BR102019003246A2

BR102019003246A2 - Processo de homogenização para tubulação espiralada

Info

Publication number: BR102019003246A2
Application number: BR102019003246-4A
Authority: BR
Inventors: Jianliang Duan; Jian Dong; Shujun Zhang; Bin Zheng; Fengshou Shanguan; Yueqing Lin; Xiang Liu; Yali Zhang
Original assignee: Xinda Kechuang (Tangshan) Petroleum Equipment Co., Ltd.
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-06-23
Also published as: US11268165B2; US20200181730A1; CN109609747A; SA119400875B1; RU2701667C1; CN109609747B; AR115916A1; BR102019003246A8

Abstract

A presente invenção revela um processo de homogeneização para tubulação espiralada, em que após ser preaquecida por seções e arrefecida bruscamente e temperada, a tubulação espiralada de aço de liga com baixo teor de carbono soldado a laser é resfriada por pulverização e, então, é temperada para obter tubulação espiralada prateada homogênea. O processo da presente invenção é inovador e exclusivo. A uniformidade microestrutural da tubulação espiralada prateada após o tratamento é muito aprimorada em uma região de junção de soldagem, uma região de detecção de calor e uma parede de tubo, situações em que uma superfície externa da tubulação espiralada é queimada e oxidada durante processo de homogeneização são reduzidas, e uma vida útil da tubulação espiralada é prolongada. Entretanto, a tubulação espiralada homogênea com diferentes limites de elasticidade e resistências à tração pode ser obtida alterando-se uma temperatura do revenimento, para que custos de produção sejam reduzidos.

Description

PROCESSO DE HOMOGENIZAÇÃO PARA TUBULAÇÃO ESPIRALADA

[001] Este pedido reivindica prioridade ao Pedido de Patente n° CN 201811510771.X, depositado em 11 de dezembro de 2018, com o título de HOMOGENIZATION PROCESS FOR COILED TUBING. O pedido de patente mencionado acima está incorporado a título de referência no presente documento na sua totalidade.

CAMPO DA TÉCNICA

[002] A presente invenção refere-se ao campo de tecnologias de usinagem de tubulação, e particularmente, a um processo de homogeneização para tubulação espiralada.

ANTECEDENTES

[003] A tubulação espiralada é tubulação produzida a partir de aço de liga com baixo teor de carbono, tem boa flexibilidade e também é denominada tubulação flexível. Um rolo de tubulação espiralada tem milhares de metros de comprimento e pode ser usado para substituir a tubulação convencional em muitas operações. Quando a tubulação espiralada é usada para operação, a tubulação espiralada precisa ser sujeita a muitas deformações plásticas. Portanto, a tubulação espiralada precisa ter resistência à fadiga relativamente alta e uma vida útil relativamente longa. Quando uma peça com um defeito, como a heterogeneidade, aparece na tubulação espiralada convencional, geralmente uma parte defeituosa é cortada e, então, a tubulação é usada após a soldagem tubo a tubo. Além disso, quando a tubulação soldada é usada para operação, problemas técnicos, como a desconexão do ponto de soldagem, também podem aparecer. A vida útil da tubulação é muito reduzida. Como preparar a tubulação espiralada homogênea é, atualmente, um problema a ser resolvido urgentemente na indústria.

[004] O documento de patente número 104178717A revela um método de tratamento térmico para tubulação de liga de titânio. A hibridização de recristalização é primeiro executada em tubulação de liga de titânio usando-se um forno de arrefecimento brusco, em seguida, o resfriamento a ar é executado e o tratamento é executado em um aparelho de arrefecimento brusco, além disso, o calor é preservado em um forno de revenimento e, finalmente, endireitamento e resfriamento são executados. Esse processo é um processo de tratamento térmico inovador proposto para dificuldade em alisamento térmico subsequente devido a um grau de curvatura de tubulação de liga de titânio de menor calibre ser aumentado após o tratamento térmico.

[005] A patente número CN101220408A revela um método e aparelho de tratamento térmico de aquecimento elétrico e arrefecimento brusco e revenimento para tubulação. Primeiro, a tubulação é transportada para um forno de arrefecimento brusco e aquecido, em que uma temperatura de aquecimento varia de 850 a 1.000 °C, o cano de aço aquecido é resfriado por pulverização de água fria e, após o resfriamento, o tratamento térmico é executado em um forno de revenimento, em que uma temperatura de aquecimento varia de 500 a 800 °C. Esse processo torna as superfícies internas e externas da tubulação lisas sem oxidação, para que propriedades mecânicas abrangentes, como resistência e tenacidade, da tubulação sejam significativamente melhoradas.

[006] A patente número CN103266217A revela um processo de tratamento térmico de reforço para uma extremidade de cano de um cano de aço de petróleo em uma condição de arrefecimento brusco e revenimento. Esse processo inclui S1: arrefecimento brusco e revenimento de um cano inteiro em um primeiro estágio; e S2: executa o revenimento secundário em uma porção média de um corpo de cano de cano de aço obtido na etapa S1. Um objetivo do revenimento secundário de execução em uma porção média de um corpo de cano do cano de aço é a redução da resistência da porção média do cano de aço, para obter um desempenho de resistência do produto final.

[007] A patente número CN104259206A revela um método de produção de tubos sem junção de liga de titânio usados para acoplamento de tubulação, em que seu processo de produção inclui sequencialmente "aquecimento de forno anular, perfuração cruzada, laminação de tubo sem mandril e aquecimento e dimensionamento de forno de aquecimento". Os tubos sem junção de liga de titânio produzidos de acordo com o processo podem ser diretamente sujeitos a usinagem por uma máquina de acoplamento de tubulação sem estarem sujeitos a tratamento térmico.

