CN105722615B - 用于由拉拔生产具有冶金结合的多层管的方法和通过该方法生产的多层管 - Google Patents

用于由拉拔生产具有冶金结合的多层管的方法和通过该方法生产的多层管 Download PDF

Info

Publication number
CN105722615B
CN105722615B CN201480058457.6A CN201480058457A CN105722615B CN 105722615 B CN105722615 B CN 105722615B CN 201480058457 A CN201480058457 A CN 201480058457A CN 105722615 B CN105722615 B CN 105722615B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pipe
tubular element
tube
multilayer
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480058457.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105722615A (zh
Inventor
埃 席尔瓦 胡利奥·马尔西奥·西尔韦拉
蒂莫·埃贝林
西尔瓦 佩尔迪高 黑齐科·达
焦尔吉尼 丹尼尔·格拉尼亚
西尔瓦 宾纳 安东尼奥·瓦格纳·达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vallourec Solucoes Tubulares do Brasil SA
Original Assignee
Vallourec Tubos do Brasil SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vallourec Tubos do Brasil SA filed Critical Vallourec Tubos do Brasil SA
Publication of CN105722615A publication Critical patent/CN105722615A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105722615B publication Critical patent/CN105722615B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/154—Making multi-wall tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/16—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes
    • B21C1/22—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes specially adapted for making tubular articles
    • B21C1/24—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes specially adapted for making tubular articles by means of mandrels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L58/00—Protection of pipes or pipe fittings against corrosion or incrustation
    • F16L58/02—Protection of pipes or pipe fittings against corrosion or incrustation by means of internal or external coatings
    • F16L58/04—Coatings characterised by the materials used
    • F16L58/08—Coatings characterised by the materials used by metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/02—Rigid pipes of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C9/00—Cooling, heating or lubricating drawing material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
  • Branch Pipes, Bends, And The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于由管状元件生产具有冶金结合的多层管(1)的方法，管状元件包括金属材料的至少一个外管(10)和布置在外管内的金属材料的一个内管(20)，在它们的界面的至少一些部分处，外管(10)的内表面机械地结合至内管(20)的外表面，其中，在生产线上，管状元件被同时加热并拉拔，其中，管状元件的每个部分经受由感应进行的加热，并且然后经受热拉拔，其中，管状元件利用位于其中的心轴而被拉拔。通过该方法，在管之间的存在的机械连接转变为冶金连接。本发明还涉及一种利用该方法生产的多层管(1)，其中，外管(10)由碳锰钢合金制成，并且内管(2)由耐腐蚀合金制成。

