專利名稱：特種合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油天然氣用復(fù)合管道加工領(lǐng)域，具體為一種耐蝕高溫合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝，適用于液體或氣體輸送高強(qiáng)耐蝕復(fù)合管道。
背景技術(shù)：
在腐蝕惡劣的環(huán)境中，不銹鋼、高溫合金等是常用的防腐蝕材料，然而純不銹鋼、 高溫合金等合金管道材料的成本較高，特別是在壓力較高工況下，由于管壁較厚，所需成本就更高。目前，國內(nèi)碳鋼不銹鋼管復(fù)合管的生產(chǎn)方法主要有機(jī)械脹接成形、爆炸成形、液壓脹合等方法。這些方法的過程各不相同，但原理相似，通過外力使復(fù)合管的內(nèi)管塑性變形、外管彈性變形，從而獲得復(fù)合管的外管對(duì)內(nèi)管產(chǎn)生壓應(yīng)力狀態(tài)，以達(dá)到復(fù)合管外管內(nèi)壁與復(fù)合管內(nèi)管外壁的緊密貼合。這些方法一般可以保證復(fù)合管內(nèi)外管的物理結(jié)合，但在惡劣的外部條件下，其界面處會(huì)發(fā)生腐蝕失效。同時(shí)，由于這些方法生產(chǎn)的復(fù)合管界面非冶金結(jié)合，在外力作用下其協(xié)調(diào)變形能力差，而且結(jié)合力不高，復(fù)合管會(huì)發(fā)生脫離分層，其力學(xué)性能和界面結(jié)合強(qiáng)度難以滿足石油天然氣鉆井用復(fù)合管的需求。另外，這些方法生產(chǎn)的復(fù)合管一般一個(gè)為變形組織，另一個(gè)為鑄態(tài)組織，力學(xué)性能較差。這些復(fù)合管的內(nèi)襯一般采用不銹鋼，雖然具有一定的抗腐蝕能力，但對(duì)于一些特殊腐蝕環(huán)境，其抗腐蝕能力有限。因此， 現(xiàn)有的碳鋼不銹鋼難以滿足對(duì)耐蝕性能、結(jié)合強(qiáng)度和力學(xué)性能要求高的石油天然氣鉆井、 核電、石化等特殊領(lǐng)域的需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前石油天然氣鉆井用復(fù)合管的迫切需求，本發(fā)明的目的提供一種耐蝕特種合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝，解決復(fù)合管存在的綜合機(jī)械性能差、 界面結(jié)合力低和加工復(fù)雜的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種特種合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝，先制備復(fù)合管坯， 將耐蝕特種合金內(nèi)管坯放置入管線鋼外管坯中，然后通過滾脹心軸回轉(zhuǎn)擠壓，實(shí)現(xiàn)復(fù)合管坯的管線鋼外管坯內(nèi)壁與復(fù)合管坯的耐蝕高溫合金內(nèi)管坯外壁的緊密貼合；再在防護(hù)涂層保護(hù)下將復(fù)合管坯加熱到擠壓溫度，通過復(fù)合管坯熱擠壓成最終復(fù)合管，通過高溫高壓條件下內(nèi)外管坯界面處形成的擴(kuò)散層，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外管界面處良好的冶金結(jié)合。所述的特種合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝，制備復(fù)合管坯時(shí)，耐蝕特種合金內(nèi)管坯和管線鋼外管坯之間形成復(fù)合前內(nèi)管坯和外管坯間隙，通過滾脹心軸伸至耐蝕高溫合金內(nèi)管坯回轉(zhuǎn)擠壓，滾脹心軸回轉(zhuǎn)速度為20 250轉(zhuǎn)/分鐘，實(shí)現(xiàn)復(fù)合管坯的耐蝕高溫合金內(nèi)管坯塑性變形、管線鋼外管坯彈性變形，從而復(fù)合管坯的外管對(duì)內(nèi)管產(chǎn)生壓應(yīng)力狀態(tài)，以達(dá)到復(fù)合管坯外管內(nèi)壁與復(fù)合管坯內(nèi)管外壁緊密的物理結(jié)合。