以下不銹鋼無(wú)縫鋼管坯料生產(chǎn)工藝，可減少中間冷軋（拔）道次，極大地簡(jiǎn)化工藝流程。 

  采用在線水冷熱處理，將不銹鋼無(wú)縫鋼管坯料的入水溫度控制在920～950℃，可有效保證各方面性能滿足后續(xù)冷加工要求，能夠?qū)崿F(xiàn)代替離線固溶的目的。