Description

用于由拉拔生产具有冶金结合的多层管的方法和通过该方法 生产的多层管
技术领域
本发明涉及一种用于通过至少一个热机械成型步骤而由至少一个内管和一个外管来生产具有冶金结合(metallurgical bond，冶金接合)的多层管的方法。通过该方法生产的管通常具有耐腐蚀层，这使它们能够在高度腐蚀的环境中使用，并且能够使管具有高机械强度。
背景技术
多层管，诸如具有冶金结合(也被称为“复合管(clad pipe，包覆管)”)的管和具有机械结合(也被称为“衬里管(lined pipes)”)的管，以及它们的制造方法是当前工业发展的目标，上述涂层管主要用于石油工业，其中，可能有强机械应力和高腐蚀环境。内部循环流体可促进对管的化学侵蚀，需要使用耐腐蚀合金。
根据在标准DNV-OS-F101和API 5LD中提供的定义，复合管包括具有耐腐蚀内层的外管，在此在这些材料之间的结合是冶金性的。根据在DNV OS F101和API 5LD中提供的定义，衬里管包括具有耐腐蚀内层的外管，在此在这些材料之间的结合是机械性的。
现有技术包含用于制造复合管的几个过程，一般包括：材料预备步骤、可选层步骤和包覆步骤。在大批次生产的工业规模中使用的两个众所周知的过程是通过轧制的包覆和堆焊。
在通过板材轧制的包覆过程中，同时进行两种不同材料的板材轧制，上述过程形成一个单一的包覆板材。然后该板材被处理、成型和纵向焊接而形成接缝复合管。
在通过堆焊的包覆过程中，材料通过在整个内管表面的角焊缝的沉积物而结合。在角焊缝中使用的材料通常是耐腐蚀合金。焊接沉积过程能够在复合管的内部材料与外部材料之间形成冶金结合。
文献GB2085330披露了一种生产复合管的方法，该方法包括第一冷拉拔以在内管与外管之间获得良好的机械结合。然后，中间产物在炉子中经历加热步骤，在此两个管结合在一起。随后，中间产物经历热加工步骤以用于通过压制或轧制来成形最终产品。在该文献中，复合管的制造过程进一步包括对在冷拉拔中待接触的表面进行准备的步骤。该步骤包括通过抛光清洁待接触的表面。可替代地，该步骤可包括对接触表面进行喷丸而不是抛光。
同样根据文献GB2085330，在此在内管与外管之间的热膨胀系数中的差异是大的，结合管的端部被焊接，以防止空气入侵到形成结合管的材料之间，由于空气入侵可影响管的品质。通常，在冷成型和热成型之后，也需要轧制的最后步骤。
文献US3598156披露了一种生产具有接合金属的双金属管件的方法，其在内管与外管之间实现冶金结合。在上述文献描述的过程中，内管的冷膨胀使用渐缩的心轴执行，确保在三个金属层之间的稳固结合。然后，管通过电磁线圈加热，引起内管较高的膨胀系数以比外管扩张更多，在接合中间层上施加大的压力。在没有熔化内管和外管的情况下，该接合层熔化，并且随后它再次凝固，在内管与外管之间形成冶金结合。该文献没有提出后续的热拉拔步骤。
此外，该文献也披露了在冷拉拔之前，进行了内管的外表面和外管的内表面的化学处理和/或抛光。然而，它没有提出喷丸处理(blasting)这些表面以提高表面的粗糙度和接触力。由于它是复合管，即，两个管以冶金方式结合在一起，不需要增加管之间的结合的机械强度和表面粗糙度，这对衬里管将是重要的。然而，利用该处理也可获得复合产品的改善。
在现有技术中呈现的复合同心管的方法一直包括预备步骤、成型或沉积焊接材料的步骤(该步骤在管之间形成冶金结合)以及抛光步骤，其一般地是在层压、压制、轧制、挤压或冷拉拔之间的步骤。
现有技术方法没有披露仅在一个成形步骤中生产复合管，而没有抛光步骤。另外，现有技术的方法均没有提出在单一生产线上执行所有步骤而无需将管在步骤之间从一个工作台移动到另一个或将加热的管从炉子内部移动到生产线的可能性，它负担生产的过程和速度以及劳动。现有技术文献均没有披露具有冶金结合的无缝多层管。
发明内容
本发明的目的是通过用于由管状元件生产具有冶金结合的多层管的方法来实现，管状元件包括至少一个金属材料的其他管和布置在外管之内的一个金属材料的内管，外管的内表面机械地结合到内管的外表面，该方法包括以下步骤：
在生产线上，管状元件被同时加热和拉拔，其中，管状元件的每个部分经受通过感应的加热，并且然后经受热拉拔，并且其中管状元件利用位于它内部的心轴而被拉拔。
外管包括碳锰钢合金，并且内管包括耐腐蚀合金。
优选地，当与电磁线圈交叉时，布置在生产线上的管状元件的每个区段在至少900℃的温度下被加热。同样优选地，在加热和拉拔的步骤中，管状元件被拉而穿过至少一个电磁线圈的内部，在此它被加热到950°与1050℃之间的温度，并且被拉而穿过连续地(sequentially，顺序地)布置在电磁线圈的输出端中的拉拔模，其中，心轴设置在管状元件内并与拉拔模开口对准。
拉拔步骤可包括通过在拉拔模与心轴之间的管状元件的压缩来减小管状元件的壁厚。
该方法可在拉拔步骤之后进一步包括至少一个热处理步骤，其中，管状元件经受冷却。也可实施冷拉拔的步骤，内管的内表面和外管的外表面的预先润滑是可选择的，以便提高几何公差和表面光洁度。此外，在拉拔之后可执行管状元件的弯曲的另外的步骤。
本发明的目的通过具有由在本文中描述的方法生产的冶金结合的多层管实现，多层管包括至少一个金属材料的外管和布置在外管之内的一个金属材料的内管，外管的内表面冶金(metallurgically)结合到内管的外表面，外管由碳锰钢构成，并且内管由耐腐蚀合金构成。
金属材料的内管可由包括碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、镍基合金、钛基合金、钴基合金、铜基合金、锡基合金和锆基合金中的至少一种的材料制成。外管和内管优选地是无缝管。
多层管可包括布置在外管与内管之间的至少一个金属材料的中间层。中间层的熔点可低于外管和内管的熔点。中间层可包括镍(Ni)或锆(Zn)。多层管可包括布置到外管的外部的另外的外层，外层由具有内直径大于外管的外直径的第二外管制成，并且冶金结合到外管。外层优选地由耐腐蚀合金、耐磨损合金和耐疲劳合金形成。在多层管中，在外管与内管之间可能达到100％的冶金结合。
附图说明
将基于在附图中所示的执行的一实例进一步更详细地描述本发明。附图示出了：
图1是用于生产本发明的多层管的方法的热拉拔步骤的第一实施方式的示意图；
图2是根据本发明的步骤的框图；
图3是用于生产本发明的多层管的方法的热拉拔步骤的第二实施方式的示意图；
图4是通过本发明的方法生产的机械结合管之间的界面的图片，结合了在管之间的界面中的铁元素和镍元素的浓度的图表；以及
