CN101912948B - 一种消失模壳型工艺制作耐蚀双金属管件的方法 - Google Patents

一种消失模壳型工艺制作耐蚀双金属管件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消失模壳型工艺制作耐蚀双金属管件的方法，其步骤为：在普碳钢或合金钢管件内壁贴覆EPS泡沫模型；将上述普碳钢或合金钢管件与EPS泡沫模型放入硅溶胶溶液共同浸涂；在浸涂后的模型上撒掷型砂，制壳；将上述模型装箱造型，高温焙烧；然后在700～900℃之间浇注镍基合金液，经冷却及落砂清理即得耐蚀双金属管件。本发明方法生产的耐蚀双金属管件可以精确控制内、外层合金成分，且内、外层不易分离，性能均满足API标准要求，可生产较大口径管件，生产成本大大降低，可产生较大的经济效益。

Description

一种消失模壳型工艺制作耐蚀双金属管件的方法
技术领域
本发明涉及消失模铸造技术，具体应用于高酸性油气田输送中的耐蚀双金属管件的制作，尤其是一种消失模壳型工艺制作耐蚀双金属管件的方法。
背景技术
目前，制造双金属管件的技术一般有两种：1)低端耐磨双金属管件：采用常温浇注，目前此种方法生产的双金属耐磨管件，内层多为耐磨铸铁，两层之间融合不好，结合力有限，只能用于使用要求不高的环境下；2)采用冶金融合离心铸造双金属耐磨管件，然后在管件加工设备上加工成型。这种生产工艺主要用来制作高端管件。产品规格越大，需要的设备规格越大，加工成本就越高。
上述2种工艺中，第1种方法生产的双金属管件主要用于输送粉料及水泥砂浆等。不能用于石油和天然气的输送，尤其不能用于H2S气体含量较高的石油和天然气的输送。第2种方法生产的双金属管件生产工艺较复杂，管件规格受管件生产设备限制。随着世界经济对绿色能源需求的增加，国内外开发的高酸性油气田越来越多，且大多高含H2S、CO2；经国、内外研究一致认为，输送该种介质，从安全角度来讲，集输管线最好采用镍基耐蚀合金钢管。从技术角度来看，目前用于输送该种介质的集输方案不外乎以下3种方案：“镍基合金”、“抗硫碳钢+缓蚀剂”、“复合管(普通碳钢+镍基合金)”。“镍基合金”方案，必然大量消耗国家重要战略资源-镍、铬、钼、钒等贵重金属材料；同时镍基合金价格昂贵，管线综合成本过高，会严重的制约我国高含硫油气田的开发。“抗硫碳钢+缓蚀剂”方案，管线成本底但管线的运行费用高、维护不便、安全性也差。“复合管(普通碳钢+镍基合金)”方案，可以说兼具了二者的优势，以同“抗硫碳钢+缓蚀剂”方案相近的综合成本，达到“镍基合金”方案的使用目的。从市场角度来看，随着酸性油气田数量的增加，地面集输线的需求量会越来越大。而且在集输管线中大部分管线的规格在DN200以上，尤其是汇管和气源管的直径更是超过DN400以上。大口径耐蚀双金属管件的需求量将会越来越大。因此迫切需要一种新型的制作方法来生产制作上述复合管(普通碳钢+镍基合金)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制作工艺简单、成本较低且材料利用率高的消失模壳型工艺制作耐蚀双金属管件的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种消失模壳型工艺制作耐蚀双金属管件的方法，所述方法的步骤为：
1)在普碳钢或合金钢管件内壁贴覆EPS泡沫模型；
2)将所述普碳钢或合金钢管件与EPS泡沫模型放入硅溶胶溶液共同浸涂；
3)在浸涂后的模型上撒掷型砂，制壳；
4)将模型装箱造型，高温焙烧；
5)在700～900℃之间浇注镍基合金液，经冷却以及落砂清理即得耐蚀双金属管件。
优选的，上述普碳钢为16Mn，所述合金钢为21CrMo10，所述镍基合金为825。
将上述制得的耐蚀双金属管件进行固溶处理，当外层金属为16Mn或21CrMo10时，固溶处理温度为1050～1150℃，然后快速冷却。
再将上述经固溶处理后的耐蚀双金属管件进行热处理：当耐蚀双金属管件为16Mn/825时，将其加热到Ac3线以上50℃～100℃正火；当耐蚀双金属管件为21CrMo10/825时，先将其加热到Ac3线以上50℃～100℃正火，然后在590～610℃高温回火。当耐蚀双金属管件为16Mn/825时，正火温度为910-930℃；当耐蚀双金属管件为21CrMo10/825时，正火温度为900-920℃。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：采用本发明方法生产的耐蚀双金属管件可以精确控制内、外层合金的成分，生产的耐蚀双金属管件内外层不易分离，性能满足API标准要求；与传统工艺相比，其成型工艺相对简单，材料利用率更高，可节约贵重金属，降低生产成本，一般可降低15％以上；可以生产较大口径耐蚀双金属管件，且随着管件规格的增大，成本优势越明显。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明中外层采用普碳钢或合金钢管件，通过贴覆EPS模型，经过造型、焙烧，制成空腔，将熔炼好的镍基合金液浇入型腔，经过冷却，得到耐蚀双金属复合管件。通过控制两层合金融合量，使内层合金达到API耐蚀合金5LD标准，再进行加工，获得合格的石油行业用耐蚀双金属管件。
