CN111805180A - 一种抗细菌腐蚀x65 hfw焊管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗细菌腐蚀X65HFW焊管的制造方法，依次包括拆卷对焊、刨边、成型、气体保护高频感应电阻焊、焊缝正火热处理、全管体时效热处理、定径飞剪、矫直、超声波检查、X射线检查、水压、管端倒棱和成品检查。本发明成型时采用小挤压量及小开口角度工艺，结合时效热处理后，焊管具有小的残余应力，切环法测量管体环向张开量仅‑20～0mm，低应力且负值残余应力成型，可预防应力作用下管材的SSCC等腐蚀开裂发生。正火热处理后又对管体进行时效热处理，使管体和焊接接头中固溶的Cu弥散析出纳米富Cu相，这种纳米富Cu相是提高焊管抗微生物腐蚀性能的核心关键。

Description

一种抗细菌腐蚀X65 HFW焊管的制造方法

技术领域：

本发明属于石油天然气管材技术领域，具体涉及一种抗细菌腐蚀X65 HFW焊管的制造方法。

背景技术：

目前我国多数油田已进入高含水期，原油及土壤中的微生物引起的管线材料腐蚀问题日益突出。我国石油天然气领域中微生物腐蚀造成的管道腐蚀损失占15～30％。微生物腐蚀常以局部快速点蚀穿孔为主要特征，其发生发展在时间和空间上难以预测，防治极其困难。微生物腐蚀以其广泛性、破坏性，威胁着管道的运行安全，同时造成巨大的经济损失。

细菌腐蚀中，硫酸盐还原菌(SRB)腐蚀是管线腐蚀坑及穿孔形成的主要原因。SRB腐蚀机理主要是，管材表面的SRB菌落易于形成黑色导电层(FeS/FeCO3)，黑色导电层将基体与介质连通，将基体Fe失去的电子传导至表面，发生阴极反应。而且，硫酸盐还原菌(SRB)能够将硫酸根离子还原成H₂S，在一定应力条件下，管材易于发生应力腐蚀开裂(SSCC)而失效。

目前，国内抗细菌腐蚀无缝钢管已在极少数油田试用，但是由于板材富Cu，成型及焊接等存在技术瓶颈，一直未见抗细菌腐蚀焊管相关研发和产品报道信息。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种抗细菌腐蚀X65 HFW焊管的制造方法，该焊管管体和焊缝强度适中，具有优异的抗细菌腐蚀性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种抗细菌腐蚀X65 HFW焊管的制造方法，依次包括拆卷对焊、刨边、成型、气体保护高频感应电阻焊、焊缝正火热处理、全管体时效热处理、定径飞剪、矫直、超声波检查、X射线检查、水压、管端倒棱和成品检查。

上述焊管的化学成分按质量百分比为C：≤0.07wt％，Si：0.10～0.25wt％，Mn：≤1.20wt％，P：≤0.01wt％，S：≤0.003wt％，Cu：1.0～2.0wt％，Ni：0.2～1.5wt％，Nb：≤0.03wt％，Ti：≤0.03wt％，Mo：≤0.20wt％，其余为铁和不可避免的杂质。

抗细菌腐蚀X65 HFW焊管用板材成分设计：采用低C、低Mn，大幅增加Cu元素，并添加Ni等合金元素弥补板材强度。C含量过高形成的碳化物会引起应力腐蚀抗性的恶化；低Mn以消除Mn偏析；富量Cu元素，可破坏细菌的蛋白质凝固和酶系统，导致细菌繁殖能力丧失和代谢系统紊乱；Ni可抵消低Mn带来的强度损失，提高对焊缝疲劳的斥力和低温脆性转变温度，也可调节因增Cu后板材的强韧性和可焊接性，避免焊缝凝固时产生低熔点Cu而产生裂纹。

上述成型，采用辊式成型时候的张力效应，最大限度地将弯矩加到X65带钢边部，调型时，精成型轧辊误差设定≤0.2mm，侧挤压前周长设定±0.3mm内，调整工作板宽及粗成型机架的轧辊参数，利用轧辊渐开线的特性，对带钢最边部给一小段“过弯曲”，为X65卷板在气体保护条件下高频焊接提供良好的边部条件，提高板边的延展性，使边部成型充分，且带钢边部的两个端面都实现比较平行的Ι型对接，也有利于焊接后内外表面形成均匀的毛刺，有利于刮除；成型过程中增大挤压力，根据挤压量和纵横径调整挤压量3±0.5mm，定径量6.5±0.5mm，从而控制成型阶段残余应力，确保HFW焊管成型后具有良好的椭圆度和低的残余应力，切环法测量管体环向张开量仅-20～0mm，低应力负值成型，可预防应力作用下腐蚀开裂(SSCC)的发生。