图5是通过本发明的方法生产的具有冶金结合的拉拔多层管的实施方式的管之间的界面的图片，结合了管之间的界面中的铁元素和镍元素的浓度的图表。
具体实施方式
如可在图1到图5中看出，本发明涉及一种用于从管状元件生产具有冶金结合的多层管1的方法，管状元件包括至少一个金属材料的外管10和一个金属材料20的内管，使得由该方法生产的管是如下的多层管：包括至少一个由外管10制成的外层，外层至少部分地以冶金方式结合到由内管20制成的内层。管状元件可以替代地最初包括多于两个管，形成具有至少部分地以冶金方式结合至彼此的多层的一个管1。
通过该方法生产的多层管可以是复合管，当利用本发明的方法所生产的多层管所包含的多层之间的结合满足标准ASTM A578和API 5LD的最低要求时，即，在管的表面上的任何非包覆区域在以不连续的显示为中心的225mm乘225mm的正方形扫描区域内可不超过25mm的直径。此外，管在距离管的端部的100mm的距离内不应当有任何非包覆区域。根据本发明，复合管可通过根据本发明的方法制造，在外管10与内管20之间的包覆达到100％。
构成管状元件的管优选地是无缝管。在这种情况下，通过根据本发明的方法生产的多层管也是无缝的。在本发明的可替代的实施方式中，外管10可以是无缝管，并且内管20可以是焊缝管。
内管20优选地由耐腐蚀合金(CRA)制成，并且最初布置在外管10内，形成一种用于后者的涂层。内管也可由耐磨损合金(WRA)或耐疲劳合金制成。通常，外管10负责提供最终的多层管机械强度。同样重要的是，外管10的内表面机械地结合到内管20的外表面，使得在两个管之间没有氧气。在管之间的界面处存在氧气可导致氧化物的产生，其形成腐蚀并且可阻碍管之间的良好包覆。包括机械地结合在一起的管的管状元件可被称作衬里管。
在管之间的机械结合的形成可通过本领域中的任何方法制造，诸如其中的通过机械的膨胀、挤压、冷拉拔、轧制的机械成型步骤。优选地，在管之间的机械结合成型步骤之前，在将要机械地结合在一起的外管10的内表面上和内管20的外表面上执行喷丸处理步骤。这些表面优选地是用钢丸撞击以便增加它们的粗糙度，并且优化材料之间的接触力，从而改善管之间的机械结合。在喷丸处理中的钢丸的使用是有利的，这是因为由于弹丸是由钢制成的，它们不会增加管的表面上的杂质。
在图4中可看到在组成根据本发明的产品的实例的衬里管1的外管10与内管20之间的机械结合。该图包含管之间的接合的界面的(未侵蚀)的横截面的显微图片，其中，外管10在左侧以灰色的较暗阴影示出，并且内管20在右侧以灰色的较浅阴影示出。在与上部的较小框对应的区段中的管之间的界面用在它下方的图表中的两个管的材料的浓度来表示。该图表是上述界面区段的放大版本，其中纵坐标以质量百分比表示了每个元素的浓度，并且横坐标表示在垂直于界面的方向上的衬里管中的位置。该图表显示了在衬里管中的管之间的界面区域中的在X方向上的元素铁(Fe)和元素镍(Ni)的浓度。实线表示铁的浓度，根据本发明的一实施方式，铁是外管10的主要成分之一。虚线表示在该界面区域中的镍的浓度，其中，镍是根据本发明的该实施方式的内管20的主要元素。铁和镍的浓度的剧变出现在表示管之间的界面区域的曲线图的相同位置中。这表示在两个管的材料之间没有显著的扩散，使得在它们之间仅有机械结合而没有冶金结合，即，没有包覆。
图2示出了根据本发明的方法的优选的实施方式的流程图。在管的机械结合之后和在热拉拔之前，本发明的方法优选地包括润滑内管20的内表面(在热拉拔步骤期间它将接触心轴2)和外管10的外表面(在热拉拔步骤期间它将接触拉拔模4)的步骤。该润滑也可在拉拔步骤期间执行。滑润剂11的流动在图1和图3中示出。润滑剂起作用以便减少由拉拔模和心轴接触管状元件而引起的摩擦力。使用的润滑剂11优选地是基于水和石墨的混合物或用于高温工艺的任何润滑剂，如hex-α-BN。该润滑剂具有不改变管的表面化学成分的优点。
在根据本发明的方法中，使得冶金结合形成在外管10与内管20之间，执行了至少一个热拉拔步骤22，并且加热和拉拔管的步骤在相同的生产线上同时执行。因此，管状元件的每个部分在相同的生产线上经受感应加热，并且随后经受热拉拔。拉拔借助于位于管状元件之内的心轴2发生。
热拉拔步骤优选地执行1到5次，以从0.1-5.0m/min变化的速度，并且在从800-1300℃改变的温度下执行。
由于拉拔模4的开口具有比管状元件小的直径以通过它被拉伸，在拉拔之前，管状元件优选地经受磨尖(pointing)的步骤，其中，管的端部成形以使其外径减小，使得它最初能被拉伸通过拉拔模4的开口。在本发明的优选实施方式中，管状元件的尖端在生产线上或在炉子中加热，并且然后成形以采取用于它的牵引通过拉拔模所需要的直径和尺寸。磨尖也可通过冷锻制造。
在用于执行热拉拔的加热步骤中，管状元件被拉伸而通过布置在生产线上的至少一个电磁线圈7的内部，使得当与线圈交叉时，每个管区段通过焦耳效应由感应加热，在线圈的出口处达到900℃的最低温度，并且优选地在950℃到1050℃的范围内，这取决于管的几何形状、要产生的长度、使用的材料、应用的减少以及其他方面。
然后，热的管状元件被拉而穿过在相同的生产线上连续地布置在电磁线圈7的输出端中的拉拔模4。当管状元件越过拉拔模4时，心轴2布置在与拉拔模4的开口对准的管状元件的内部。
在拉拔步骤中，管状元件的壁厚可通过在拉拔模4与心轴2之间的管状元件的压缩而降低。管状元件的压缩参数和最终管的厚度可针对要获得的最终产品而调整。如有必要，在根据本发明的方法中，可执行多于一个的冷拉拔或热拉拔步骤，使得管达到所需尺寸。
在本发明的优选实施方式中，热拉拔步骤在图1中示出的拉拔工作台上执行，其中管状元件的端部通过车辆而在图1中示出的箭头F的方向上被拉伸，引起管状元件穿过电磁线圈7和拉拔模4，其中将心轴2固定至布置在管状元件内的连杆3。心轴2位于拉拔模开口之内，使得管状元件在心轴2与拉拔模4之间穿过。拉拔设备可通过在它的部件之间的水循环12冷却，如在图1和图3中可以看出。
用于加热管的电磁感应线圈的使用是有利的，因为它在加热期间允许人检验管的均匀温度，并且动态地控制用于适当校正的其他工艺参数，诸如工作台的速度和线圈的功率。此外，使用该线圈加热同时执行拉拔步骤提供了比通过其他加热方法获得的加热速率更高的加热速率。这些高的加热速率防止可能的晶粒生长，如果材料在高温下暴露很长时间，则在常规加热期间可能发生晶粒生长。
在本发明中实现的通过感应加热的另一个优点是，电磁感应线圈易于安装在生产线上，并且可活动的线圈消除了对处理热管的需要，这对安全具有直接影响，并且也增加了管生产的速度，因为它消除了将管从炉子运送到生产线的需要。此外，通过感应加热消除了燃烧用于在炉子中加热管的燃料气体的需要。
