本發(fā)明屬于大壁厚層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管的制造方法。

背景技術(shù)：
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鎳基合金/碳鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管材，具有優(yōu)良的界面結(jié)合強(qiáng)度，能很好避免分層、塌陷等質(zhì)量問(wèn)題；能滿足強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)儲(chǔ)運(yùn)服役條件要求，最大限度地實(shí)現(xiàn)材料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，顯著降低管道建設(shè)成本，提高管道耐蝕性和安全可靠性。將有效解決我國(guó)塔里木油田、長(zhǎng)慶油田、西南油田等各大油田由于“四高一低”(即高CO₂、高H₂S、高Cl^-、高礦化度、低PH值)引起的原油集輸和煉化中出現(xiàn)的儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備腐蝕失效等問(wèn)題，為國(guó)家油氣開采和管網(wǎng)建設(shè)提供支撐。

鎳基合金/碳鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管材，機(jī)械性能(包括拉伸性能、低溫沖擊韌性、DWTT性能等)主要由外層碳鋼貢獻(xiàn)，而鎳基合金主要起抗腐蝕作用。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于復(fù)合管普遍采用的制管方法有離心澆鑄、冷加工擴(kuò)散退火、液壓脹合、爆炸復(fù)合、爆炸復(fù)合+焊接、熱穿孔+擴(kuò)散復(fù)合等。

2013年10月16日公布的公布號(hào)為CN 103350124A的中國(guó)發(fā)明專利，專利名稱為一種輸送石油天然氣的直縫雙金屬?gòu)?fù)合焊管的制造方法，該制造方法為：將復(fù)層為耐蝕合金層和基層為碳鋼以“爆炸+熱軋”方式結(jié)合在一起的雙金屬?gòu)?fù)合板通過(guò)JCOE成型工藝成型為直縫管狀，最后通過(guò)焊接工藝將直縫焊接制成復(fù)層在內(nèi)基層在外的直縫雙金屬?gòu)?fù)合焊管；“爆炸+熱軋”方式結(jié)合在一起的雙金屬?gòu)?fù)合板，實(shí)現(xiàn)層狀復(fù)合板的冶金結(jié)合，本發(fā)明主要是針對(duì)鎳基合金/碳鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管材的制造，由于鎳基合金及其焊縫、過(guò)渡界面處對(duì)主要耐蝕金屬元素Ni、Cr、Mo的成分量有嚴(yán)格要求，合金元素的稀釋和燒損是焊接中亟待解決的工程問(wèn)題。上述已公布的制造方法中所述的破口設(shè)計(jì)以及焊接工藝不適用于本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為了克服上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管的制造方法，采用本發(fā)明的制造方法可使各熔敷區(qū)金屬過(guò)渡熔焊連接質(zhì)量可靠，可有效控制主要耐蝕金屬元素Ni、Cr、Mo的成分量，使焊縫具有可靠耐蝕性能和優(yōu)良機(jī)械性能。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管的制造方法，其特征在于：將鎳基合金層和碳鋼層通過(guò)“真空熱軋+熱處理”方式制備成冶金層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合板；然后對(duì)復(fù)合板兩縱邊進(jìn)行“U+I+V”破口加工；再采用JCO多道次漸進(jìn)壓制成管狀，鎳基合金層在管內(nèi)側(cè)，碳鋼層在管外側(cè)；最后采用合理的焊接工藝在破口處進(jìn)行碳鋼層、過(guò)渡層和鎳基合金層焊接，制成鎳基合金/碳鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管。

上述鎳基合金層為UNS N08825、UNS N06625或同系列的Ni-Cr-Fe耐蝕高溫合金，鎳基合金層的厚度為2～4mm；碳鋼層為Q235、Q345、X52、X60、X65、X70、X80、X90或X100碳素結(jié)構(gòu)鋼、壓力容器鋼和高強(qiáng)高韌管線鋼，厚度為18～30mm。

上述“U+I+V”坡口的參數(shù)為：鎳基合金層一側(cè)為“U”型坡口，寬度為5～12mm，深度為4～6mm，且深度大于鎳基合金層厚度；碳鋼層一側(cè)為“I+V”型坡口，坡口角度為60～80°，寬度為13～23mm，深度為4～10mm，鈍邊為5～15mm。

上述焊接工藝是：先采用SAW焊進(jìn)行碳鋼層焊接，形成碳鋼層熔敷區(qū)；再采用TIG焊進(jìn)行過(guò)渡層焊接，形成過(guò)渡層熔敷區(qū)；最后采用TIG焊對(duì)鎳基合金層進(jìn)行填充蓋面焊接，形成鎳基合金層熔敷區(qū)。

上述過(guò)渡層熔敷區(qū)的厚度與鎳基合金層/碳鋼層的界面平齊或超出0～1.0mm，且完全覆蓋碳鋼層。

上述碳鋼層、過(guò)渡層和鎳基合金層焊接的全過(guò)程均采用惰性氣體對(duì)焊縫區(qū)及附近區(qū)域充分保護(hù)。

上述焊接工藝中進(jìn)行碳鋼層焊接之前在管外側(cè)碳鋼層先采用MAG焊進(jìn)行預(yù)焊。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通采用“U+I+V”特型復(fù)合坡口設(shè)計(jì)，采用MAG焊、SAW焊和TIG焊分別依次按照預(yù)焊層、碳鋼層、過(guò)渡層、鎳基合金層熔敷區(qū)的先后順序進(jìn)行焊接，能顯著提高復(fù)合管制造效率，既能保證覆層鎳基合金的耐蝕性，又能確?；鶎犹间摰膹?qiáng)韌化要求，使焊縫具有可靠的焊接質(zhì)量和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。