[008] A patente número CN104046918B revela um material de alto desempenho para aplicações de tubulação espiralada e um método de produção da mesma, em que é usado aço de liga com baixo teor de carbono, está sujeito a tratamento térmico de corpo inteiro e inclui uma mistura de martensita e bainita temperadas; em que uma microestrutura final da tubulação espiralada inclui mais de 90% em volume de martensita temperada em regiões de metal-base, juntas de solda polarizadas e zonas afetadas pelo calor; em que a microestrutura final em todas as regiões de metal-base, juntas de solda de polarização e zonas afetadas pelo calor é homogênea; e em que a microestrutura final inclui a distribuição uniforme de carbonetos finos através das regiões de metal-base, as juntas de solda polarizadas e as zonas afetadas pelo calor. No entanto, é difícil obter tubulação espiralada homogênea usando-se outras ligas de aço com baixo teor de carbono, através do processo anterior.

[009] A preparação de tubulação espiralada por meio de soldagem a laser é um método de equipe para a preparação de tubulação espiralada por meio de soldagem altamente eficiente e precisa, usando-se um feixe de laser com alta densidade de energia. Um problema interno de rebarba e um problema de corrosão de sulcos podem ser superados em tubulação espiralada preparada por meio de soldagem a laser. No entanto, tubulação espiralada soldada a laser de homogeneização é, atualmente, um problema a ser resolvido urgentemente. Entretanto, os custos de tubulação espiralada soldada a laser são altos. Depois de executar o tratamento térmico na tubulação espiralada soldada a laser, a obtenção de tubulação flexível homogênea com diferentes limites de elasticidade e resistências à tração, para satisfazer diferentes requisitos de operação e reduzir os custos de produção, também é um problema difícil da indústria.

SUMÁRIO

[010] Um objetivo da presente invenção é proporcionar um processo de homogeneização de tubulação espiralada, em que tubulação espiralada em liga de aço com baixo teor de carbono soldado a laser é preaquecida por seções e rapidamente resfriada após ser arrefecida bruscamente e temperada em uma atmosfera mista, para que a tubulação seja uniformemente aquecida e não gere uma deformação térmica, melhorando, assim, a taxa de conversão da austenita, e obtendo tubulação espiralada com uma estrutura martensítica homogênea. Além disso, um processo de produção é simplificado, e tubulação espiralada homogênea com diferentes limites de elasticidade e resistências à tração pode ser produzida ajustando- se uma temperatura de revenimento.

[011] Um processo de homogeneização para tubulação espiralada é fornecido, que inclui as seguintes etapas:

1) fazer com que tubulação espiralada de aço de liga com baixo teor de carbono soldado a laser passe através de um forno de hibridização em uma velocidade vetorial uniforme para executar aquecimento e arrefecimento brusco e revenimento, em que o aquecimento por seção é executado no forno de hibridização, uma região de preaquecimento por seção e uma região de arrefecimento brusco e revenimento estão sequencialmente dispostas no forno de hibridização, uma temperatura da região de preaquecimento por seção varia de 300 a 800 °C, uma temperatura da região de arrefecimento brusco e revenimento varia de 900 a 950 °C, um processo de elevação de temperatura da tubulação pode ser acelerado, para aquecer a tubulação de maneira mais uniforme sem gerar uma deformação térmica; além disso, há mais tempo para austenitização, para implementar a conversão de toda uma estrutura austenítica; no processo de aquecimento e arrefecimento brusco e revenimento, a atmosfera no forno de hibridização é uma mistura gasosa de hidrogênio e nitrogênio, para que durante o arrefecimento brusco e revenimento os grãos sejam refinados e a estrutura austenítica seja distribuída de maneira mais uniforme e, entretanto, escala de óxido e um exterior fino e fraco da tubulação são evitados durante o processo de aquecimento da tubulação; e durante todo o processo de aquecimento e arrefecimento brusco e revenimento, a tubulação passa através do forno de hibridização à velocidade vetorial uniforme, para evitar que os tubulação tenham diferentes calibres;
2) após a tubulação espiralada ser aquecida e arrefecida bruscamente e temperada, na atmosfera mista de hidrogênio e nitrogênio, executar imediatamente resfriamento por pulverização a uma temperatura de 15 a 40 °C, para obter tubulação espiralada prateada (tubulação prateada para abreviar) de uma estrutura martensítica, em que uma taxa do resfriamento por pulverização varia de 50 a 80 °C/s;
3) fazer com que a tubulação prateada resfriada na etapa (2) passe através de uma bobina de frequência intermediária sob a proteção de uma atmosfera de nitrogênio em uma velocidade vetorial uniforme, para executar o revenimento rápido, em que uma cor da tubulação prateada temperada é mantida inalterada, e um comprimento da bobina de frequência intermediária é de 50 cm; a tensão da tubulação pode ser removida por meio do processo de revenimento, que evita inconsistências nos calibres dos tubulação e uma alteração no comprimento da tubulação quando os tubulação é aquecida durante um longo período de tempo, assegurando, assim, a uniformidade de um diâmetro externo da tubulação; e a execução de revenimento na atmosfera de nitrogênio pode impedir que uma superfície da tubulação prateada seja oxidada, melhorando, assim, a vida útil da tubulação espiralada; e
4) resfriar à água.

[012] Preferencialmente, etapas de preparação específicas da tubulação espiralada de aço de liga com baixo teor de carbono soldado a laser são as seguintes:
executar limpeza de superfície em seções de tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono para remover um revestimento inoxidável e impurezas de superfície;
soldar por solda de topo as seções de tubulação limpas em uma peça usando-se um método de soldagem a laser, em que um diâmetro de uma fácula da solda a laser é 2 mm, uma potência de soldagem é 7.000 W, uma distância focal é 230 mm, uma velocidade escalar de soldagem é 3 metros/minuto e, durante a soldagem, argônio é usado como um gás protetor; e
polir uma superfície de uma região de junção de soldagem da tubulação soldada a laser para tornar a mesma lisa.