在热拉拔之后，当需要以特定格式生产弯曲管时，管可经受至少一个弯曲步骤。
根据本发明的方法，在加热和热拉拔步骤之后，可进一步包括以调节材料性能为目的热处理步骤。这些热处理步骤取决于可能需要调节的多层管1的机械和冶金特性。一些材料可能在生产步骤期间损失它们的一些机械、冶金和腐蚀性能。因此，可执行这些额外的热处理以便恢复管的机械、冶金和腐蚀性能，例如，当管10和20由X65钢和因科镍合金
Figure GDA0002547102480000091
Figure GDA0002547102480000092
制成时。在本发明的优选的实施方式中，在热处理步骤中，多层管经受冷却或淬火和回火步骤，这有利于调节管的机械、冶金和腐蚀性能。
图3示意性示出了本发明的实施方式，其中管的冷却设备8串联布置在拉拔模4的输出端处。冷却的形式是根据所要获得的多层管的最终参数来确定的。
冷却可起作用，例如，在衬有难熔材料的工作台上，以保持高温并且允许长时间的扩散，或使用促进强迫对流冷却的工业风扇以提高外管的机械强度并且避免在加工期间的限制。冷却也可仅仅是大气空气或用于调节材料特性的任何其他冷却方式。
冷拉拔的步骤也可在热拉拔之后执行，以便改善几何公差和表面光洁度。如果执行冷拉拔，内管的内表面和外管的外表面的先前润滑也可被实现。否则，从热拉拔步骤剩余的石墨可用作用于减少摩擦的润滑剂。
重要地，与现有技术方法不同，在拉拔之后，不需要另外的后续轧制步骤。图5包含根据本发明的示例性产品的在多层管之间的接合处的界面的显微横截面图片，在形成冶金结合的最终多层管1的部分中，其中，外管10在左侧以灰色的较暗阴影示出，而内管20在右侧以灰色的较浅阴影示出。内管与外管之间的界面实际上是不复存在的，其表征在管的这些地方的冶金结合。在与上部的较小框对应的区段中的管之间的界面用在它下方的图表中的两个管的材料的浓度来表示。图表是上述界面区段的放大版本，其中纵坐标以质量百分比表示每个元素的浓度，并且横坐标表示在多层管的内部的位置。如在图4中，图表显示出了在形成冶金结合的部分中的管之间的界面区域中沿X方向的元素铁(Fe)和镍(Ni)的浓度。根据本发明的一实施方式，实线表示代表外管10的铁的浓度，并且虚线对应于表示内管20的镍的浓度。应注意，铁和镍的浓度的变化是平滑的，提供扩散区域，在扩散区域中具有两个提到的元素并且从而内管和外管的材料混合。这表示有冶金结合，即，在管之间的包覆(cladding，包层，复合)。较厚的并且更加均匀的扩散区域通常形成更好的包覆。
可替代地，在对管进行冷却之后，可执行管之间的冶金结合的检验步骤，以用于确认包覆出现。检验可能由于切割管的区段而具有破坏性，例如，以90°的间隔切割以检验在所有这些片段中外管和内管是否保持附接。检验也可以是非破坏性的，通过由超声波测试的检查、微观结构的分析、界面的横截面的分析、扫描电子显微镜/能量弥散X射线探测器(SEM/EDX)测试或辉光放电光谱仪(GDOES)测试以及其他方式来检查冶金包覆是否至少在通过根据本发明的方法生产的管的一部分中获得。
当与现有技术的方法比较时，根据本发明的方法具有较高性能，由于它不需要管或内管和外管在制造装置内的任何位移，除了拉拔设备本身以外。并且考虑到方法的简单性和减少步骤的数量，能够在小的周期内生产大量的多层管，估计的生产率高于100m/h。
本发明也涉及一种具有通过在本文中描述的方法生产的冶金结合的多层管，至少包括由外管10形成的外层以及由内管20形成的内层，在这两个管之间的界面的至少部分中该外层冶金结合到内层。可替代地，多层管可包括多层，在它们表面的至少一部分中具有在管10的外部和内部的冶金结合，其负责对最终的多层管提供机械强度。这些层优选地由布置在外管10的外面并且经受在本文中描述的热拉拔工艺的无缝管制成。内管20和外管10优选地是无缝的，以便防止生产的多层管在其表面上有接缝。
通常提供机械强度的外管10包括碳锰钢合金，并且内管20包括耐腐蚀合金、耐磨损合金或耐疲劳合金。
根据本发明的一实施方式，外管10可具有以下化学成分：
C≤0.30
Mn≤1.40
P≤0.030
S≤0.030
Cu≤0.5
Cr≤0.5
Ni≤0.5
Mo≤0.15
Nb+V+Ti≤0.15
及以下机械性能，在根据本发明的方法之前和之后(YS＝屈服强度并且UTS＝抗拉强度)：
360MPa<YS<830MPa
455MPa<UTS<935MPa
最小伸长率εmin＝15％。
用于内管20的耐腐蚀合金的腐蚀环境对应于国际标准NACE MR0175的环境水平I-VII。
如以上说明的，耐腐蚀合金(CRA)或耐磨损合金(WRA)或耐疲劳合金的其他管可应用于外管上，组成另外的外层。内管20和/或用于外部包覆的管可由包括碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、镍基合金、钛基合金、钴基合金、铜基合金、锡基合金、锆基合金和因科镍合金
Figure GDA0002547102480000121
中至少一种的材料制成。
在本发明的可替代的实施方式中，在热拉拔之前，管状元件在外管10与内管20之间的界面上包括金属材料的至少一个中间层。该金属材料的中间层的熔点可低于组成外管10和内管20的金属材料的熔点，但是它不是确保管之间的冶金结合的主要成分。因此，在具有热拉拔工艺的该实施方式中，管可被加热至显著低于950℃至1050℃的报告范围的温度。金属材料的中间层也可由对外管10和内管20具有亲合力的材料形成，以便避免可使材料之间界面变弱的有害相位的形成。中间层可包括镍(Ni)、锆(Zn)或其他金属或金属合金。
当形成多层管的层之间的结合满足如以上描述的标准ASTM A578和API 5LD的最低要求时，通过该方法生产的多层管是复合管。根据本发明，复合管可在外管10与内管20之间实现高达100％的包覆。
通过本发明的方法生产的多层管的尺寸将取决于其应用。根据本发明的一实施方式，管可具有从50.80mm<dext<355.6mm变化的外直径dext，和从5.0mm<WT<30.0mm变化的壁厚WT，其中，用于管线应用的耐腐蚀合金的管的最小壁厚是WTmin-CRA＝2.50mm。
当与在根据本发明的生产方法之前的最初组装管相比时，最终管的总变形值如下：
外径变形：0.1至20％
壁厚变形：0.1至40％
壁截面积变形：0.1至40％
以上描述的实例表示优选的实施方式；然而，应当理解的是，本发明的范围包括其他可能的变化，并且仅由所附权利要求的内容限制，其包括所有可能的等同物。

