CN101108377A - 有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺 - Google Patents

有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺 Download PDF

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Abstract

一种有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺，包括：用刚玉砂对钢管内外表面进行喷砂处理，除去钢管内外壁的铁锈腐蚀产物；用压缩空气吹净经过喷砂的钢管内表面的浮砂和灰尘，随后在预热炉中预热，以除去管内壁水份和潮气；对经预热钢管的内表面进行钛合金纳米复合材料喷涂，形成涂层；将喷涂后的钢管绕管轴旋转，使涂层均匀流平、管表面光滑、平整；再使涂层完全固化，即得成品钢管；钛合金纳米复合材料由几种钛合金纳米粉体作为活性添加剂与优选的树酯及助剂组成，具有该涂层的钢管用作油井采油管及注水管可满足2000m－5000m深井作业条件的要求，其使用寿命长，可由此节约大量吨钢材、降低生产成本。

Description

有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺
技术领域
本发明涉及具有高弹耐热耐蚀耐磨涂层钢管的涂层及生产工艺，这种钢管适用于满足2000m-5000m深井作业要求的油井采油管及注水管。
背景技术
高弹、耐热、耐蚀、耐磨涂层复合钢管对油田开采具有重要意义。我国油田现有采油管3.0亿米以上，注水管1.5亿米以上，每年增加的新油井和更新注水管数量更大，它们长期采用渗氮、镍磷镀、粉末涂料、复合树酯防腐。由于衬层(涂层)不同程度存在针孔和塑性差、耐蚀性较差、耐热性不稳定、热状态下附着力不够等一种或一种以上弊病，注水管和抽油管寿命因此受到很大影响，最短只有几个月就必须更换，而一次换管直接经济损失十万元以上，间接损失数十万元。因此亟待获得一种具有良好涂层(衬层)的钢管，这种有良好涂层的钢管在一定温度下应具备好的耐热、耐磨、耐蚀稳定性和塑性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层钢管的生产工艺，用该工艺制得的钢管具有高弹、耐热、耐蚀、耐磨纳米复合材料涂层，用作油井采油管及注水管可满足2000m-5000m深井作业条件的要求，较现有技术产品具有更长的使用寿命，从而可大量减少钢管的消耗，降底采油生产成本和提高生产效率。
本发明的技术解决方案是，所述生产有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层钢管的工艺为：
1、钢管喷砂：用刚玉砂对钢管内外表面进行喷砂处理，除去钢管内外壁(即内外表面)的铁锈腐蚀产物，直至现出明显的新金属表面；
2、吹洗预热：用压缩空气吹净经过喷砂的钢管内表面的浮砂和灰尘，随后在预热炉中预热，以除去管内壁水份和潮气；
3、喷涂：对经预热钢管的内表面进行钛合金纳米复合材料喷涂，形成涂层；
4、流平：将喷涂后的钢管绕管轴旋转，使涂层均匀流平、管表面光滑、平整；
5、固化：对经过流平的钢管进行固化处理，使涂层完全固化，即得成品钢管；
所述钛合金纳米复合材料的重量比组成是：
钛合金纳米粉A    1-30％；
环氧树酯         50-80％
溶剂             5-20％；
助剂             1-5％；
固化剂           10-30％
其中，所述钛合金纳米粉A是指Ti-0.3Mo-0.8Ni或Ti-0.2Pa、Ti-2Ni、Ti-4Ni、Ti-15Mo、Ti-32Mo以及Ta含量为0.1％-20％、Zr含量为0％-30％、Nb含量为0％-30％的四元钛合金纳米粉、Al含量为0.1％-6％、V含量为0.1％-4％、Cr含量为0.1％-1％、Ni含量为0.1％-1％的四元钛合金纳米粉(共八类钛合金纳米粉)中的任一种；所述环氧树酯是指E44、E20、E12中的至少一种，所述溶剂为环己酮、丁酮、正丁醇中的至少一种，所述助剂为常规流平剂、消泡剂、防沉剂且该流平剂、消泡剂、防沉剂三者的重量比为1∶0.1-1∶0.1-1；所述固化剂为腰果芬一胺缩合物。
以下对本发明做出进一步说明。
所述流平剂可用市售BYK306或BYK331、BYKOK中的一种，所述消泡剂可采用2155或BYK530，所述防沉剂可采用聚酰胺钠6900或BYK410。
在本发明的上述钛合金纳米复合材料组成中，还可按重量比加入以下组分中的至少一种：
有机硅环氧改性树酯ES-06    1-25％
有机硅树酯1054-1           1-10％
醋酸丁酯或100#溶剂         1-15％。
发明是将几种钛合金纳米粉体作为活性添加剂与优选的树酯及助剂组成网状的复合材料，这种网络复合材料具有高弹、耐热、耐蚀、耐磨等一系列优点，将这种复合材料作为一种涂层通过热喷涂方法应用到钢管内衬，可以承受80℃-150℃、矿化度达到3000mg/l地下水的侵蚀。
本发明中，所述各纳米合金粉末可采用已有技术方法制备，如在高能球磨机的反应釜中添加所述溶剂和助剂，通过高能球磨制得；或通过化学沉积方法制得。
由以上可知，本发明为有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺，用该工艺制得的钢管具有高弹、耐热、耐蚀、耐磨纳米复合材料涂层，用作油井采油管及注水管可满足2000m-5000m深井作业条件的要求，其使用寿命比现有技术钢管寿命提高一倍以上，可由此节约大量吨钢材、降低生产成本。
附图说明
图1是本发明工艺流程图；
图2是一种实施例热喷涂装置喷涂位的结构示意图。在图中：
1-齿轮泵    5-压缩空气阀    9-加热炉
2-料斗      6-导杆定位轮    10-导杆
3-料斗阀    7-压缩空气管    11-风动电机
4-齿轮泵阀  8-钢管          12-雾化罩
具体实施方式
实施例1：如图1所示，选用内径30-500钢管，钢管长度6000mm-12000mm；其工艺过程是：
钢管喷砂：用粒度为φ1-5mm的刚玉砂在专门的喷房中对钢管内外表面进行喷砂处理，除去钢管内外壁的铁锈等腐蚀产物，直至出明显的新金属表面，喷砂应达到ST 2.5级标准；
吹洗与预热：经过喷砂的钢管最好是喷后立即转运至喷涂车间，喷涂前用压缩空气吹净钢管内壁的浮砂和灰尘，随后在40℃-50℃预热炉预热约半小时除去管内壁水份和潮气；
喷涂：经预热的钢管通过液压装置进入热喷室，放置在滚轮支架上。打开料斗阀门，开启齿轮泵，物料通过导料管迅速充满管子并到达管头，打开压缩空气阀，风动电机启动，雾化罩高速旋转(5000rpm-20000rpm)并将涂料雾化均匀喷洒涂敷在钢管壁，涂层(衬层)厚度为80μm-200μm，喷涂温度：60～180℃，；一般情况下，10m长钢管一分钟可 以完成喷涂作业；
流平：管子经喷涂结束后，将雾化罩及导管通过齿轮条传动复位，钢管通过自动液压传输装置从炉子另一端送出，输送至自流平工序，以60-120rpm速度旋转，经过半小时左右涂层均匀流平，管表面光滑、平整。
固化：经过流平的衬有复合材料的钢管进入80℃-180℃加热炉温度下固化处理，经过30-60min后，衬层(涂层)已完全固化，经液压输送装置送出，检验合格后为具有高弹、耐热、耐磨、耐蚀衬层(涂层)成品钢管。
所述钛合金纳米复合材料的重量比组成是：
钛合金纳米粉A    15％；
环氧树酯         55％；
溶剂             12％；
助剂             2％；
固化剂           15％；
其中，所述环氧树酯是指E44、E20、E12中的一种，所述溶剂为环己酮、丁酮、正丁醇中的一种，所述助剂为流平剂BYK306(用量0.5％)、消泡剂BYK530(用量0.5％)、防沉剂6900(用量1％)；所述固化剂为腰果芬一胺缩合物。
将上述各组分按常规方法均匀混合即得喷涂用钛合金纳米复合材料。
实施例2：在实施例1的工艺基础上，在其所述钛合金纳米复合材料组分中按重量比加入5％的有机硅环氧改性树酯ES-06和2％的醋酸丁酯。