[013] Antes da soldagem de topo da tubulação por laser, limpar as superfícies de soldagens devem ser levadas a sério, de modo a reduzir efetivamente uma quantidade de poros de ar gerados em uma superfície de junção de soldagem, melhorar a compactação da tubulação e evitar vazamento de tubulação. Em exemplos da presente invenção, a tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono é primeiro desengordurada usando-se um tensoativo de ânion (de preferência, dodecilbenzenossulfonato de sódio), então, é embebida em um ácido diluído (de preferência, uma solução aquosa de ácido clorídrico cuja concentração de massa varia de 10 a 15%) por 10 a 30 s, para remover suficientemente o revestimento inoxidável e impurezas na superfície da tubulação e, por fim, é limpo de maneira ultrassônica usando-se água por 10 a 30 s.

[014] Preferencialmente, as porcentagens de massa de componentes químicos na tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono são: C: 0,20 a 0,28%, Si: 0,12 a 0,20%, Mn: 1,00 a 1,80%, P: ≤ 0,015%, S: ≤ 0,005%, Cr: 0,30 a 0,80%, Mo: 0,20 a 0,60%, B: ≤ 0,0005%, Nb: 0,020 a 0,060%, Ti: 0,010 a 0,030%, V: 0,020 a 0,080%, e ferro: o restante.

[015] A soldagem a laser é executada em seções de tubulação espiralada usando-se uma máquina de solda a laser, ou seja, as seções de tubulação espiralada são soldadas a laser. Em todos os exemplos da presente invenção, as seções de tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono com um tamanho de 025,4 mm * 2,8 mm (diâmetro * espessura de parede) são soldadas a laser, um diâmetro de uma fácula da solda a laser é 2 mm, uma potência de soldagem é de 7.000 W, uma distância focal é de 230 mm, uma velocidade escalar de soldagem é de 3 metros/minuto, e durante a soldagem, o argônio é usado como um gás protetor.

[016] Depois que a tubulação espiralada é formada por soldagem a laser, é necessário polir uma região de junção de solda da tubulação, para remover uma rebarba da região de junção de solda.

[017] Preferencialmente, uma razão em volume de hidrogênio e nitrogênio na atmosfera mista na etapa (1) e na etapa (2) é 3:1.

[018] Preferencialmente, um meio pulverizado usado no resfriamento por pulverização na etapa (2) é água doce, e seus valores de pH variam de 7 a 8. A água doce foi submetida a um tratamento de dessalinização, em que os teores de sais de magnésio e sais de cálcio são reduzidos para 1,0 a 50 mg/l. O uso de água amolecida como meio pulverizado pode evitar de maneira eficaz que os sais de magnésio e sais de cálcio se infiltrem na tubulação e degradem o desempenho da tubulação em diferentes graus. O uso de água amolecida cujo valor de pH varia de 7 a 8 pode melhorar ainda mais o desempenho mecânico da tubulação durante o resfriamento por pulverização e evitar que o exterior da tubulação seja oxidado.

[019] Preferencialmente, a região de preaquecimento por seção do forno de hibridização é igualmente dividida em seis seções para preaquecimento, uma temperatura de uma primeira seção é 300 °C, uma temperatura de uma segunda seção é 400 °C, uma temperatura de uma terceira seção é 500 °C, uma temperatura de uma quarta seção é 600 °C, uma temperatura de uma quinta seção é 700 °C e uma temperatura de uma sexta seção é 800 °C.

[020] Preferencialmente, uma temperatura da região de arrefecimento brusco e revenimento do forno de hibridização é de 930 °C.

[021] Preferencialmente, uma temperatura da tubulação espiralada temperada varia de 400 a 800 °C.

[022] Em comparação com a técnica anterior, a presente invenção tem os seguintes efeitos benéficos:

[023] O processo de homogeneização para tubulação espiralada da presente invenção é inovador e único. A tubulação espiralada de aço de liga com baixo teor de carbono soldado a laser é preaquecida por seção e arrefecida bruscamente e temperada na mistura gasosa de hidrogênio e nitrogênio, para que a tubulação da estrutura austenítica uniformemente distribuída possa ser obtida; além disso, a tubulação é resfriada por pulverização na mistura gasosa de hidrogênio e nitrogênio para obter tubulação espiralada prateada homogênea (tubulação prateada para abreviar) de uma estrutura martensítica; e por fim, a tensão da tubulação prateada pode ser rapidamente removida após o revenimento. A uniformidade microestrutural da tubulação prateada após o tratamento é muito melhorada em uma região de junção de solda, uma região de detecção de calor e uma parede de tubo, enquanto prolonga a vida útil da tubulação prateada. Além disso, um processo de produção é simplificado, e tubulação espiralada homogênea com diferentes limites de elasticidade e resistências à tração pode ser obtida alterando-se uma temperatura do revenimento, para que os requisitos de operação sejam atendidos enquanto se reduzem os custos de produção. Na presente invenção, a tubulação espiralada homogênea pode ser obtida executando-se tratamento térmico em tubulação espiralada de aço de liga com baixo teor de carbono soldados a laser que tem diferentes componentes.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSA Figura 1 é um diagrama SEM de uma região de junção de soldagem de tubulação espiralada antes da homogeneização de acordo com o Exemplo 1;
A Figura 2 é um diagrama SEM de uma região de detecção de calor de tubulação espiralada antes da homogeneização de acordo com o Exemplo 1;
A Figura 3 é um diagrama SEM de um material de base de uma parede de tubo de tubulação espiralada antes da homogeneização de acordo com o Exemplo 1;
A Figura 4 é um diagrama SEM de uma região de junção de soldagem de tubulação prateada após a homogeneização de acordo com o Exemplo 1;
A Figura 5 é um diagrama SEM de uma região de detecção de calor de tubulação prateada após a homogeneização de acordo com o Exemplo 1; e
A Figura 6 é um diagrama SEM de um material de base de uma parede de tubo de tubulação prateada após a homogeneização de acordo com o Exemplo 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[024] A presente invenção será adicionalmente descrita abaixo com referência aos desenhos e exemplos anexos.