Claims (15)

1.一种用于由管状元件生产具有冶金结合的多层管(1)的方法，所述管状元件包括金属材料的至少一个外管(10)和布置在所述外管内的金属材料的一个内管(20)，在所述外管和所述内管的界面的至少一些部分处，所述外管(10)的内表面机械地结合至所述内管(20)的外表面，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
通过布置金属材料的所述外管(10)和在所述外管内的金属材料的所述内管(20)而形成所述管状元件，并且使所述内管(20)和所述外管(10)经受机械膨胀，由此在所述外管的内表面与所述内管的外表面之间沿着所述管状元件的整个界面产生机械结合；
在生产线上，同时加热并拉拔所述管状元件，以使所述管状元件由第一直径变为更小的第二直径，其中，所述管状元件的每个部分经受由感应进行的加热，并且然后经受热拉拔，并且其中所述管状元件利用位于所述管状元件内的心轴而被拉拔，
其中在同时加热并拉拔所述管状元件的步骤中，在所述内管的材料与所述外管的材料混合的扩散区域中，在所述外管的内表面与所述内管的外表面之间直接形成冶金结合，
其中在同时加热并拉拔的所述步骤之后，所述方法进一步包括强迫对流冷却所述管状元件的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外管(10)由碳锰钢合金构成，并且所述内管(20)由耐腐蚀合金构成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当与布置在所述生产线上的电磁线圈(7)交叉时，所述管状元件的每个区段在至少900℃温度下被加热。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述加热和所述拉拔的步骤中，所述管状元件被拉而穿过至少一个电磁线圈(7)的内部，在此所述管状元件被加热至950℃至1050℃之间的温度，并且所述管状元件被拉而穿过连续地布置在所述电磁线圈(7)的出口处的拉拔模，其中所述心轴(2)设置在所述管状元件内并与拉拔模(4)的开口对准。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述拉拔的步骤包括通过在所述拉拔模(4)与所述心轴(2)之间压缩所述管状元件来减小所述管状元件的壁厚。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述热拉拔的步骤之后，所述方法包括：随后的冷拉拔步骤，以及所述内管(20)的内表面与所述外管(10)的外表面的预先润滑步骤。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在拉拔之后，所述方法包括所述管状元件的弯曲步骤。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当生产所述多层管时，将0.1％至20％的外直径变形、0.1％至40％的壁厚变形和0.1％至40％的壁截面积变形一起提供至安装的所述外管和所述内管。
9.一种具有通过根据权利要求1至8中的任一项所述的方法生产的冶金结合的多层管(1)，其特征在于，所述多层管包括金属材料的至少一个外管(10)和布置在所述外管内的金属材料的一个内管(20)，在所述外管和所述内管的界面的至少一些部分处，所述外管(10)的内表面冶金结合至所述内管(20)的外表面，所述外管(10)由碳锰钢制成，并且所述内管(20)由耐腐蚀合金制成，
其中所述多层管包括在所述内管的材料与所述外管的材料混合的扩散区域中的所述外管的内表面与所述内管的外表面之间的冶金结合。
10.根据权利要求9所述的多层管(1)，其特征在于，金属材料的所述内管(20)由包括碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、镍基合金、钛基合金、钴基合金、铜基合金、锡基合金、锆基合金和
Figure FDA0002547102470000032
Figure FDA0002547102470000033
中的至少一种材料制成。
11.根据权利要求9或10所述的多层管(1)，其特征在于，所述外管(10)和所述内管(20)是无缝管。
12.根据权利要求9或10所述的多层管(1)，其特征在于，所述外管(10)是无缝管，并且所述内管(20)具有焊缝。
13.根据权利要求9或10所述的多层管(1)，其特征在于，所述多层管进一步包括外层，所述外层布置在所述外管的外部，所述外层由第二外管制成，所述第二外管的内直径大于所述外管(10)的外直径，并且所述外层冶金结合至所述外管(10)。
14.根据权利要求13所述的多层管(1)，其特征在于，所述外层由耐腐蚀合金、耐磨损合金和耐疲劳合金中的一种构成。
15.根据权利要求9或10所述的多层管(1)，其特征在于，在所述外管(10)与所述内管(20)之间达到100％的冶金结合。
CN201480058457.6A 2013-08-23 2014-07-23 用于由拉拔生产具有冶金结合的多层管的方法和通过该方法生产的多层管 Active CN105722615B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BRBR1020130216640 2013-08-23
BR102013021664-0A BR102013021664B1 (pt) 2013-08-23 2013-08-23 processo para produção de tubo cladeado por trefilação e tubo cladeado
PCT/BR2014/000249 WO2014169366A2 (en) 2013-08-23 2014-07-23 Process for producing a multilayer pipe having a metallurgical bond by drawing, and multilayer pipe produced by this process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105722615A CN105722615A (zh) 2016-06-29
CN105722615B true CN105722615B (zh) 2020-10-23

