CN109609857B - 一种复合热煨弯管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合热煨弯管及其制备方法，所述方法包括：控制母管化学成分；从母管上选取前直管段、待弯曲段以及后直管段，利用设定宽度的环形加热带对待弯曲段进行加热，并对待弯曲段进行弯曲加工以形成复合热煨弯管的弯曲段；冷却，切割，热处理后得到复合热煨弯管，其中，所述环形加热带加热的宽度为20mm～30mm，加热温度为850℃～1000℃，热处理温度为480℃～550℃。通过本发明的方法能够使得弯管的基层管力学性能、复层管耐蚀性能和结合面剪切强度达到要求，制备得到的复合热煨弯管能够适宜于作为高压、高含硫和高酸性的石油、天然气的运输管路。

Description

一种复合热煨弯管及其制备方法
技术领域
本发明属于弯管制造领域，更具体地讲，涉及一种复合热煨弯管及其制备方法。
背景技术
随着我国经济发展对油气需求的日益增加，西部油气的开发建设速度进一步加快，遇到的高压、高含硫、高酸性的“三高”特殊工况条件也随之增多，普通的碳素钢弯管已经不能适应这一苛刻工况。
镍基合金复合热煨弯管能够满足高压、高含硫、高酸性的“三高”特殊工况条件的要求，但是镍基合金复合热煨弯管的制造难度极大。由于管线钢基层管和镍基合金复层管材质不同、组织不同、线膨胀系数不同，常用的机械复合管是通过机械旋压法、拉拔复合法等物理结合方法，形成的复合管结合面剪切强度一般为0.3～0.5MPa，在弯管制造过程中，在推力形变作用下，基层管和复层管之间相互剥离，从而造成复合管弯管分层，质量达不到标准要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的在于提出一种复合热煨弯管的制备方法，通过控制复合管材的化学成分、结合面剪切强度、煨制工艺参数和热处理参数，使得弯管基层管力学性能、复层管耐蚀性能和结合面剪切强度都能达到要求，使得弯管能够满足高压、高含硫和高酸性的工况下的服役能力要求。
例如，本发明的另一目的在于提出一种通过控制复合管材的化学成分、结合面剪切强度、煨制工艺参数和热处理参数，使得基层管力学性能、复层管耐蚀性能和结合面剪切强度都能够达到要求，能够满足“三高”工况要求的复合热煨弯管。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种复合热煨弯管制备方法，所述制备方法包括以下步骤：控制母管化学成分；从母管上选取前直管段、待弯曲段以及后直管段，利用设定宽度的环形加热带对待弯曲段进行加热，并对待弯曲段进行弯曲加工以形成复合热煨弯管的弯曲段；冷却，切割，热处理后得到复合热煨弯管，其中，所述环形加热带加热的宽度为20mm～30mm，加热温度为850℃～1000℃，热处理温度为480℃～550℃。
在本发明的复合热煨弯管制备方法的一个示例性实施例中，所述母管可以为复层管紧密套装在Ⅰ类基层管内以构成Ⅰ类母管，或者可以为复层管紧密套装在Ⅱ类基层管内以构成Ⅱ类母管，所述Ⅰ类基层管化学成分按质量分数计C：0.2％以下、Mn：1.3％以下、P：0.02％以下、S：0.01％以下、Nb+V+Ti：0.14％以下，其余是Fe和不可避免的杂质；所述Ⅱ类基层管化学成分按质量分数计C：0.09％以下、Si：0.38％以下、Mn：1.3％以下、P：0.017％以下、S：0.004％以下、Nb：0.045％以下、V：0.045％以下、Ti：0.024％以下、Al：
0.02～0.055％、Cr：0.24％以下、Ni：0.25％以下、Mo：0.1％以下、Cu：0.24％以下、N：0.007％以下、B：0.0005％以下，其余是Fe和不可避免的杂质；所述复层管按质量分数计C：0.04％以下、Si：0.4％以下、Mn：0.9％以下、S：0.02％以下、Ni：39.0～45.0％、Cr：20.0～23.0％、Mo：2.5～3.5％、Cu：1.6～2.9％、Al：0.2％以下、Ti：0.6～1.1％，其余是Fe及不可避免的杂质，且Fe含量为25.0％以上；
在本发明的复合热煨弯管制备方法的一个示例性实施例中，所述Ⅰ类母管和Ⅱ类母管的结合面的剪切强度可以大于210MPa。