EXEMPLO 1

[025] Um processo de homogeneização para tubulação espiralada inclui as seguintes etapas específicas:

1) A limpeza de superfície foi executada em tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono, cujo tamanho foi de 025,4 mm * 2,8 mm (diâmetro * espessura de parede) e cujas porcentagens de massa de componentes químicos foram: C: 0,25%, Si: 0,15%, Mn: 1,50%, P: 0,010%, S: 0,005%, Cr: 0,05%, Mo: 0,5%, B: 0,0005%, Nb: 0,050%, Ti: 0,020%, V: 0,050%, e ferro: o restante, para remover um revestimento inoxidável e impurezas de superfície. Especificamente, as seções de tubulação foram limpas e desengorduradas usando-se dodecilbenzenossulfonato de sódio, foram embebidas em uma solução aquosa de ácido hidroclorídrico cuja concentração de massa foi de 10% por 30 s, para remover suficientemente o revestimento inoxidável e impurezas na superfície da tubulação e, por fim, de maneira ultrassônica usando-se água por 30 s.
2) As seções de tubulação limpas foram soldadas por solda de topo em uma peça usando-se um método de soldagem a laser. Um diâmetro de uma fácula da soldagem a laser foi de 2 mm, uma potência de soldagem de 7000 W, uma distância focal foi de 230 mm, uma velocidade escalar de soldagem de 3 metros/minuto e, durante a soldagem, o argônio foi usado como um gás protetor.
3) Uma superfície de uma região de junção de soldagem da tubulação soldada a laser foi polida para ficar lisa. Após a tubulação ser polida para ficar lisa, as microestruturas foram observadas em três posições, a saber, a região de junção de soldagem, uma região de detecção de calor e um material de base de uma parede de tubo, da tubulação. Conforme mostrado na Figura 1 à Figura 3, limites de elasticidade de tiras nas três posições anteriormente mencionados foram respectivamente 820 MPa, 680 MPa e 720 MPa.
4) A tubulação espiralada após o tratamento foi passada através de um forno de hibridização em uma velocidade vetorial uniforme de 2 m/s para ser aquecida e arrefecida bruscamente e temperada. Um comprimento do forno de hibridização foi 54 metros. Uma região dos primeiros 18 metros foi uma região de preaquecimento, e o restante foi uma região de arrefecimento brusco e revenimento. A região de preaquecimento foi igualmente dividida em seis seções para preaquecimento. Uma temperatura de uma primeira seção foi 300 °C, uma temperatura de uma segunda seção foi 400 °C, uma temperatura de uma terceira seção foi 500 °C, uma temperatura de uma quarta seção foi 600 °C, uma temperatura de uma quinta seção foi 700 °C e a temperatura de uma sexta seção foi 800 °C. Uma temperatura da região de arrefecimento brusco e revenimento do forno de hibridização foi de 930 °C. Quando a tubulação espiralada foi aquecida e arrefecida bruscamente e temperada usando-se o forno de hibridização anterior, uma atmosfera no forno de hibridização foi mantida como uma mistura gasosa de hidrogênio e nitrogênio que tem uma razão de volume de 3:1.
5) Após a tubulação espiralada ser aquecida e arrefecida bruscamente e temperada, na atmosfera mista de hidrogênio e nitrogênio que tem uma razão em volume de 3:1, o resfriamento por pulverização foi imediatamente executado a uma temperatura de 30 °C, para obter tubulação espiralada prateada (tubulação prateada para abreviar), em que uma taxa de resfriamento por pulverização foi de 60°C/s.
6) A tubulação prateada resfriada na etapa (5) passou através de uma bobina de frequência intermediária que tem um comprimento de 50 cm em uma atmosfera de nitrogênio a uma velocidade uniforme de 2 m/s, para revenimento rápido, para aquecer a tubulação prateada até 400 °C.
7) Resfriamento à água foi executado.

[026] Na vista da Figura 4 à Figura 6, uma estrutura da tubulação prateada obtida após o tratamento das etapas (4) a (7) foi notavelmente aprimorada. Estruturas nas respectivas posições da região de junção de soldagem, a região de detecção de calor e a parede de tubo dos tubulação foram mais uniformes e adicionalmente refinadas. Seus tamanhos foram todos menores que 20 pm. Uma estrutura da região de junção de soldagem do mesmo foi notavelmente aprimorada, para que a tubulação prateada fosse mais homogênea no todo.

[027] Os limites de elasticidade nas três posições, a saber, a região de junção de soldagem, a região de detecção de calor e a parede de tubo, da tubulação prateada obtida executando-se tratamento das etapas (4) a (7) na tubulação soldada a laser foram consistentes e foram todos 1.099 MPa. Além disso, limites de elasticidade da região de junção de soldagem foram aprimorados por 279 MPa, e limites de elasticidade da região de detecção de calor e da parede de tubo foram respectivamente aprimorados em 419 MPa e 379 MPa.

