CN101592022A

CN101592022A - 利用多元合金金相组织生长对废旧杆管进行修复的方法

Info

Publication number: CN101592022A
Application number: CNA2009100722257A
Authority: CN
Inventors: 李福军; 郭士强; 窦志坚; 冯云亭; 孙东
Original assignee: BEIYOU CHUANGYE SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd DAQING HIGH-NEW ZONE
Current assignee: BEIYOU CHUANGYE SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd DAQING HIGH-NEW ZONE
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2009-12-02

Abstract

一种利用多元合金金相组织生长对废旧杆管进行修复的方法。主要解决现有的油田废旧杆管因服役过程中被腐蚀成小坑而产生微裂纹，从而造成杆管强度低、易断裂的问题。其特征在于：准备锌锭，锌锅内温度升至420℃以上，将锌熔化后制备锌液，然后将温度升至740～760℃，保温5～10分钟，加入多元合金，待其全部熔化后，将合金液体调至450～470℃之间，进行热浸镀。该方法在微观上对废旧杆管进行裂纹和腐蚀坑修复，具有修复效果好、提高杆管本体强度、提高杆管防腐能力的特点。

Description

利用多元合金金相组织生长对废旧杆管进行修复的方法

技术领域：

本发明涉及油田领域的一种对废旧杆管进行回收再利用的方法，尤其是一种利用多元合金金相组织生长对废旧杆管进行修复的方法。

背景技术：

油田用杆管及地面管道服役一定时间后表面会被腐蚀成小坑和微裂纹，目前国内外对废旧杆管的处理方法一是报废成废旧钢铁，这样造成了巨大的浪费，二是对表层补刷涂料再使用，但该方法只是对外表面进行简单的覆盖，不足之处是涂层受外力或老化后易起层剥落，并且杆管的本体的破损坑及裂纹依然存在，而且杆管强度降低，易断裂，修复后的杆管寿命短。热浸镀合金化工艺作为一种有效的金属防腐方式，已被广泛用于各行业的金属结构设施上，如钢板、钢带、钢丝、钢管、结构件、零部件等产品，但是未见锌铝稀土金属热浸镀技术在油田废旧杆管上的应用报道。

发明内容：

为了解决现有的油田废旧杆管表面修复后涂层易起层剥落，造成杆管强度低、易断裂的问题，本发明提供了一种利用多元合金金相组织生长对废旧杆管进行修复的方法，该方法利用在热浸镀过程中添加锌铝稀土多元合金，使基体表面镀上一层与基体相结合的镀层，从而使杆管上的腐蚀小坑和微裂纹进行合金相组织生长，达到修复的目的，该方法具有修复效果好、提高杆管本体强度、提高杆管防腐能力的特点。

本发明的技术方案是：一种利用多元合金金相组织生长对废旧杆管进行修复的方法，首先将废旧杆管进行抛丸强化处理，内、外表面进行水洗、酸洗、助镀、烘干，准备锌锭，将准备好的锌锅内温度升至420℃以上，将锌锭熔化后制备锌液，然后将温度升至740～760℃，保温5～10分钟后，加入多元合金，待其全部熔化后，将合金液体调至450～470℃之间，将废旧杆管放入锌锅内进行热浸镀，其镀液成分及各成分所占重量百分比为：Ni，0.09％～0.10％；Bi，0.10％～0.20％；Al，0.20％～0.30％；Re，0.08％～0.10％，其余为锌液。

上述的多元合金其合金成分及各成分所占重量百分比为：Ni，1.6％～2.0％；Bi，1.6％～2.0％；Al，0.8％～1.2％；Re，0.3％～0.7％，其余为Zn；或者还可以为Zn-5％Al-Re合金：Al，4.7％～6.2％；Re，0.03％～0.1％；Si＜0.015％；Pb＜0.005％，其余为Zn。