Claims (7)

1.一种有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺，其特征是，该工艺为：
(1)钢管喷砂：用刚玉砂对钢管内外表面进行喷砂处理，除去钢管内外壁的铁锈腐蚀产物，直至现出明显的新金属表面；
(2)吹洗预热：用压缩空气吹净经过喷砂的钢管内表面的浮砂和灰尘，随后在预热炉中预热，以除去管内壁水份和潮气；
(3)喷涂：对经预热钢管的内表面进行钛合金纳米复合材料喷涂，形成涂层；
(4)流平：将喷涂后的钢管绕管轴旋转，使涂层均匀流平、管表面光滑、平整；
(5)固化：经流平后的钢管固化处理，涂层完全固化，即得成品钢管；
所述钛合金纳米复合材料的重量比组成是：
钛合金纳米粉A    1-30％；
环氧树酯         50-80％
溶剂             5-20％；
助剂             1-5％；
固化剂           10-30％；
其中，其中，所述钛合金纳米粉A是指Ti-0.3Mo-0.8Ni或Ti-0.2Pa、Ti-2Ni、Ti-4Ni、Ti-15Mo、Ti-32Mo以及Ta含量为0.1％-20％、Zr含量为0％-30％、Nb含量为0％-30％的四元钛合金纳米粉、Al含量为0.1％-6％、V含量为0.1％-4％、Cr含量为0.1％-1％、Ni含量为0.1％-1％的四元钛合金纳米粉中的任一种；所述环氧树酯是指E44、E20、E12中的至少一种，所述溶剂为环己酮、丁酮、正丁醇中的至少一种，所述助剂为常规流平剂、消泡剂、防沉剂且该流平剂、消泡剂、防沉剂三者的重量比为1∶0.1-1∶0.1-1；所述固化剂为腰果芬一胺缩合物。
2.根据权利要求1所述有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺，其特征是，所述预热在40℃-50℃下进行。
3.根据权利要求1所述有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺，其特征是，所述涂层厚度为80μm-200μm。
4.根据权利要求1所述有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺，其特征是，所述流平时钢管的转速为60-120rpm。
5.根据权利要求1所述有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺，其特征是，所述固化在80℃-180℃温度下进行。
6.根据权利要求1所述有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺，其特征是，所述流平剂为BYK306或BYK331、BYKOK中的一种，所述消泡剂为2155或BYK530，所述防沉剂为聚酰胺钠6900或BYK410。
7.根据权利要求1至6的任一权利要求所述有高弹耐热耐蚀耐磨纳米复合材料涂层的钢管生产工艺，其特征是，在所述钛合金纳米复合材料组分中按重量比加入以下组分中的至少一种：
有机硅环氧改性树酯ES-06    1-25％
有机硅树酯1054-1           1-10％
醋酸丁酯或100#溶剂         1-15％。
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