EXEMPLO 2

[028] Um processo de homogeneização para tubulação espiralada inclui as seguintes etapas específicas:

1) A limpeza de superfície foi executada em tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono, cujo tamanho foi de 025,4 mm * 2,8 mm (diâmetro * espessura de parede) e cujas porcentagens de massa de componentes químicos foram: C: 0,20%, Si: 0,12%, Mn: 1,00%, P: 0,015%, S: 0,005%, Cr: 0,30%, Mo: 0,20%, B: 0,0005%, Nb: 0,020%, Ti: 0,01%, V: 0,020%, e ferro: o restante, para remover um revestimento inoxidável e impurezas de superfície. Especificamente, as seções de tubulação foram limpas e desengorduradas usando-se dodecilbenzenossulfonato de sódio, foram embebidas em uma solução aquosa de ácido hidroclorídrico cuja concentração de massa foi de 15% por 10 s, para remover suficientemente o revestimento inoxidável e impurezas na superfície da tubulação e, por fim, de maneira ultrassônica usando-se água por 30 s.
2) As seções de tubulação limpas foram soldadas por solda de topo em uma peça usando-se um método de soldagem a laser. Um diâmetro de uma fácula da soldagem a laser foi de 2 mm, uma potência de soldagem de 7000 W, uma distância focal foi de 230 mm, uma velocidade escalar de soldagem de 3 metros/minuto e, durante a soldagem, o argônio foi usado como um gás protetor.
3) Uma superfície de uma região de junção de soldagem da tubulação soldada a laser foi polida para ficar lisa. Foi detectado que limites de elasticidade das tiras em três posições, a saber, a região de junção de soldagem, uma região de detecção de calor e uma parede de tubo, da tubulação espiralada foram respectivamente de 827 MPa, 689 MPa e 723 MPa.
4) A tubulação espiralada após o tratamento foi passada através de um forno de hibridização em uma velocidade vetorial uniforme de 2 m/s para ser aquecida e arrefecida bruscamente e temperada. Um comprimento do forno de hibridização foi 54 metros. Uma região dos primeiros 18 metros foi uma região de preaquecimento, e o restante foi uma região de arrefecimento brusco e revenimento. A região de preaquecimento foi igualmente dividida em seis seções para preaquecimento. Uma temperatura de uma primeira seção foi 300 °C, uma temperatura de uma segunda seção foi 400 °C, uma temperatura de uma terceira seção foi 500 °C, uma temperatura de uma quarta seção foi 600 °C, uma temperatura de uma quinta seção foi 700 °C e a temperatura de uma sexta seção foi 800 °C. Uma temperatura da região de preaquecimento do forno de hibridização foi de 930 °C. Quando a tubulação espiralada foi aquecida e arrefecida bruscamente e temperada usando-se o forno de hibridização anterior, uma atmosfera no forno de hibridização foi mantida como uma mistura gasosa de hidrogênio e nitrogênio que tem uma razão de volume de 3:1.
5) Após a tubulação espiralada ser aquecida e arrefecida bruscamente e temperada, na atmosfera mista de hidrogênio e nitrogênio que tem uma razão em volume de 3:1, o resfriamento por pulverização foi imediatamente executado a uma temperatura de 15°C, para obter tubulação espiralada prateada (tubulação prateada para abreviar), em que uma taxa de resfriamento por pulverização foi de 80°C/s.
6) A tubulação prateada resfriada na etapa (2) passou através de uma bobina de frequência intermediária que tem um comprimento de 50 cm em uma atmosfera de nitrogênio a uma velocidade uniforme de 2 m/s, para revenimento rápido, para aquecer a tubulação prateada até 420 °C.
7) Resfriamento à água foi executado.

[029] Uma estrutura da tubulação prateada obtida após o tratamento das etapas (4) a (7) foi notavelmente aprimorada. Estruturas nas respectivas posições da região de junção de soldagem, a região de detecção de calor e a parede de tubo dos tubulação foram mais uniformes e refinados. Seus tamanhos foram todos menores que 20 µm. Uma estrutura da região de junção de soldagem foi notavelmente aprimorada, para que a tubulação prateada fosse mais homogênea no todo.
Os limites de elasticidade nas três posições, a saber, a região de junção de soldagem, a região de detecção de calor e a parede de tubo, da tubulação prateada obtida executando-se tratamento das etapas (4) a (7) na tubulação soldada a laser foram consistentes e foram todos 1.070 MPa. Além disso, limites de elasticidade da região de junção de soldagem foram aprimorados por 243 MPa, e limites de elasticidade da região de detecção de calor e da parede de tubo foram respectivamente aprimorados por 381 MPa e 347 MPa.

EXEMPLO 3

[030] Um processo de homogeneização para tubulação espiralada inclui as seguintes etapas específicas:

1) A limpeza de superfície foi executada em tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono, cujo tamanho foi de 025,4 mm * 2,8 mm (diâmetro * espessura de parede) e cujas porcentagens de massa de componentes químicos foram: C: 0,28%, Si: 0,20%, Mn: 1,80%, P: 0,010%, S: 0,005%, Cr: 0,80%, Mo: 0,60%, B: 0,0005%, Nb: 0,060%, Ti: 0,030%, V: 0,080%, e ferro: o restante, para remover um revestimento inoxidável e impurezas de superfície. Especificamente, as seções de tubulação foram limpas e desengorduradas usando-se dodecilbenzenossulfonato de sódio, foram embebidas em uma solução aquosa de ácido hidroclorídrico cuja concentração de massa foi de 15% por 10 s, para remover suficientemente o revestimento inoxidável e impurezas na superfície da tubulação e, por fim, de maneira ultrassônica usando-se água por 30 s.
2) As seções de tubulação limpas foram soldadas por solda de topo em uma peça usando-se um método de soldagem a laser. Um diâmetro de uma fácula da soldagem a laser foi de 2 mm, uma potência de soldagem de 7000 W, uma distância focal foi de 230 mm, uma velocidade escalar de soldagem de 3 metros/minuto e, durante a soldagem, o argônio foi usado como um gás protetor.
3) Uma superfície de uma região de junção de soldagem da tubulação soldada a laser foi polida para ficar lisa. Foi detectado que limites de elasticidade das tiras em três posições, a saber, a região de junção de soldagem, uma região de detecção de calor e uma parede de tubo, da tubulação espiralada foram respectivamente de 820 MPa, 700 MPa e 730 MPa.
4) A tubulação espiralada após o tratamento foi passada através de um forno de hibridização em uma velocidade vetorial uniforme de 2 m/s para ser aquecida e arrefecida bruscamente e temperada. Um comprimento do forno de hibridização foi 54 metros. Uma região dos primeiros 18 metros foi uma região de preaquecimento, e o restante foi uma região de arrefecimento brusco e revenimento. A região de preaquecimento foi igualmente dividida em seis seções para preaquecimento. Uma temperatura de uma primeira seção foi 300 °C, uma temperatura de uma segunda seção foi 400 °C, uma temperatura de uma terceira seção foi 500 °C, uma temperatura de uma quarta seção foi 600 °C, uma temperatura de uma quinta seção foi 700 °C e a temperatura de uma sexta seção foi 800 °C. Uma temperatura da região de preaquecimento do forno de hibridização foi de 930 °C. Quando a tubulação espiralada foi aquecida e arrefecida bruscamente e temperada usando-se o forno de hibridização anterior, uma atmosfera no forno de hibridização foi mantida como uma mistura gasosa de hidrogênio e nitrogênio que tem uma razão de volume de 3:1.
5) Após a tubulação espiralada ser aquecida e arrefecida bruscamente e temperada, na atmosfera mista de hidrogênio e nitrogênio que tem uma razão em volume de 3:1, o resfriamento por pulverização foi imediatamente executado a uma temperatura de 40 °C, para obter tubulação espiralada prateada, em que uma taxa de resfriamento por pulverização foi de 50 °C/s.
6) A tubulação prateada resfriada na etapa (2) passou através de uma bobina de frequência intermediária que tem um comprimento de 50 cm em uma atmosfera de nitrogênio a uma velocidade uniforme de 2 m/s, para revenimento rápido, para aquecer a tubulação prateada até 520 °C.
7) Resfriamento à água foi executado.

[031] Uma estrutura das tubulação prateada obtida após o tratamento das etapas (4) a (7) foi notavelmente aprimorada. Estruturas nas respectivas posições da região de junção de soldagem, a região de detecção de calor e a parede de tubo da tubulação foram mais uniformes e refinadas. Seus tamanhos foram todos menores que 20 µm. Uma estrutura da região de junção de soldagem foi notavelmente aprimorada, para que a tubulação prateada fosse mais homogênea no todo.

[032] Os limites de elasticidade nas três posições, a saber, a região de junção de soldagem, a região de detecção de calor e a parede de tubo, dos tubulação prateada obtida executando-se tratamento das etapas (4) a (7) na tubulação soldada a laser foram basicamente consistentes e foram todos 973 MPa.

EXEMPLO 4

[033] Um processo de homogeneização para tubulação espiralada inclui as seguintes etapas específicas:

1) A limpeza de superfície foi executada em tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono, cujo tamanho foi de 025,4 mm * 2,8 mm (diâmetro * espessura de parede) e cujas porcentagens de massa de componentes químicos foram: C: 0,28%, Si: 0,15%, Mn: 1,42%, P: 0,014%, S: 0,003%, Cr: 0,060%, Mo: 0,30%, B: 0,0003%, Nb: 0,050%, Ti: 0,027%, V: 0,060%, e ferro: o restante, para remover um revestimento inoxidável e impurezas de superfície. Especificamente, as seções de tubulação foram limpas e desengorduradas usando-se dodecilbenzenossulfonato de sódio, foram embebidas em uma solução aquosa de ácido hidroclorídrico cuja concentração de massa foi de 12% por 20 s, para remover suficientemente o revestimento inoxidável e impurezas na superfície da tubulação e, por fim, de maneira ultrassônica usando-se água por 30 s.
2) As seções de tubulação limpos foram soldadas por solda de topo em uma peça usando-se um método de soldagem a laser. Um diâmetro de uma fácula da soldagem a laser foi de 2 mm, uma potência de soldagem de 7000 W, uma distância focal foi de 230 mm, uma velocidade escalar de soldagem de 3 metros/minuto e, durante a soldagem, o argônio foi usado como um gás protetor.
3) Uma superfície de uma região de junção de soldagem da tubulação soldada a laser foi polida para ficar lisa. Foi detectado que limites de elasticidade das tiras em três posições, a saber, a região de junção de soldagem, uma região de detecção de calor e uma parede de tubo, da tubulação espiralada foram respectivamente de 815 MPa, 685 MPa e 725 MPa.
4) A tubulação espiralada após o tratamento foi passada através de um forno de hibridização em uma velocidade vetorial uniforme de 2 m/s para ser aquecida e arrefecida bruscamente e temperada. Um comprimento do forno de hibridização foi 54 metros. Uma região dos primeiros 18 metros foi uma região de preaquecimento, e o restante foi uma região de arrefecimento brusco e revenimento. A região de preaquecimento foi igualmente dividida em seis seções para preaquecimento. Uma temperatura de uma primeira seção foi 300 °C, uma temperatura de uma segunda seção foi 400 °C, uma temperatura de uma terceira seção foi 500 °C, uma temperatura de uma quarta seção foi 600 °C, uma temperatura de uma quinta seção foi 700 °C e a temperatura de uma sexta seção foi 800 °C. Uma temperatura da região de arrefecimento brusco e revenimento do forno de hibridização foi de 930 °C. Quando a tubulação espiralada foi aquecida e arrefecida bruscamente e temperada usando-se o forno de hibridização anterior, uma atmosfera no forno de hibridização foi mantida como uma mistura gasosa de hidrogênio e nitrogênio que tem uma razão de volume de 3:1.
5) Após a tubulação espiralada ser aquecida e arrefecida bruscamente e temperados, na atmosfera mista de hidrogênio e nitrogênio que tem uma razão em volume de 3:1, o resfriamento por pulverização foi imediatamente executado a uma temperatura de 25 °C, para obter tubulação espiralada prateada, em que uma taxa de resfriamento por pulverização foi de 50 °C/s.
6) A tubulação prateada resfriada na etapa (2) passou através de uma bobina de frequência intermediária que tem um comprimento de 50 cm em uma atmosfera de nitrogênio a uma velocidade uniforme de 2 m/s, para revenimento rápido, para aquecer a tubulação prateada até 600 °C.
7) Resfriamento à água foi executado.