本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，当将经过熔剂处理的废旧杆管放入熔融添加多元合金的锌槽时，工件表面形成一层覆盖助镀液膜的基体，使铁基体与熔融多元合迅速反应，铁被溶解，形成锌在α铁中的固溶体，由于相互扩散，生成铁锌合金化合物，在微观上表现晶格重组，晶粒细化，金属晶体以树枝状的形式长大。在裂纹处、晶核尖角处散热较快，因而长大较快，成为深入到液体中去的晶枝；同时尖角处的缺陷较多，从液体中转移过来的原子容易在这些地方固定，有利于晶体的长大成为树枝晶。一个晶核长大形成的树枝晶是一个晶粒，多晶体金属的每个晶粒一般都是由一个晶核采取树枝状长大的方式形成的。合金化后的杆管在水中迅速冷却也加大了树枝晶的形成，使金相组织生长效果更为明显，从而达到了修复杆管上的腐蚀小坑和微裂纹的目的，而修复后杆管本体强度可提高50％，还可以消除疲劳应力及破裂应力集中问题，同时杆管的防腐能力提高5倍以上。

附图说明：

附图1是钢材凹凸表面的热浸镀锌层生长形态；

附图2是表面经过不同处理的钢材含硅量与热浸镀锌层厚度的关系。

图中：曲线1-粗粒钢丸，2-细粒钢丸，3-玻璃微珠，4-酸洗。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步说明：

一种利用多元合金金相生长对废旧杆管进行修复的方法，首先将废旧杆管内、外壁表面进行水洗、酸洗，实验表明，杆管的表面粗糙度对热浸镀锌层的形成有明显的影响，钢基体表面的凹凸会使铁锌合金层的生长形态发生变化。附图1描述了热浸镀锌镀层在钢材的不规则表面上的生长特点：在凸起处，刚形成的ζ晶体相分离，使液态锌可穿透到ζ/δ界面附近，支持ζ相连续快速生长而形成进发状晶粒；在凹入区域，由于生长受扩散控制，可得到紧密稳定的结构。

由于体积收缩的结果，产生足够的压应力使铁锌合金相层稳定，因此在粗糙表面的凹入点形成稳定结构，稳定层一旦形成，无论产生稳定性的原因是否存在，稳定性都会保持下来。此外，在表面凹陷处具有支持富铁层形成的条件，由于提供了大面积的表面供体积收缩的合金层生长，使反应所需的铁供应充足，而同时锌的供应却由于锌难以进入凹陷处而减少。在这些位置，经常发现厚的Γ层。如果是微裂纹，那么两个凸起处无限接近，凹陷处趋于零，两峰相接，形成金相组织生长。

将不同含硅量的钢板分别用粗粒钢丸、细粒钢丸、玻璃微珠进行喷砂处理，以及用酸洗的方法进行处理，得到了从粗到细不同的表面粗糙度。附图2为表面经过不同处理的钢材——即不同表面粗糙度的钢材含硅量与热浸镀锌层厚度的关系，试验结果表明，用粗金刚砂处理的钢在不同的硅含量范围都生成了厚镀层，这种表面相对较粗糙的钢在凸起处生成了进发状ζ相结构，而在凹入处形成紧密结构。因此，我们采取用粗钢丸抛丸处理的方法。

喷砂的同时(或者之后)准备锌锭，将锌锅内温度升至420℃以上，将锌熔化后制备锌液，将温度升至740～760℃，保温5～10分钟后，加入多元合金，所述的多元合金其合金成分及各成分所占重量百分比为：Ni，1.6％～2.0％；Bi，1.6％～2.0％；Al，0.8％～1.2％；Re，0.3％～0.7％，其余为Zn；或者还可以为Zn-5％Al-Re合金：Al，4.7％～6.2％；Re，0.03％～0.1％；Si＜0.015％；Pb＜0.005％，其余为Zn，待多元合金全部熔化后，将合金液体调至450～470℃之间，进行热浸镀，而此时其镀液成分及各成分所占锌液重量百分比为：Ni，0.09％～0.10％；Bi，0.10％～0.20％；Al，0.20％～0.30％；Re，0.08％～0.10％，其余为锌液及不可避免的杂质。