上述气体保护高频感应电阻焊接：为了保证抗细菌腐蚀X65 HFW板材焊接质量，采用高频感应电阻焊焊接时，需在99.9％高纯氩气气体保护环境中，确保氩气压力≥0.3Mpa，通过托罩加背面通气保护方式隔绝空气，以免焊缝颜色发生变化，通过焊接后的颜色来判定焊接的氧化程度，确保焊缝表面呈光亮的银白色。同时，应将小开口角、小挤压量、焊脚位置及侧挤压辊调整到适宜的状态，高频焊接感应焊频率：350±20KHZ，焊接速度：20±3m/min，频率控制可获得适当强度、韧性。

上述焊缝正火热处理：用感应加热对抗细菌腐蚀X65 HFW焊管焊缝进行正火热处理，温度为940～960℃，经过正火后的焊缝组织得到以珠光体(P)为主，多边形铁素体(PF)为辅的复相组织，且焊缝和母材组织及晶粒度相对均匀一致，可显著降低X65 HFW焊管焊缝沟腐蚀敏感系数，达到焊缝组织细化和消除应力集中的作用，极大预防细菌腐蚀条件下SSCC应力腐蚀发生，降低了焊缝沟槽腐蚀敏感系数。

上述全管体时效热处理：用感应加热对抗细菌腐蚀X65 HFW全管体进行时效热处理，对全管体加热500℃～580℃，时效处理1～2小时，使固溶的Cu发生时效析出，这也是提高焊管管体及焊接接头抗细菌腐蚀性能的关键。

本发明的有益效果在于：

1、本发明抗细菌腐蚀HFW焊管卷板在成分设计上，降低Mn含量，减少夹杂物大小及尺寸，减少裂纹源，有效提高板材本身抗应力腐蚀开裂能力，同时大幅增加了Cu含量，Cu可破坏细菌的蛋白质凝固和酶系统，导致细菌繁殖能力丧失和代谢系统紊乱，含Cu钢材可实现良好抗菌能力。

2、本发明对制造方法具体参数进行优化设计，使焊管低应力负值成型，采用小挤压量及小开口角度工艺和时效热处理后，焊管具有小的残余应力，切环法测量管体环向张开量仅-20～0mm，低应力且负值残余应力成型，可预防应力作用下管材的SSCC等腐蚀开裂发生。

3、焊管焊接时，增加了气体保护装置，在高纯氩气气体保护环境中完成高频感应电阻焊，防止了板材中以往富Cu时无气体保护，焊接接头易于在空气中过早氧化，焊接接头经常产生热裂纹，且焊缝冲击韧性不良现象。高纯氩气气体保护气氛下焊接，确保了抗细菌腐蚀焊缝金属良好的冲击韧性，-20℃焊缝金属夏比吸收功≥100J。

4、最重要的是，正火热处理后又对管体进行时效热处理，对焊管全管体进行500℃～580℃时效热处理1～2小时，使管体和焊接接头中固溶的Cu弥散析出纳米富Cu相，这种纳米富Cu相是提高焊管抗微生物腐蚀性能的核心关键。

5、采用某油田现场含细菌采排液(SRB含量2500个/ml)进行试验，浸泡30天后，抗细菌腐蚀焊管管体和焊接接头的细菌腐蚀点蚀深度均≤5μm，平均腐蚀速率远低于同钢级对比样，具有优良的抗细菌腐蚀性能。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例：以制造X65钢级Φ219.1×6.3mm抗细菌腐蚀HFW焊管为例。

表1 X65卷板化学成分分析(wt％)

(1)原料：采用壁厚为6.3mm的X65抗细菌腐蚀卷板，其化学成分如表1所示。

(2)焊管制造：采用抗细菌腐蚀X65热轧板卷生产外径219.1mm、壁厚6.3mmHFW焊接钢管。经过拆卷、矫平、铣边，精确控制带钢宽度在691.3～691.7mm，之后将带钢料头料尾对接对焊，并带钢刨边±0.25mm。

成型：采用辊式成型控制板边波形。

气体保护高频感应电阻焊接：采用高频感应电阻焊焊接时，在99.9％高纯氩气气体保护环境中，确保氩气压力≥0.3MPa，采用托罩加背面通气保护方式隔绝空气，调整氩气流量确保焊接后焊缝表面呈光亮的银白色，以免焊缝颜色发生变化。调整焊接电流、电压工艺参数，控制小开口角，调整和控制焊缝的挤压量3mm，使材料产生72°～75°的焊缝金属流动上升角。焊接速度20m/min。焊接成厚度为外径219.1mm、壁厚6.3mmHFW焊接钢管。

焊缝正火热处理：对抗细菌腐蚀X65焊管焊缝进行950±10℃在线正火，控制水冷开始温度在370±20℃，冷却速度约3℃/s。

全管体时效热处理：焊接后对抗细菌腐蚀X65焊管全管体加热550℃时效处理1小时，使固溶的Cu发生时效析出，这是提高焊管管体及焊接接头抗细菌腐蚀性能的关键。

定径飞剪：切断抗细菌腐蚀X65 HFW焊管长度，将焊管截成长度约为12m的管段。

矫直：为了保证钢管在成型、热处理的外型尺寸满足标准要求，对钢管进行定径矫直，使钢管具有良好的外形尺寸精度和直度。

管端坡口加工：按照要求尺寸在焊管两端加工坡口。

外观尺寸检查：根据要求对焊管外观尺寸进行测量。

(3)理化性能检验：切取管环测量抗细菌腐蚀X65 HFW焊管环向张开量为-8mm。焊缝0°和90°压扁试验全部合格，管体屈服强度Rt0.5：465～565MPa，管体抗拉强度Rb：540～680MPa，管体屈强比：0.75～0.90，管体伸长率：26～34％，焊缝抗拉强度Rm≥535MPa，-20℃管母AkV：105～205J，-20℃焊缝AkV：103～188J，管母和焊接接头硬度223～241HV10，参考API5L标准，力学性能检验全部符合且高于标准要求。