Family

ID=51292750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480058457.6A Active CN105722615B (zh) 2013-08-23 2014-07-23 用于由拉拔生产具有冶金结合的多层管的方法和通过该方法生产的多层管

Country Status (13)

Country Link
US (1) US10941885B2 (zh)
EP (1) EP3036053B1 (zh)
JP (1) JP6558588B2 (zh)
KR (1) KR102278376B1 (zh)
CN (1) CN105722615B (zh)
AR (1) AR097429A1 (zh)
AU (3) AU2014253614A1 (zh)
BR (1) BR102013021664B1 (zh)
CA (1) CA2925940C (zh)
ES (1) ES2862465T3 (zh)
HK (1) HK1220945A1 (zh)
MX (1) MX2016002398A (zh)
WO (1) WO2014169366A2 (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR102013021664B1 (pt) * 2013-08-23 2020-11-10 Vallourec Soluções Tubulares Do Brasil S.A processo para produção de tubo cladeado por trefilação e tubo cladeado
DE102016111591A1 (de) * 2016-06-24 2017-12-28 Sandvik Materials Technology Deutschland Gmbh Verfahren zum Umformen einer Luppe aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung in ein Rohr
WO2018002295A1 (en) * 2016-07-01 2018-01-04 Sandvik Intellectual Property Ab Bimetallic tube and method for manufacturing a bimetallic tube
CN106122611A (zh) * 2016-07-20 2016-11-16 无锡派乐科技有限公司 无缝管件结构
CN107774736B (zh) * 2016-08-31 2019-03-01 扬州市管件厂有限公司 金属复合管件制备装置及制备方法
CA3053440A1 (en) * 2017-02-28 2018-09-07 Sandvik Intellectual Property Ab A tube structure with a protected sensor and method for manufacturing a tube structure with a protected sensor
EP3502294A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-26 Tubacex Innovación A.I.E. Duplex stainless steel resistant to corrosion
BR102018015331A2 (pt) * 2018-07-26 2020-02-04 Vallourec Solucoes Tubulares Do Brasil S A método para avaliação do nível inclusional em tubos de aço utilizando transdutor de alta frequência na inspeção ultrassônica automática
CN109127771B (zh) * 2018-08-30 2019-09-03 东北大学 一种利用多层金属极薄带卷复合制备无缝管的方法
US11826805B2 (en) * 2019-03-01 2023-11-28 Bhaven Chakravarti Systems and methods for production of metallurgically bonded clad billet and products thereof, and metallurgically bonded clad billet
KR102322805B1 (ko) * 2020-01-23 2021-11-10 가천대학교 산학협력단 다층구조 핵연료 피복관 제조방법
CN111468555B (zh) * 2020-03-16 2023-04-18 宁夏中色金航钛业有限公司 小规格钛及钛合金管材的制造方法及钛及钛合金管材
CN112872207B (zh) * 2021-01-28 2023-03-21 衡阳鸿源管业有限公司 在线钢管性能调节装置及钢管热扩与在线性能调节工艺
CN113414364B (zh) * 2021-06-21 2023-03-21 山西昌达盛精密铸造有限公司 一种固态双金属内壁耐磨物料输送圆管及其制备方法
KR102608986B1 (ko) * 2021-11-19 2023-11-30 홍성박 이중관 제조 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02187280A (ja) * 1989-01-13 1990-07-23 Sumitomo Metal Ind Ltd 金属二重管の製造方法
CN101737565A (zh) * 2008-11-04 2010-06-16 肖玉佳 一种制造铜铝复合管的方法
CN101829704A (zh) * 2010-05-21 2010-09-15 江苏亚太轻合金科技股份有限公司 一种铝合金复合管的加工方法
CN103171155A (zh) * 2013-01-23 2013-06-26 浙江科成电气有限公司 一种纤维增强环氧树脂复合管的制造方法及设备