下面通过16Mn/825(即X52/825)和21CrMo10/825(即X60/825)为例来具体说明本发明方法的操作步骤：
1、根据成品管件的成份及尺寸要求，准备外层单金属管件，16Mn/825耐蚀双金属管件的规格为219×10mm或273×15mm，21CrMo10/825耐蚀双金属管件的规格为219×10mm或273×15mm，此处我们均以219×10mm这种规格为例。将外层普碳钢(16Mn)或合金钢(21CrMo10)厚度为制作为7.0～7.5mm。
2、利用合金料、经电炉冶炼工艺，以及VOD炉精炼，炼钢过程严格控制气体含量和夹杂物含量，控制氧含量低于10PPm；
3、在普碳钢或合金钢单金属管件内壁贴覆4mm厚的EPS模型，制成总共11mm厚的耐蚀双金属管件模型，此处外层单金属管件厚度选择7.0mm(也可以是7.0～7.5mm之间的其他厚度值)。
4、将上述耐蚀双金属管件模型(外层单金属管件以及EPS模型)一起放在硅溶胶溶液中共同浸涂；
5、浸涂后，往上述模型上撒掷刚玉砂，模型固化，经多次涂挂、撒砂、固化后，使模型的涂覆层厚度达到5mm(还可以是5～8mm之间的其他厚度值)；
6、将上述固化好的模型装箱造型；
7、将模型与砂箱一起进行高温焙烧，使EPS材料气化，得到内衬管件的管件壳型型腔；
8、在700～900℃之间将熔炼好的镍基合金液(825)浇入焙烧后的高温壳型型腔，然后使镍基合金液在壳型型腔内冷却；
9、再将上述得到的复合管件落砂清理，得到耐蚀双金属管件铸造坯；
10、去除浇冒口，进行粗加工；
11、对粗加工后的管体要进行处理：先进行固溶处理：将制得的耐蚀双金属管件铸造坯进行固溶处理：当外层金属为16Mn或21CrMo10时，固溶处理温度均为1050～1150℃，然后快速水冷；再进行最终热处理：当耐蚀双金属管件为16Mn/825时，将其加热到910-930℃正火；当耐蚀双金属管件为21CrMo10/825时，先将其加热到900-920℃正火，然后在590～610℃高温回火。
12、将热处理后的耐蚀双金属管体毛坯进行精车加工，然后进行各种性能以及水压测试检验。
经过检验，上述耐蚀双金属管件的外层机械性能达到API 5L要求的X52或X60水平；内层可防止H2S和Cl-带来的应力腐蚀开裂，能抗氧化，防止点腐蚀和缝隙腐蚀。本发明方法还可适用于其他普碳钢或合金钢的耐蚀双金属管件的制作，通过生产实验证明均能取得良好的使用性能。
本发明方法可生产较大口径管件，克服了三通机生产管件口径受机械设备加工能力限制的缺陷，与单金属耐蚀管件相比，生产成本大大降低，具有较大的社会效益和经济效益。采用单金属管件作为耐蚀双金属管件外层原料，具备好的基础条件，与采用冶金融合双金属管经管件加工设备加工而成的双金属管件相比，成型工艺相对简单。

Claims (1)

1.一种消失模壳型工艺制作耐蚀双金属管件的方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
1)在普碳钢或合金钢管件内壁贴覆EPS泡沫模型；
2)将所述普碳钢或合金钢管件与EPS泡沫模型放入硅溶胶溶液共同浸涂；
3)在浸涂后的模型上撒掷型砂，制壳；
4)将模型装箱造型，高温焙烧；
5)在700～900℃之间浇注镍基合金液，经冷却以及落砂清理即得耐蚀双金属管件；
所述普碳钢为16Mn，所述合金钢为21CrMo10，所述镍基合金为825；
将制得的耐蚀双金属管件进行固溶处理：当外层金属为16Mn或21CrMo10时，固溶处理温度为1050～1150℃，然后快速冷却；
将经固溶处理后的耐蚀双金属管件再进行热处理：当耐蚀双金属管件为16Mn/825时，将其加热到Ac3线以上50℃～100℃正火；当耐蚀双金属管件为21CrMo10/825时，先将其加热到Ac3线以上50℃～100℃正火，然后在590～610℃高温回火。
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