在本发明的复合热煨弯管制备方法的一个示例性实施例中，所述加热带对Ⅰ类母管进行加热的温度可以为860～900℃，加热带对Ⅱ类母管进行加热的温度可以为930～970℃。
在本发明的复合热煨弯管制备方法的一个示例性实施例中，，所述Ⅰ类母管进行弯曲加工的弯曲速度可以为35mm/min～45mm/min，所述Ⅱ类母管进行弯曲加工的弯曲速度可以为25mm/min～35mm/min。
在本发明的复合热煨弯管制备方法的一个示例性实施例中，所述Ⅰ类母管的冷却可以采用工业洁净水，冷却水流量可以为1m3/h～5m3/h，所述Ⅱ类母管的冷却可以采用工业洁净水，冷却水流量可以为10m3/h～14m3/h。
在本发明的复合热煨弯管制备方法的一个示例性实施例中，所述Ⅰ类弯管的热处理方式可以为回火和固溶，热处理保温温度可以为500℃～540℃，热处理保温时间可以为120～160min。
在本发明的复合热煨弯管制备方法的一个示例性实施例中，所述Ⅱ类弯管的热处理方式为回火，热处理保温温度可以为500～540℃，热处理保温时间可以为60～100min。
在本发明的复合热煨弯管制备方法的一个示例性实施例中，所述环形加热带加热的宽度可以为22mm～27mm，加热温度可以为865℃～975℃，热处理温度可以为495℃～545℃。
在本发明的复合热煨弯管制备方法的一个示例性实施例中，所述复合热煨弯管可以由权利要求1至9中任意一项所述的复合热煨弯管制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过控制复合管材的化学成分、结合面剪切强度、煨制工艺参数和热处理参数，使得弯管的基层管力学性能、复层管耐蚀性能和结合面剪切强度都能够达到要求，使得弯管能够满足高压、高含硫和高酸性的工况下的服役能力要求。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明的镍基合金复合热煨弯管制备方法的一个示例性实施例的加工过程的示意图。
附图标记说明如下：
1-尾座 2-母管 3-导向轮 4-后直管段 5-感应圈 6-弯曲段 7-前直管段 8-摇臂。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例和附图来详细说明本发明的复合热煨弯管及其制备方法。
本发明的一方面提供了一种复合热煨弯管制备方法，尤其适用于镍基复合热煨弯管的制备。在本发明的复合热煨弯管制备方法的一个示例性实施例中，所述制备方法可以包括：
步骤(1)，复合管材的化学成分及结合面的剪切强度的控制。复合管材可以为Ⅰ类母管和/或Ⅱ类母管，其中，Ⅰ类母管由Ⅰ类基层管和复层管构成，Ⅱ类母管由Ⅱ类基层管和复层管构成。
①母管化学成分控制。
控制Ⅰ类基层管的化学成分，按质量分数计C：0.2％以下、Mn：1.3％以下、P：0.02％以下、S：0.01％以下、Nb+V+Ti：0.14％以下，其余是Fe和不可避免的杂质。另外，Ⅰ类基层管的成分也可以为C：0.05～0.15％、Mn：0.5～1.0％、P：0.018％以下、S：0.008％以下、Nb+V+Ti：0.05～0.10％。
控制Ⅱ类基层管的化学成分，按质量分数计C：0.09％以下、Si：0.38％以下、Mn：1.3％以下、P：0.017％以下、S：0.004％以下、Nb：0.045％以下、V：0.045％以下、Ti：0.024％以下、Al：0.02～0.055％、Cr：0.24％以下、Ni：0.25％以下、Mo：0.1％以下、Cu：0.24％以下、N：0.007％以下、B：0.0005％以下，进一步地，Nb+V+Ti：0.14％以下，其余是Fe和不可避免的杂质。另外，Ⅱ类基层管的成分也可以为C：0.03～0.08％、Si：0.20～0.30％、Mn：0.50～1.0％、P：0.015％以下、S：0.003％以下、Nb：0.01～0.04％、V：0.015～0.035％、Ti：0.01～0.02％、Al：0.03～0.045％、Cr：0.1～0.2％、Cu：0.05～0.15％、Ni：0.10～0.20％、Mo：0.03～0.08％、N：0.005％以下、B：0.0005％以下，进一步地，Nb+V+Ti：0.05～0.10％，其余是Fe和不可避免的杂质。