所述的特種合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝，復(fù)合管坯加熱時(shí)，在玻璃防護(hù)涂層的保護(hù)下，將復(fù)合管坯加熱到擠壓溫度，復(fù)合管坯加熱的升溫速度為 5 30°C /分鐘，加熱溫度范圍為1100 1300°C，時(shí)間范圍為30 60分鐘。所述的高溫合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝，復(fù)合管坯熱擠壓時(shí)，將已預(yù)熱的復(fù)合管坯放入熱擠壓機(jī)內(nèi)，擠壓比范圍為O 1) OO 1)，擠壓速度范圍為20 150mm/s，進(jìn)行熱擠壓。所述的高溫合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝，復(fù)合管中，管線鋼外管的外徑Φ 50mm 600mm，管線鋼外管的壁厚4mm 50mm，耐蝕高溫合金內(nèi)管的壁厚 2mm 20mmo本發(fā)明中，特種合金是指高溫合金、不銹鋼、耐蝕合金、雙相鋼或鈦合金等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、復(fù)合管內(nèi)外管界面處良好的冶金結(jié)合。熱擠壓過程的高溫高壓條件，使內(nèi)外管坯界面處元素發(fā)生互擴(kuò)散，形成一層薄但高強(qiáng)擴(kuò)散層，實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合，顯著提高了界面處的結(jié)合能力和復(fù)合管材的協(xié)調(diào)變形能力。2、復(fù)合管綜合機(jī)械性能優(yōu)異。通過熱擠壓變形，細(xì)化了管材的晶粒和組織，顯著了提高復(fù)合管的力學(xué)性能。3、減小壁厚和重量。外層擠壓態(tài)碳鋼具有優(yōu)異的機(jī)械性能，可以減小壁厚和重量， 節(jié)約成本?？傊景l(fā)明采用外層為普通碳素鋼，內(nèi)層為不銹鋼、高溫合金等特種合金的復(fù)合管，來代替純不銹鋼、高溫合金等特種合金管道，可節(jié)省不銹鋼、高溫合金等合金，大大降低管道成本，用于大口徑管道的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益尤為顯著，因此復(fù)合管在石油、天然氣、核電等行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為復(fù)合管坯的制備示意圖。圖中，1管線鋼外管坯；2耐蝕高溫合金內(nèi)管坯；3滾脹心軸；4復(fù)合前內(nèi)管坯和外管坯間隙。圖2為復(fù)合管坯熱擠壓示意圖。圖中，5定位針；6壓頭；7復(fù)合管坯；8模具；9復(fù)合管。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1-2所示，本發(fā)明先制備復(fù)合管坯，將耐蝕高溫合金內(nèi)管坯2放置入管線鋼外管坯1中，然后通過滾脹心軸3回轉(zhuǎn)擠壓實(shí)現(xiàn)復(fù)合管坯的管線鋼外管坯1內(nèi)壁與復(fù)合管坯的耐蝕高溫合金內(nèi)管坯2外壁的緊密貼合，然后在防護(hù)涂層保護(hù)下將復(fù)合管坯加熱到擠壓溫度，然后將復(fù)合管坯熱擠壓成最終復(fù)合管，通過高溫高壓條件下內(nèi)外管坯界面處形成的擴(kuò)散層，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外管界面處良好的冶金結(jié)合，具體步驟如下1、復(fù)合管坯的制備如圖1所示，先將耐蝕高溫合金內(nèi)管坯2放置入管線鋼外管坯1中，耐蝕高溫合金內(nèi)管坯2和管線鋼外管坯1之間形成復(fù)合前內(nèi)管坯和外管坯間隙4，通過滾脹心軸3伸至耐蝕高溫合金內(nèi)管坯2回轉(zhuǎn)擠壓(滾脹心軸回轉(zhuǎn)速度為20 250轉(zhuǎn)/分鐘)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合管坯的耐蝕高溫合金內(nèi)管坯2塑性變形、管線鋼外管坯1彈性變形，從而復(fù)合管坯的外管對(duì)內(nèi)管產(chǎn)生壓應(yīng)力狀態(tài)，以達(dá)到復(fù)合管坯外管內(nèi)壁與復(fù)合管坯內(nèi)管外壁緊密的物理結(jié)合。