[034] Uma estrutura da tubulação prateada obtida após o tratamento das etapas (4) a (7) foi notavelmente aprimorada. Estruturas nas respectivas posições da região de junção de soldagem, a região de detecção de calor e a parede de tubo dos tubulação foram mais uniformes e refinadas. Seus tamanhos foram todos menores que 20 pm. Uma estrutura da região de junção de soldagem foi notavelmente aprimorada, para que a tubulação espiralada fosse mais homogênea no todo.

[035] Os limites de elasticidade nas três posições, a saber, a região de junção de soldagem, a região de detecção de calor e a parede de tubo, dos tubulação prateada obtida executando-se tratamento das etapas (4) a (7) nos tubulação soldada a laser foram basicamente consistentes e foram todos 875 MPa.

EXEMPLOS 5 E 6

[036] De acordo com as etapas do processo do Exemplo 1, as temperaturas do revenimento da etapa (6) foram de 720 °C e 800 °C, e as etapas restantes não foram alteradas. Os limites de elasticidade nas três posições, a região de junção de soldagem, a região de detecção de calor e a parede de tubo, da tubulação prateada obtida após o tratamento, foram consistentes e foram respectivamente 753 MPa e 492 MPa.

EXEMPLO COMPARATIVO 1

[037] O tratamento foi executado na tubulação espiralada soldada a laser preparada nas etapas (1) a (3) do Exemplo 1 usando-se um processo de tratamento térmico revelado pela patente número CN105458633B. As etapas específicas foram as seguintes:

1) A limpeza de superfície foi executada em tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono, cujo tamanho foi de 025,4 mm * 2,8 mm (diâmetro * espessura de parede) e cujas porcentagens de massa de componentes químicos foram: C: 0,28%, Si: 0,20%, Mn: 1,80%, P: 0,010%, S: 0,005%, Cr: 0,80%, Mo: 0,60%, B: 0,0005%, Nb: 0,060%, Ti: 0,030%, V: 0,080%, e ferro: o restante, para remover um revestimento inoxidável e impurezas de superfície. Especificamente, as seções de tubulação foram limpas e desengorduradas usando-se dodecilbenzenossulfonato de sódio, foram embebidas em uma solução aquosa de ácido hidroclorídrico cuja concentração de massa foi de 15% por 10 s, para remover suficientemente o revestimento inoxidável e impurezas na superfície da tubulação e, por fim, de maneira ultrassônica usando-se água por 30 s.
2) As seções de tubulação limpas foram soldadas por solda de topo em uma peça usando-se um método de soldagem a laser. Um diâmetro de uma fácula da soldagem a laser foi de 2 mm, uma potência de soldagem de 7000 W, uma distância focal foi de 230 mm, uma velocidade escalar de soldagem de 3 metros/minuto e, durante a soldagem, o argônio foi usado como um gás protetor.
3) Uma superfície de uma região de junção de soldagem da tubulação soldada a laser foi polida para ficar lisa. Foi detectado que limites de elasticidade das tiras em três posições, a saber, a região de junção de soldagem, uma região de detecção de calor e uma parede de tubo, da tubulação espiralada foram respectivamente de 820 MPa, 700 MPa e 730 MPa.
4) Uma junção de soldagem foi normalizada e a tubulação espiralada foram dimensionados.
5) O tratamento térmico foi executado em toda a tubulação espiralada, e um processo de tratamento térmico específico foi: a temperatura da tubulação espiralada foi aumentada para 920 °C; em seguida, foi executado resfriamento a ar e, após o resfriamento a ar, a temperatura foi controlada a 450 °C; e, então, o resfriamento à água foi realizado a uma velocidade vetorial de resfriamento de 150 °C/s até a temperatura ambiente.

[038] Foi detectado que a tubulação espiralada obtida pelo desempenho do tratamento com uso do processo estava em cinza escuro (tubulação cinza para abreviar), e sua superfície foi obviamente oxidada. Além disso, os limites de elasticidade de uma região de junção de soldagem, uma região de detecção de calor e um material de base de uma parede de tubo da tubulação espiralada após o tratamento foram inconsistentes, em que limites de elasticidade da região de junção de soldagem foi de 968 MPa e limites de elasticidade da região de detecção de calor e do material de base da parede de tubo foram respectivamente 859 MPa e 915 MPa. Em vista disso, houve heterogeneidade notável na região de junção de soldagem, na região de detecção de calor e na parede de tubo dos tubulação espiralada, e afetou seriamente uma vida útil da tubulação espiralada.