控制复层管的化学成分，按质量分数计C：0.04％以下、Si：0.4％以下、Mn：0.9％以下、S：0.02％以下、Ni：39.0～45.0％、Cr：20.0～23.0％、Mo：2.5～3.5％、Cu：1.6～2.9％、Al：0.2％以下、Ti：0.6～1.1％，其余是Fe及不可避免的杂质，且Fe：25.0％以上。另外，复层管的成分也可以控制为C：0.01～0.03％、Si：0.15～0.3％、Mn：0.3～0.7％、S：0.015％以下、Ni：41.0～43.0％、Cr：21.0～22.0％、Mo：2.8～3.2％、Cu：1.8～2.4％、Al：0.05～0.15％、Ti：0.7～1.0％，其余是Fe及不可避免的杂质，且Fe：30.0％以上。
②结合面的剪切强度的控制。发明人经研究发现：为了使弯管在制备过程中，基层管与复层管之间不相互剥离，需要将母管结合面的强度提高至210MPa以上，例如，可以采用爆炸焊接和JCOE制造方式制造母管。
步骤(2)，感应加热煨制。在Ⅰ类母管和/或Ⅱ类母管上选取前直管段、待弯曲段以及后直管段，利用设定宽度的环形加热带对待弯曲段进行加热，并对待弯曲段进行弯曲加工以形成所述弯管的弯曲段，对完成弯曲加工的部分进行冷却。为了使弯管的各项性能指标均能满足要求，需要严格控制煨制工艺参数。
所述环形加热带加热的宽度为20mm～30mm，加热温度为850℃～1000℃，热处理温度为480℃～550℃。
在本实施例中，对Ⅰ类母管进行加热的温度可以为860～900℃，另外，加热的温度可以为870～890℃，进一步地，可以为880℃。对Ⅰ类母管进行加热的加热带的宽度可以为20mm～30mm，另外，加热带的宽度可以为22.5～27.5mm，进一步地，可以为25mm。
在本实施例中，对Ⅱ类母管进行加热的温度可以为930～970℃，另外，加热的温度可以为940～960℃，进一步地，950℃。对Ⅱ类母管进行加热的加热带的宽度可以为20～30mm，另外，加热带的宽度可以为22.5～27.5mm，进一步地，例如，可以为25mm。
在对待弯曲段进行加热的过程中同时以合适的方式进行弯曲加工以形成弯管的弯曲段，其中，对Ⅰ类母管进行弯曲加工的弯曲速度可以为35mm/min～45mm/min，另外，弯曲速度可以为37.5～42.5mm/min，进一步地，弯曲速度40mm/min。。曲率半径不小于母管外径的5倍，一般为5D～6D。对Ⅱ类母管进行弯曲加工的弯曲速度可以为25～35mm/min，另外，弯曲速度可以为27.5～32.5mm/min，进一步地，30mm/min。。曲率半径不小于母管外径的5倍，一般为5D～6D。
对完成了弯曲加工的部分可以采用预定流量和温度的冷却液进行冷却，感应加热弯管的制作过程可以是边加热边冷却。对Ⅰ类母管和/或Ⅱ类母管的冷却采用工业洁净水。对Ⅰ类母管进行冷却的冷却水流量可以为1～5m3/h，另外，可以为2～4m3/h，进一步地，可以为3m3/h。对Ⅱ类母管进行冷却的冷却水流量可以为10～14m3/h，另外，可以为11～13m3/h，进一步地，可以为12m3/h。
步骤(3)，热处理。
对完成弯曲加工的弯管进行切割，切割后对弯管进行整体热处理。对Ⅰ类弯管的热处理方式为回火和固溶。对Ⅰ类弯管热处理的保温温度可以为500～540℃，另外，保温温度可以为510～530℃，进一步地，520℃。对Ⅰ类弯管热处理的保温时间可以为120～160min，另外，130～150min，进一步地，可以为140min。
对Ⅱ类弯管的热处理方式为回火。对Ⅱ类弯管热处理的保温温度可以为500～540℃，另外，保温温度可以为510～530℃，进一步地，可以为520℃。对Ⅱ类弯管热处理的保温时间可以为60～100min，另外，可以为70～90min，进一步地，可以为80min。