本發(fā)明中，通過滾脹心軸回轉(zhuǎn)擠壓實(shí)現(xiàn)復(fù)合管坯的制備，其加工方式保證耐蝕高溫合金內(nèi)管坯產(chǎn)生較大的塑性變形，而外部的管線鋼外管坯產(chǎn)生較小的彈性變形，從而使得復(fù)合管坯的外管對(duì)內(nèi)管產(chǎn)生了壓應(yīng)力，以保證復(fù)合管坯的管線鋼外管坯內(nèi)壁與復(fù)合管坯的耐蝕高溫合金內(nèi)管坯外壁的緊密貼合。2.復(fù)合管坯的加熱在常用玻璃防護(hù)涂層的保護(hù)下，將復(fù)合管坯加熱到擠壓溫度，以防止內(nèi)外管坯表面產(chǎn)生氧化，促進(jìn)熱擠壓過程中管坯界面冶金結(jié)合層的形成，同時(shí)要控制加熱速度和時(shí)間， 以防止復(fù)合管坯內(nèi)外管的脫離。本發(fā)明中，復(fù)合管坯加熱的升溫速度為5 30°C/分鐘，力口熱溫度范圍為1100 1300°C，時(shí)間范圍為30 60分鐘。3.復(fù)合管坯的熱擠壓如圖2所示，復(fù)合管坯7置于熱擠壓機(jī)內(nèi)的模具8中，壓頭6中心穿設(shè)有定位針5， 壓頭6上的定位針5伸至復(fù)合管坯7中，在壓頭6和定位針5作用下，進(jìn)行熱擠壓，形成復(fù)
合管9。將已預(yù)熱的復(fù)合管坯7放入熱擠壓機(jī)內(nèi)，根據(jù)復(fù)合管的材料和尺寸，選擇合適的擠壓比和擠壓速度，擠壓比范圍為O 1) OO 1)，擠壓速度范圍為20 150mm/s，進(jìn)行熱擠壓。在高溫高壓條件下，內(nèi)外管坯界面處元素發(fā)生互擴(kuò)散，形成一層薄但高強(qiáng)擴(kuò)散層，實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，通過熱擠壓變形，顯著了提高復(fù)合管的力學(xué)性能。本發(fā)明中，擠壓溫度、擠壓比和擠壓速度由制備材料決定，而且考慮到擠壓過程中的溫度散失和變形熱引起的溫升，擠壓速度和擠壓比必須與擠壓溫度向匹配。本發(fā)明獲得的復(fù)合管中，管線鋼外管的外徑Φ50mm 600mm，管線鋼外管的壁厚 4mm 50mm，耐蝕高溫合金內(nèi)管的壁厚2mm 20mm。實(shí)施例1將內(nèi)徑Φ 134. 4mm，壁厚15. Imm的hconel625耐蝕高溫合金內(nèi)管坯放入內(nèi)徑 Φ 165mm，壁厚90mm的L450管線鋼外管坯中，通過滾脹心軸回轉(zhuǎn)擠壓(滾脹心軸回轉(zhuǎn)速度為60轉(zhuǎn)/分鐘)，將耐蝕高溫合金內(nèi)管坯內(nèi)徑塑性變形至Φ 135mm，管線鋼外管坯彈性變形，達(dá)到復(fù)合管坯的管線鋼外管坯內(nèi)壁與復(fù)合管坯的耐蝕高溫合金內(nèi)管坯外壁的緊密貼
I=I ο在玻璃防護(hù)涂層的保護(hù)下，將復(fù)合管坯以升溫速度為15°C /分鐘，加熱到1200°C， 保溫40分鐘，然后將已預(yù)熱的復(fù)合管坯放入熱擠壓機(jī)內(nèi)，擠壓比為10 1，擠壓速度為 50mm/s，制成外徑為Φ 168. 5mm，壁厚為16. 5mm復(fù)合管。實(shí)施例2將內(nèi)徑Φ99. 4mm，壁厚10. Imm的hconel825耐蝕高溫合金內(nèi)管坯放入內(nèi)徑 Φ 120mm，壁厚60mm的L450管線鋼外管坯中，通過滾脹心軸回轉(zhuǎn)擠壓(滾脹心軸回轉(zhuǎn)速度為80轉(zhuǎn)/分鐘)，將耐蝕高溫合金內(nèi)管坯內(nèi)徑塑性變形至Φ 100mm，外管彈性變形，達(dá)到復(fù)合管坯的管線鋼外管坯內(nèi)壁與復(fù)合管坯的耐蝕高溫合金內(nèi)管坯外壁的緊密貼合。在玻璃防護(hù)涂層的保護(hù)下，將復(fù)合管坯以升溫速度為10°C /分鐘，加熱到1180°C，保溫40分鐘，然后將已預(yù)熱的復(fù)合管坯放入熱擠壓機(jī)內(nèi)，擠壓比為5 1，擠壓速度為 80mm/s，制成外徑為Φ 133mm，壁厚為16. 5mm復(fù)合管。 本發(fā)明通過熱擠壓加工工藝最終制成內(nèi)外管冶金結(jié)合的復(fù)合管，不但提高了復(fù)合管的結(jié)合強(qiáng)度，而且通過熱擠壓變形，顯著提高了復(fù)合管的力學(xué)性能，特別適合對(duì)結(jié)合強(qiáng)度和力學(xué)性能要求高的耐蝕特種合金襯里石油天然氣鉆井用復(fù)合管的制造，也可生產(chǎn)不銹鋼、鋁、銅等其他金屬材料襯里的復(fù)合管。