[039] Os limites de elasticidade, resistências à tração e alongamentos de tubulação prateada preparada, de acordo com os exemplos 1 a 6, e tubulação cinza preparada de acordo com o Exemplo Comparativo 1 foram mostrados na Tabela 1.
TABELA 1

[040] Também pode ser observado a partir da Tabela 1 que por meio do processo de homogeneização da presente invenção, tubulação espiralada homogênea que tem diferentes resistências à tração e limites de elasticidade pode ser obtida usando-se os mesmos materiais e alterando-se apenas uma temperatura de revenimento, e era improvável que uma superfície externa da tubulação fosse oxidada. No entanto, seria difícil obter tubulação espiralada homogeneizada usando-se o processo de tratamento do Exemplo Comparativo 1, e a notável oxidação ocorreu quando o tratamento térmico foi executado em uma superfície externa da tubulação espiralada, e o seu desempenho foi muito reduzido.

[041] Vários exemplos são usados para ilustrar os princípios e métodos de implementação da presente invenção. A descrição das modalidades é usada para ajudar a ilustrar o método e os seus princípios centrais da presente invenção. Além disso, aqueles versados na técnica podem fazer várias modificações em termos de modalidades específicas e escopo de aplicação de acordo com os ensinamentos da presente invenção. Em conclusão, o teor desse relatório descritivo não deve ser entendido como uma limitação à invenção.

Claims

Processo de homogeneização para tubulação espiralada caracterizado por compreender as seguintes etapas:
- 1) fazer com que tubulação espiralada de aço de liga com baixo teor de carbono soldado a laser passe através de um forno de hibridização em uma velocidade vetorial uniforme, e executar aquecimento e arrefecimento brusco e revenimento em uma atmosfera mista de hidrogênio e nitrogênio, em que uma região de preaquecimento por seção e uma região de arrefecimento brusco e revenimento estão sequencialmente dispostas no forno de hibridização, uma temperatura da região de preaquecimento por seção varia de 300 a 800 °C e uma temperatura da região de arrefecimento brusco e revenimento varia de 900 a 950 °C;
- 2) após a tubulação espiralada ser aquecida e arrefecida bruscamente e temperados, na atmosfera mista de hidrogênio e nitrogênio, executar imediatamente resfriamento por pulverização a uma temperatura de 15 a 40 °C, para obter tubulação espiralada prateada, em que uma taxa do resfriamento por pulverização varia de 50 a 80 °C/s;
- 3) fazer com que a tubulação espiralada prateada resfriada na etapa 2) passe através de uma bobina de frequência intermediária sob a proteção de uma atmosfera de nitrogênio em uma velocidade vetorial uniforme, para executar revenimento rápido, em que uma cor da tubulação espiralada temperada é mantida inalterada, e um comprimento da bobina de frequência intermediária é 50 cm; e
- 4) resfriar à água.
Processo de homogeneização para tubulação espiralada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as etapas de preparação específicas da tubulação espiralada de aço de liga com baixo teor de carbono soldado a laser serem como se segue:
executar limpeza de superfície em seções de tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono para remover um revestimento inoxidável e impurezas de superfície;
soldar por solda de topo as seções de tubulação limpas em uma peça usando-se um método de soldagem a laser, em que um diâmetro de uma fácula da solda a laser é 2 mm, uma potência de soldagem é 7.000 W, uma distância focal é 230 mm, uma velocidade escalar de soldagem é 3 metros/minuto e, durante a soldagem, argônio é usado como um gás protetor; e
polir uma superfície de uma região de junção de soldagem da tubulação soldada a laser para tornar a mesma lisa.
Processo de homogeneização para tubulação espiralada, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por porcentagens de massa de componentes químicos na tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono serem: C: 0,20 a 0,28%, Si: 0,12 a 0,20%, Mn: 1,00 a 1,80%, P: ≤ 0,015%, S: ≤ 0,005%, Cr: 0,30 a 0,80%, Mo: 0,20 a 0,60%, B: ≤ 0,0005%, Nb: 0,020 a 0,060%, Ti: 0,010 a 0,030%, V: 0,020 a 0,080%, e ferro: o restante.
Processo de homogeneização para tubulação espiralada, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a tubulação de aço de liga com baixo teor de carbono ser primeiro desengordurada usando-se um tensoativo de ânion, então, ser embebida em um ácido diluído por 10 a 30 s e, por fim, ser limpa de maneira ultrassônica usando-se água por 10 a 30 s.
Processo de homogeneização para tubulação espiralada, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o ácido diluído ser uma solução aquosa de ácido hidroclorídrico cuja concentração de massa varia de 10 a 15%.
Processo de homogeneização para tubulação espiralada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma razão em volume de hidrogênio e nitrogênio na atmosfera mista na etapa (1) e na etapa (2) é 3:1.
Processo de homogeneização para tubulação espiralada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um meio pulverizado usado no resfriamento por pulverização na etapa (2) ser água doce, e seus valores de pH variam de 7 a 8.
Processo de homogeneização para tubulação espiralada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a região de preaquecimento por seção do forno de hibridização ser igualmente dividida em seis seções para preaquecimento, uma temperatura de uma primeira seção é 300 °C, uma temperatura de uma segunda seção é 400 °C, uma temperatura de uma terceira seção é 500 °C, uma temperatura de uma quarta seção é 600 °C, uma temperatura de uma quinta seção é 700 °C e uma temperatura de uma sexta seção é 800 °C.
Processo de homogeneização para tubulação espiralada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma temperatura da região de arrefecimento brusco e revenimento do forno de hibridização ser 930 °C.
Processo de homogeneização para tubulação espiralada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma temperatura da tubulação espiralada temperada variar de 400 a 800 °C.