(4)耐应力腐蚀及沟槽腐蚀试验：抗细菌腐蚀X65 HFW焊管进行应力腐蚀性能试验，管母和焊缝抗SSCC应力腐蚀结果如表2所示，由此可见，抗细菌腐蚀X65 HFW焊管在施加72％SMYS应力水平时，具有抗SSCC应力腐蚀而不开裂能力。对抗细菌腐蚀X65 HFW焊管焊缝进行沟槽腐蚀，沟槽腐蚀溶液选用某油气田采排液，采排液中硫酸盐还原菌(SRB)数量含量2500个/ml，总矿化度约37000mg/L，其中cl-含量约28000mg/L，测得沟槽腐蚀平均敏感系数为1.12，远远小于标准要求1.30。

表2 Φ219.1×6.3mm抗细菌腐蚀X65HFW管SSCC四点弯曲测试结果

表3抗细菌腐蚀性能试验结果

(5)抗细菌腐蚀对比试验：

对实施例抗细菌腐蚀X65 HFW焊管管母和焊接接头，和普通X65钢级HFW管管母和焊接接头同时进行抗细菌腐蚀对比试验。试验选用四川某油气田含细菌的采排液，经过测定，采排液中硫酸盐还原菌(SRB)数量含量2500个/ml，总矿化度约37000mg/L，其中cl-含量约28000mg/L，将所有抗细菌腐蚀管管母和焊接接头以及常规普通HFW管管母和焊接接头对比挂片样浸泡720小时后，取出称重测量腐蚀速率，并通过激光共聚焦显微镜检测腐蚀后样品表面由SRB腐蚀导致的点蚀深度，测试结果见表3所示，可见抗细菌腐蚀X65 HFW焊管的管母和焊接接头，在细菌中的平均腐蚀速率远远低于常规X65 HFW对比管，且平均点蚀深度也远远低于常规X65 HFW对比管。表明本发明制造的X65 HFW抗细菌腐蚀Φ219.1×6.3mm焊管的管母和焊接接头，具有优异的抗细菌腐蚀能力。

综上，本发明焊管力学性能适中，管母和焊接接头抗细菌腐蚀点蚀深度均较浅，腐蚀速率较低，具有优异的抗细菌腐蚀能力。

Claims (6)

1.一种抗细菌腐蚀X65HFW焊管的制造方法，依次包括拆卷对焊、刨边、成型、气体保护高频感应电阻焊、焊缝正火热处理、定径飞剪、矫直、超声波检查、X射线检查、水压、管端倒棱和成品检查，其特征在于：气体保护高频感应电阻焊和焊缝正火热处理后，对全管体进行时效热处理。

2.根据权利要求1所述的一种抗细菌腐蚀X65HFW焊管的制造方法，其特征在于：焊管的化学成分按质量百分比为C：≤0.07wt％，Si：0.10～0.25wt％，Mn：≤1.20wt％，P：≤0.01wt％，S：≤0.003wt％，Cu：1.0～2.0wt％，Ni：0.2～1.5wt％，Nb：≤0.03wt％，Ti：≤0.03wt％，Mo：≤0.20wt％，其余为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种抗细菌腐蚀X65HFW焊管的制造方法，其特征在于：成型采用辊式成型，调型时，最大限度地将弯矩加到X65带钢边部，对带钢最边部给予小段过弯曲，采用小挤压量及小开口角度工艺，根据挤压量和纵横径调整挤压量为3±0.5mm，定径量为6.5±0.5mm，从而控制成型阶段残余应力为负值，切环法测量管体环向张开量为-20～0mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种抗细菌腐蚀X65HFW焊管的制造方法，其特征在于：所述气体保护高频感应电阻焊，采用99.9％高纯氩气，氩气压力≥0.3Mpa，通过托罩加背面通气保护方式隔绝空气，高频焊接感应焊频率：350±20KHZ，焊接速度：20±3m/min。

5.根据权利要求4所述的一种抗细菌腐蚀X65HFW焊管的制造方法，其特征在于：用感应加热对焊管焊缝进行正火热处理，温度为940～960℃，经过正火后的焊缝组织得到以珠光体为主，多边形铁素体为辅的复相组织。

6.根据权利要求5所述的一种抗细菌腐蚀X65HFW焊管的制造方法，其特征在于：用感应加热对全管体进行时效热处理，全管体加热至500℃～580℃，时效处理1～2小时。