權(quán)利要求
1.一種特種合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝，其特征在于先制備復(fù)合管坯，將耐蝕特種合金內(nèi)管坯放置入管線鋼外管坯中，然后通過滾脹心軸回轉(zhuǎn)擠壓，實(shí)現(xiàn)復(fù)合管坯的管線鋼外管坯內(nèi)壁與復(fù)合管坯的耐蝕高溫合金內(nèi)管坯外壁的緊密貼合；再在防護(hù)涂層保護(hù)下將復(fù)合管坯加熱到擠壓溫度，通過復(fù)合管坯熱擠壓成最終復(fù)合管，通過高溫高壓條件下內(nèi)外管坯界面處形成的擴(kuò)散層，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外管界面處良好的冶金結(jié)合。
2.按照權(quán)利要求1所述的特種合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝， 其特征在于制備復(fù)合管坯時(shí)，耐蝕特種合金內(nèi)管坯和管線鋼外管坯之間形成復(fù)合前內(nèi)管坯和外管坯間隙，通過滾脹心軸伸至耐蝕高溫合金內(nèi)管坯回轉(zhuǎn)擠壓，滾脹心軸回轉(zhuǎn)速度為 20 250轉(zhuǎn)/分鐘，實(shí)現(xiàn)復(fù)合管坯的耐蝕高溫合金內(nèi)管坯塑性變形、管線鋼外管坯彈性變形，從而復(fù)合管坯的外管對(duì)內(nèi)管產(chǎn)生壓應(yīng)力狀態(tài)，以達(dá)到復(fù)合管坯外管內(nèi)壁與復(fù)合管坯內(nèi)管外壁緊密的物理結(jié)合。
3.按照權(quán)利要求1所述的特種合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝，其特征在于復(fù)合管坯加熱時(shí)，在玻璃防護(hù)涂層的保護(hù)下，將復(fù)合管坯加熱到擠壓溫度，復(fù)合管坯加熱的升溫速度為5 30°C /分鐘，加熱溫度范圍為1100 1300°C，時(shí)間范圍為30 60分鐘。
4.按照權(quán)利要求1所述的高溫合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝， 其特征在于復(fù)合管坯熱擠壓時(shí)，將已預(yù)熱的復(fù)合管坯放入熱擠壓機(jī)內(nèi)，擠壓比范圍為 (2 1) QO 1)，擠壓速度范圍為20 150mm/s，進(jìn)行熱擠壓。
5.按照權(quán)利要求1所述的高溫合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝，其特征在于復(fù)合管中，管線鋼外管的外徑Φ 50mm 600mm，管線鋼外管的壁厚4mm 50mm， 耐蝕高溫合金內(nèi)管的壁厚2mm 20mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及石油天然氣用復(fù)合管道加工領(lǐng)域，具體為一種耐蝕特種合金襯里與管線鋼外套冶金結(jié)合的復(fù)合管制備工藝，解決復(fù)合管存在的綜合機(jī)械性能差、界面結(jié)合力低和加工復(fù)雜的問題，適用于液體或氣體輸送高強(qiáng)耐蝕復(fù)合管道。先制備復(fù)合管坯，將耐蝕特種合金內(nèi)管坯放置入管線鋼外管坯中，然后通過滾脹心軸回轉(zhuǎn)擠壓，實(shí)現(xiàn)復(fù)合管坯的管線鋼外管坯內(nèi)壁與復(fù)合管坯的耐蝕高溫合金內(nèi)管坯外壁的緊密貼合；再在防護(hù)涂層保護(hù)下將復(fù)合管坯加熱到擠壓溫度，通過復(fù)合管坯熱擠壓成最終復(fù)合管，通過高溫高壓條件下內(nèi)外管坯界面處形成的擴(kuò)散層，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外管界面處良好的冶金結(jié)合，適合對(duì)結(jié)合強(qiáng)度和力學(xué)性能要求高的耐蝕高溫合金襯里石油天然氣鉆井用復(fù)合管的制造。
文檔編號(hào)B21C37/06GK102553961SQ20101058778
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者張皓, 李應(yīng)舉 申請(qǐng)人:張皓