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3481024A (en) * 1967-06-16 1969-12-02 Revere Copper & Brass Inc Method of bonding
US3598156A (en) 1968-07-15 1971-08-10 Jordan Band Bimetal tubing and method of making same
CA1077691A (en) * 1976-07-26 1980-05-20 Makoto Mitarai Method for producing clad steel pipes
JPS5645290A (en) * 1979-09-20 1981-04-24 Kawasaki Heavy Ind Ltd Manufacture of clad steel material
GB2085330B (en) 1980-10-20 1984-01-18 Sumitomo Metal Ind Method of preparing clad steels
EP0162410B1 (en) * 1982-03-17 1989-03-15 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Method of producing multiple-wall, composite tubular structures
SE447804B (sv) * 1983-04-20 1986-12-15 Kuroki Kogyosho Kk Forfarande for framstellning av sammansatta stalror
US4598857A (en) * 1984-04-02 1986-07-08 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Method of producing double-wall composite pipes
JPS6440116A (en) * 1987-08-07 1989-02-10 Nippon Steel Corp Manufacture of triplet pipe by mechanical bonding
CA2003295C (en) * 1988-12-09 1995-07-04 Yoshihisa Ohashi Process for manufacturing clad metal tubing
US5097585A (en) * 1989-07-31 1992-03-24 Construction Forms, Inc. Method of forming a composite tubular unit by expanding, low-frequency induction heating and successively quenching
JP2864397B2 (ja) * 1990-02-28 1999-03-03 日本鋼管株式会社 クラッドパイプの製造方法
US5231267A (en) * 1991-04-26 1993-07-27 Metcal, Inc. Method for producing heat-recoverable articles and apparatus for expanding/shrinking articles
GB2257384B (en) * 1991-07-12 1995-03-01 Ici Plc Method of manufacturing laminer-metallic tubing
US6009912A (en) * 1991-07-26 2000-01-04 Andre; James R. Steel pipe with integrally formed liner and method of fabricating the same
JPH05200432A (ja) * 1992-01-21 1993-08-10 Sumitomo Metal Ind Ltd 二重管製造方法
US5517540A (en) * 1993-07-14 1996-05-14 General Electric Company Two-step process for bonding the elements of a three-layer cladding tube
JP2897652B2 (ja) * 1994-09-05 1999-05-31 住友金属工業株式会社 マンドレルミルおよびそれを用いた管圧延方法
JPH0890258A (ja) 1994-09-19 1996-04-09 Mitsubishi Materials Corp クラッドパイプの製造方法
US5558150A (en) * 1995-05-26 1996-09-24 Erim Method of producing a cast multilayered alloy tube and the product thereof
US5988484A (en) * 1998-03-20 1999-11-23 Osborn; Donald Clad tubular product and method of manufacturing same
JP3597186B2 (ja) * 2002-03-04 2004-12-02 住友電工スチールワイヤー株式会社 マグネシウム基合金管及びその製造方法
JP4031827B2 (ja) * 2002-10-10 2008-01-09 三桜工業株式会社 二重管の曲げ方法
AU2003902440A0 (en) * 2003-05-20 2003-06-05 Cladtek International Pty Ltd Production of clad pipes
US20060037660A1 (en) * 2004-08-20 2006-02-23 Kinnally Kevin J Hydrogen conduit and process for producing same
US20060213566A1 (en) * 2005-03-25 2006-09-28 Johnson David J Vacuum insulated exhaust system
DE102005028766B4 (de) * 2005-06-22 2010-04-15 Airbus Deutschland Gmbh Rohrleitung sowie Verfahren zur Herstellung der Rohrleitung
NO325936B1 (no) * 2006-12-11 2008-08-18 Statoil Asa Fremgangsmate for utlegging av en rorledning med en innvendig korrosjonsbestandig kledning
WO2009047688A2 (en) 2007-10-11 2009-04-16 Robor (Pty) Ltd Steel tube drawing process and apparatus
ATE520479T1 (de) * 2009-06-19 2011-09-15 Bergrohr Gmbh Siegen Produktionsoptimiertes verfahren zur herstellung eines mehrlagenrohres
US20110017339A1 (en) * 2009-07-23 2011-01-27 Chakravarti Management, Llc Method for rolled seamless clad pipes
US20110017807A1 (en) * 2009-07-23 2011-01-27 Chakravarti Management, Llc Method for rolled seamless clad pipes
WO2012053172A1 (ja) * 2010-10-18 2012-04-26 住友金属工業株式会社 組網線入二重管の製造方法
DE102011010385A1 (de) * 2011-02-05 2012-08-09 Eads Deutschland Gmbh Doppelwandiges Rohr und Herstellungsverfahren
US8414715B2 (en) * 2011-02-18 2013-04-09 Siderca S.A.I.C. Method of making ultra high strength steel having good toughness
DE102011120890B4 (de) * 2011-12-09 2015-06-18 Benteler Deutschland Gmbh Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Metallrohres und danach hergestelltes mehrschichtiges Metallrohr
EP2789701A1 (en) * 2013-04-08 2014-10-15 DALMINE S.p.A. High strength medium wall quenched and tempered seamless steel pipes and related method for manufacturing said steel pipes
BR102013021663B1 (pt) * 2013-08-23 2020-08-25 Vallourec Soluções Tubulares Do Brasil S.A. processo para a produção de tubo revestido por expansão e tubo revestido produzido por esse processo
BR102013021664B1 (pt) * 2013-08-23 2020-11-10 Vallourec Soluções Tubulares Do Brasil S.A processo para produção de tubo cladeado por trefilação e tubo cladeado
KR101590021B1 (ko) * 2014-08-14 2016-02-01 동연스틸 주식회사 다중관 제조장치 및 이것을 이용한 다중관의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02187280A (ja) * 1989-01-13 1990-07-23 Sumitomo Metal Ind Ltd 金属二重管の製造方法
CN101737565A (zh) * 2008-11-04 2010-06-16 肖玉佳 一种制造铜铝复合管的方法
CN101829704A (zh) * 2010-05-21 2010-09-15 江苏亚太轻合金科技股份有限公司 一种铝合金复合管的加工方法
CN103171155A (zh) * 2013-01-23 2013-06-26 浙江科成电气有限公司 一种纤维增强环氧树脂复合管的制造方法及设备

