CN111805180B - 一种抗细菌腐蚀x65 hfw焊管的制造方法 - Google Patents
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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
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 (1)
1.一种抗细菌腐蚀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、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;焊管的化学成分按质量百分比为C:0.04wt%,Si:0.19wt%,Mn:0.98wt%,P:0.004wt%,S:0.002wt%,Cu:1.7wt%,Ni:0.62wt%,Nb:0.02wt%,Ti:0.014wt%,Cr:0.05wt%,V:0.05wt%,其余为铁和不可避免的杂质;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;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:20m/min;用感应加热对焊管焊缝进行正火热处理,温度为950±10℃,控制水冷开始温度在370±20℃,冷却速度为3℃/s,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;用感应加热对全管体进行时效热处理,全管体加热至500℃,时效处理1小时。
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