杆管热浸镀多元合金后，裂纹被多元合金修复并生长，在高倍显微镜下观察可以发现杆管上的微小裂纹已被多元合金焊接上，形成冶金结合。当经过熔剂处理的杆管工件进入熔融添加多元合金的锌槽时，工件表面形成一层覆盖助镀液膜的基体，使铁基体与熔锌迅速反应，铁被溶解，形成锌在α铁中的固溶体。由于相互扩散，生成铁锌合金化合物。在微观上表现晶格重组，晶粒细化，金属晶体以树枝状的形式长大。在裂纹处晶核尖角处的散热较快，因而长大较快，成为深入到液体中去的晶枝；同时尖角处的缺陷较多，从液体中转移过来的原子容易在这些地方固定，有利于晶体的长大成为树枝晶。一个晶核长大形成的树枝晶是一个晶粒，多晶体金属的每个晶粒一般都是由一个晶核采取树枝状长大的方式形成的。合金化后的杆管在水中迅速冷却也加大了树枝晶的形成，使金相组织生长效果更为明显，从而达到了修复杆管上的腐蚀小坑和微裂纹的目的，而修复后杆管本体强度可提高50％，还可以消除疲劳应力及破裂应力集中问题，同时杆管的防腐能力提高5倍以上。

下面通过具体实施例说明该方法：

实施例一：

将锌锅内的锌液配制成如下成分，其中各成分及所占锌液重量百分比为：Ni，0.09％；Bi，0.10％；Al，0.20％；Re，0.08％，其余为锌液及不可避免的杂质，将处理过的油管在460℃下浸镀3分30秒，发现其腐蚀及微裂纹处金相组织已生长，基本将腐蚀小坑及细小裂纹填平。

实施例二：

将锌锅内的锌液配制成如下成分，其中各成分及所占锌液重量百分比为：Ni，0.10％；Bi，0.20％；Al，0.30％；Re，0.10％，其余为锌液及不可避免的杂质，将处理过的油管在470℃下浸镀4分40秒，发现其腐蚀及微裂纹处金相组织已生长，基本将腐蚀小坑及细小裂纹填平。

实施例三：

将锌锅内的锌液配制成如下成分，其中各成分及所占锌液重量百分比为：Ni，0.09％；Bi，0.15％；Al，0.25％；Re，0.10％，其余为锌液及不可避免的杂质，将处理过的油管在455℃下浸镀3分，发现其腐蚀及微裂纹处金相组织已生长，基本将腐蚀小坑及细小裂纹填平。

上述的实施例浸镀过的废旧杆管，经检测，废旧杆管的腐蚀微观裂纹金相组织得到生长，腐蚀小坑被多元合金填平并重新生成更抗腐蚀的合金层，强度也得到了提高。

Claims

1、一种利用多元合金金相组织生长对废旧杆管进行修复的方法，首先将废旧杆管进行抛丸强化处理，内、外表面进行水洗、酸洗、助镀、烘干，其特征在于：准备锌锭，将准备好的锌锅内温度升至420℃以上，将锌锭熔化后制备锌液，然后将温度升至740～760℃，保温5～10分钟后，加入多元合金，待其全部熔化后，将合金液体调至450～470℃之间，将废旧杆管放入锌锅内进行热浸镀，其镀液成分及各成分所占重量百分比为：Ni，0.09％～0.10％；Bi，0.10％～0.20％；Al，0.20％～0.30％；Re，0.08％～0.10％，其余为锌液。

2、根据权利要求1所述的利用多元合金金相组织生长对废旧杆管进行修复的方法，其特征在于：所述的多元合金其合金成分及各成分所占重量百分比为：Ni，1.6％～2.0％；Bi，1.6％～2.0％；Al，0.8％～1.2％；Re，0.3％～0.7％，其余为Zn；

3、根据权利要求1所述的利用多元合金金相组织生长对废旧杆管进行修复的方法，其特征在于：所述的多元合金为Zn-5％Al-Re合金，其合金成分及各成分所占重量百分比为：Al，4.7％～6.2％；Re，0.03％～0.1％；Si＜0.015％；Pb＜0.005％，其余为Zn。