图1示出了本发明的热煨弯管制备方法的一个示例性实施例的加工过程的示意图。如图1所示，在母管的上料过程中，先将母管2放于尾座1与导向轮3之前，保持与摇臂8水平齐平，尾座1向前移动，使母管2通过中频感应线圈5，前直管段7进入摇臂夹具8内，锁死夹头。经过感应加热煨制处理后，得到由前直管段7、弯曲段6和后直管段4构成的镍基合金复合热煨弯管。本发明的镍基合金复合热煨弯管适宜于作为高压、高含硫和高酸性的石油、天然气的运输管路。
本发明的另一方面提供了一种复合热煨弯管，在本发明的复合热煨弯管的一个示例性实施例中，所述复合热煨弯管可以由以上所述的热煨弯管制备方法制备得到。
综上所述，通过控制复合管材的化学成分、结合面剪切强度、煨制工艺参数和热处理参数，使得弯管基层管力学性能、复层管耐蚀性能和结合面剪切强度都能够达到要求，使得弯管能够满足高压、高含硫和高酸性的工况下的服役能力要求。
尽管上面已经结合附图和示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (8)

1.一种复合热煨弯管制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
控制母管化学成分；
从母管上选取前直管段、待弯曲段以及后直管段，利用设定宽度的环形加热带对待弯曲段进行加热，并对待弯曲段进行弯曲加工以形成复合热煨弯管的弯曲段；
冷却，切割，热处理后得到复合热煨弯管，其中，
所述环形加热带加热的宽度为20mm～30mm，加热温度为850℃～1000℃，热处理温度为480℃～550℃，其中，
所述母管为复层管紧密套装在Ⅰ类基层管内以构成的Ⅰ类母管，或者为复层管紧密套装在Ⅱ类基层管内以构成的Ⅱ类母管，所述Ⅰ类基层管化学成分按质量分数计C：0.2％以下、Mn：1.3％以下、P：0.02％以下、S：0.01％以下、Nb+V+Ti：0.14％以下，其余是Fe和不可避免的杂质；所述Ⅱ类基层管化学成分按质量分数计C：0.09％以下、Si：0.38％以下、Mn：1.3％以下、P：0.017％以下、S：0.004％以下、Nb：0.045％以下、V：0.045％以下、Ti：0.024％以下、Al：0.02～0.055％、Cr：0.24％以下、Ni：0.25％以下、Mo：0.1％以下、Cu：0.24％以下、N：0.007％以下、B：0.0005％以下，其余是Fe和不可避免的杂质；所述复层管按质量分数计C：0.04％以下、Si：0.4％以下、Mn：0.9％以下、S：0.02％以下、Ni：39.0～45.0％、Cr：20.0～23.0％、Mo：2.5～3.5％、Cu：1.6～2.9％、Al：0.2％以下、Ti：0.6～1.1％，其余是Fe及不可避免的杂质，且Fe含量为25.0％以上；
所述Ⅰ类母管和Ⅱ类母管的结合面的剪切强度大于210MPa。
2.根据权利要求1所述复合热煨弯管制备方法，其特征在于，所述加热带对Ⅰ类母管进行加热的温度为860～900℃，加热带对Ⅱ类母管进行加热的温度为930～970℃。
3.根据权利要求1所述复合热煨弯管制备方法，其特征在于，所述Ⅰ类母管进行弯曲加工的弯曲速度为35mm/min～45mm/min，所述Ⅱ类母管进行弯曲加工的弯曲速度为25mm/min～35mm/min。
4.根据权利要求1所述复合热煨弯管制备方法，其特征在于，所述Ⅰ类母管的冷却采用工业洁净水，冷却水流量为1m3/h～5m3/h，所述Ⅱ类母管的冷却采用工业洁净水，冷却水流量为10m3/h～14m3/h。
5.根据权利要求1所述复合热煨弯管制备方法，其特征在于，所述Ⅰ类弯管的热处理方式为回火和固溶，热处理保温温度为500℃～540℃，热处理保温时间为120min～160min。
6.根据权利要求1所述复合热煨弯管制备方法，其特征在于，所述Ⅱ类弯管的热处理方式为回火，热处理保温温度为500℃～540℃，热处理保温时间为60min～100min。
7.根据权利要求1所述的复合热煨弯管制备方法，其特征在于，所述环形加热带加热的宽度为22mm～27mm，加热温度为865℃～975℃，热处理温度为495℃～545℃。
8.一种复合热煨弯管，其特征在于，所述复合热煨弯管由权利要求1至7中任意一项所述的复合热煨弯管制备方法制备得到。
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