附圖說(shuō)明：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。

圖1為本發(fā)明大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中復(fù)合管完成焊接后整體焊縫的局部放大圖。

圖3為過(guò)渡界面微區(qū)顯微組織。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1為碳鋼層；2為鎳基合金層；3為復(fù)合管整體焊縫；4為碳鋼層熔敷區(qū)；5為過(guò)渡層熔敷區(qū)；6為鎳基合金層熔敷區(qū)。

具體實(shí)施方式：

參見圖1，以“真空熱軋+熱處理”工藝制備的大壁厚UNS N08825/X65鎳基合金/管線鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合板材為實(shí)驗(yàn)原料板材，UNS N08825鎳基合金層2一面在上，X65碳鋼層1一面在下，清理板材雙面雜物、硬塊等后進(jìn)行復(fù)合管的制造，步驟依次為：

步驟1：根據(jù)圖1中坡口設(shè)計(jì)形式對(duì)UNS N08825/X65鎳基合金/管線鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合板材進(jìn)行焊接特性坡口加工，UNS N08825鎳基合金層2的“U”型坡口深度和寬度分別為5.5mm和11mm，且坡口底部為圓弧狀；X65碳鋼層1的“I+V”型坡口寬度、深度、角度和鈍邊分別為20mm、12mm、80°和10mm。

步驟2：采用JCO多道次漸進(jìn)壓制成管狀，同時(shí)對(duì)碳鋼層1外坡口進(jìn)行MAG預(yù)焊接，形成預(yù)焊層MAG熔敷區(qū)。

步驟3：待完成成形預(yù)焊后，從鋼管外側(cè)即X65碳鋼層1一側(cè)整體采用SAW焊接，形成碳鋼層熔敷區(qū)4；待碳鋼層熔敷區(qū)4完成焊接后空冷至室溫，從UNS N08825鎳基合金層一側(cè)對(duì)“U”型坡口進(jìn)行坡口清根處理，使坡口底部為圓弧狀過(guò)渡，對(duì)坡口附近區(qū)域進(jìn)行拋光并用丙酮和乙醇進(jìn)行整個(gè)清洗且迅速吹干；然后采用TIG焊進(jìn)行過(guò)渡層焊接，形成過(guò)渡層熔敷區(qū)5；最后進(jìn)行UNS N08825鎳基合金層2的TIG填充、蓋面焊，形成鎳基合金層熔敷區(qū)6。

焊接工藝參數(shù)如下表1、2、3所示，焊縫性能如表4所示：

表1 MAG焊接參數(shù)

表2 SAW焊接參數(shù)

表3過(guò)渡層和復(fù)層焊接參數(shù)

表4焊縫性能測(cè)試結(jié)果

鎳基合金層和碳鋼層過(guò)渡界面區(qū)主要耐蝕合金元素Ni、Cr、Mo含量的減少是造成焊縫耐蝕性能減弱的主要因素。本發(fā)明的解決方法是采用小線能量、低熱輸入TIG焊方法進(jìn)行過(guò)渡層焊接，盡可能降低焊接高溫復(fù)雜冶金作用對(duì)界面微區(qū)內(nèi)微觀組織特征和Ni、Cr、Mo元素?cái)U(kuò)散遷移的影響，使過(guò)渡界面微區(qū)組織均勻性提高(如圖3所示)，合金元素稀釋作用減弱。通過(guò)對(duì)界面微區(qū)合金元素掃描分析，發(fā)現(xiàn)主要耐蝕合金元素Ni、Cr、Mo的含量發(fā)生了微小變化，但對(duì)焊縫耐蝕性的影響微弱，根據(jù)ASTM 262《檢測(cè)奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感度的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)范》方法E對(duì)復(fù)合管覆層焊縫進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，彎曲后未發(fā)生龜裂或裂紋，根據(jù)ASTM G48《使用三氯化鐵溶液做不銹鋼及其合金的耐麻點(diǎn)腐蝕和抗裂口腐蝕性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法》方法A對(duì)復(fù)合管覆層焊縫進(jìn)行點(diǎn)蝕試驗(yàn)，結(jié)果完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，復(fù)合管焊縫仍然具有優(yōu)良且可靠的耐腐蝕性。

綜上，采用本發(fā)明公開的制造方法可以獲得力學(xué)性能優(yōu)良、耐腐蝕性能可靠的大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管產(chǎn)品。

本發(fā)明適合于大口徑(直徑≥508mm)、薄復(fù)層(復(fù)層厚度≤4mm)、大壁厚(18mm≤壁厚≤30mm)的鎳基合金/碳鋼層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合管材的工程化、批量化生產(chǎn)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，做出的若干簡(jiǎn)單推演、替換或變換等都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。