Also Published As

Publication number Publication date
US20160273683A1 (en) 2016-09-22
EP3036053B1 (en) 2020-12-30
WO2014169366A2 (en) 2014-10-23
JP2016537203A (ja) 2016-12-01
EP3036053A2 (en) 2016-06-29
BR102013021664A2 (pt) 2014-10-29
CN105722615A (zh) 2016-06-29
AR097429A1 (es) 2016-03-16
JP6558588B2 (ja) 2019-08-14
WO2014169366A3 (en) 2014-12-31
ES2862465T3 (es) 2021-10-07
CA2925940C (en) 2022-06-28
HK1220945A1 (zh) 2017-05-19
US10941885B2 (en) 2021-03-09
CA2925940A1 (en) 2014-10-23
KR102278376B1 (ko) 2021-07-16
AU2020220106A1 (en) 2020-09-03
AU2014253614A1 (en) 2016-04-21
BR102013021664B1 (pt) 2020-11-10
MX2016002398A (es) 2016-11-08
BR102013021664A8 (pt) 2017-09-26
KR20160065098A (ko) 2016-06-08
AU2018208660A1 (en) 2018-08-09
AU2020220106B2 (en) 2022-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105722615B (zh) 用于由拉拔生产具有冶金结合的多层管的方法和通过该方法生产的多层管
AU2020203991B2 (en) Process for producing a multilayer pipe by expansion and multilayer pipe produced by said process
EP3558555B1 (en) A method for manufacturing a composite tube
JP2006523538A (ja) 冷間加工された高強度シームレス耐食管の製造方法
CN103451551B (zh) 一种耐高温磨蚀铸钢穿孔机顶头的制备方法
CA2706289A1 (en) Method for producing a forging from a gamma titanium aluminum-based alloy
CN104028957A (zh) 一种热挤压复合双金属无缝钢管的制造方法
CN113864537A (zh) 一种复合管的制备方法及其应用
Chugreeva et al. Production Chain of Hot-Forged Hybrid Bevel Gears from Depostition-Welded Blanks
Piweck et al. Comparison of the Joining Zone Development of Hybrid Semi-Finished Products after Different Extrusion Processes
Tang et al. Investigation into the local continuous heating calibration process of a 304 stainless steel pipe by electrically assisted roll bending
RU2625372C2 (ru) Способ изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов
CN117467902A (zh) 一种焊缝金属粉末及低温弯管的焊接和热处理方法
PIWEK et al. Investigation of the joining zone formation of impact extruded hybrid components by varied forming sequence and partial cooling

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1220945

Country of ref document: HK

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant