CN112145815A - 一种耐腐蚀钢管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种耐腐蚀钢管及其制备方法，属于海洋抽沙技术领域。耐腐蚀钢管包括内层管和外层管，外层管套设并固定于内层管，外层管的材质为低合金钢，内层管的材质为合金模具钢。合金模具钢中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为0.80～2.10wt％。合金模具钢的碳当量为0.7～1.28％。本申请的外层管能够使耐腐蚀钢管满足强度和韧性要求。内层管用于与含有海水的沙直接接触，内层管与含有海水的沙的接触面具有较高的硬度、耐磨性和抗海水腐蚀能力。此耐腐蚀钢管能够应用于海洋抽沙用钢管，提高海洋抽沙用钢管的使用寿命，按一天作业12小时计算，使用寿命达到500～833天。

Description

一种耐腐蚀钢管及其制备方法
技术领域
本申请涉及海洋抽沙技术领域，具体而言，涉及一种耐腐蚀钢管及其制备方法。
背景技术
海洋抽沙用钢管安装在海洋抽沙船上，直径一般为800～1200mm，海洋抽沙是利用高速水流形成的负压将海底的沙子吸到船上。因此，要求钢管不仅要有足够的强度、韧性，而且要有好的耐磨性和抗海水腐蚀性。
现有海洋抽沙用钢管采用低合金高强度钢板制成，低合金高强度钢板的牌号一般为Q355B、Q355C、Q390B、Q390C、Q420MB、Q420MC、Q460MC等，厚度为45～65mm。将钢板按钢管尺寸要求下好料，室温下将材料在弯管机上冷成形并焊接成管段，再将管段一个个连接起来焊接成所需长度的海洋抽沙用钢管。
低合金高强度钢板的强韧性较好但表面硬度只有150～190HBW，耐磨性差。提高钢板强度可提高其硬度和耐磨性，但钢板的韧性会随着强度的提高而降低，钢管的耐疲劳性能也随着降低，容易在涌浪的冲击下断裂，所以海洋抽沙用钢管的屈服强度强度一般上不超过480MPa，硬度不超过200HBW。增大钢板厚度亦可延长钢管的使用寿命，但厚度的增大必然会带来钢管重量的增加，需要同步提高钢管支架的强度和刚度，必然带来设备重量的增加，影响抽沙船的整体经济效益，所以海洋抽沙用钢管的壁厚一般不超过65mm。并且，低合金高强度钢板抵抗海水腐蚀的能力低。
低合金高强度钢板制作的海洋抽沙用钢管使用寿命短，累计抽沙时间只有3000～5000小时，按一天作业12小时计算，使用寿命只有250～417天。
发明内容
本申请提供了一种耐腐蚀钢管及其制备方法，其能够提供一种耐腐蚀性能优异且强度较高的钢管。
本申请的实施例是这样实现的：
在第一方面，本申请示例提供了一种耐腐蚀钢管，其包括内层管和外层管，外层管套设并固定于内层管，外层管的材质为低合金钢，内层管的材质为合金模具钢。
合金模具钢中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为0.80～2.10wt％。
合金模具钢的碳当量为0.7～1.28％。
在上述技术方案中，本申请以低合金钢的管材作为外层管，以上述合金模具钢的管材作为内层管，外层管能够使耐腐蚀钢管满足强度和韧性要求，材料的屈服强度应≥355Mpa，0℃的V型冲击吸收能量应≥80J，且管径越大强度要求越高，但从强韧性搭配和成本控制角度出发，屈服强度不宜超过460Mpa。内层管用于与含有海水的沙直接接触，内层管与含有海水的沙的接触面具有较高的硬度、耐磨性和抗海水腐蚀能力。此耐腐蚀钢管能够应用于海洋抽沙用钢管，提高海洋抽沙用钢管的使用寿命，按一天作业12小时计算，使用寿命达到500～833天。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第一种可能的示例中，上述内层管的厚度为16～25mm，外层管的厚度为20～32mm。
在上述示例中，本申请的耐腐蚀钢管的厚度为36～57mm，比单一低合金材质钢管的厚度小5～10mm，重量可减轻7％～15％，可有效减低抽沙船的设备重量。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第二种可能的示例中，上述合金模具钢中Si的质量分数为0.15～0.40wt％，Mn的质量分数为0.75～1.60wt％，P的质量分数为0～0.035wt％，S的质量分数为0～0.040wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％；
可选地，合金模具钢包括第一模具钢，第一模具钢中C的质量分数为0.38～0.43wt％，Cr的质量分数为0.80～1.10wt％，Si的质量分数为0.15～0.35wt％，Mn的质量分数为0.75～1.00wt％，P的质量分数为0～0.035wt％，S的质量分数为0～0.040wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，第一模具钢的碳当量为0.70～0.85％；
可选地，合金模具钢包括第二模具钢，第二模具钢中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为1.80～2.10wt％，Si的质量分数为0.20～0.40wt％，Mn的质量分数为1.30～1.60wt％，P的质量分数为0～0.030wt％，S的质量分数为0～0.030wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，第二模具钢的碳当量为1.00～1.18％；
可选地，合金模具钢包括第三模具钢，第三模具钢中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为1.80～2.10wt％，Si的质量分数为0.20～0.40wt％，Mn的质量分数为1.30～1.60wt％，P的质量分数为0～0.030wt％，S的质量分数为0～0.025wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，第三模具钢的碳当量为1.05～1.28％。
在上述示例中，本申请中使用Cr、Mo和Ni含量较多的合金模具钢制成的钢管作为内层管，能够提高耐腐蚀钢管的使用面的硬度、耐磨性和抗海水腐蚀性能。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第三种可能的示例中，上述耐腐蚀钢管包括多个内层管节和多个外层管节，多个内层管节依次首尾抵接形成内层管，多个外层管节依次首尾相连并开V形坡进行焊接形成外层管，任意相邻两个内层管节的第一连接处和任意相邻两个外层管节的第二连接处错位。
在上述示例中，本申请的耐腐蚀钢管的内层管和外层管的连接处错位，避免内层管和外层管在相同位置连接，提高耐腐蚀钢管的整体强度。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第四种可能的示例中，上述第一连接处与相邻第二连接处的距离为300～500mm。
结合第一方面，在本申请的第一方面的第五种可能的示例中，上述内层管节比外层管节长1～2mm。
可选地，内层管节和外层管节之间的间隙的宽度为0.5～2.5mm。
可选地，内层管节的外径比外层管节的内径小1～4mm。
在上述示例中，本申请的耐腐蚀钢管的内层管采用抵接的方式连接，外层管采用焊接的方式连接，当相邻两个内层管充分抵接后，相邻两个内层管对应的外层管之间留有1～2mm的缝隙，焊接外层时将焊料从此处的缝隙开始向外沿V形坡口进行堆填，使相邻两个外层管稳定焊接。
在第二方面，本申请示例提供了一种耐腐蚀钢管的制备方法，其包括：将外层管套设于内层管并在两端进行点焊固定。
在上述技术方案中，本申请制备方法简便，制得的耐腐蚀钢管强度较高。
结合第二方面，在本申请的第二方面的第一种可能的示例中，上述内层管通过以下方法制得：
将合金模具钢板经过回火处理制得回火后的合金模具钢板，将回火后的合金模具钢板冷加工弯曲成管状，焊接制得内层管。
可选地，回火处理的温度为400～630℃。
可选地，回火后的合金模具钢板的表面硬度为270～350HBW。
可选地，合金模具钢板包括厚度为16～25mm的第一模具钢板，第一模具钢板中C的质量分数为0.38～0.43wt％，Cr的质量分数为0.80～1.10wt％，Si的质量分数为0.15～0.35wt％，Mn的质量分数为0.75～1.00wt％，P的质量分数为0～0.035wt％，S的质量分数为0～0.040wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，第一模具钢板的碳当量为0.70～0.85％，第一模具钢板的回火处理的温度为400～450℃。
可选地，合金模具钢板包括厚度为16～25mm的第二模具钢板，第二模具钢板中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为1.80～2.10wt％，Si的质量分数为0.20～0.40wt％，Mn的质量分数为1.30～1.60wt％，P的质量分数为0～0.030wt％，S的质量分数为0～0.030wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，第二模具钢板的碳当量为1.00～1.18％，第二模具钢板的回火处理的温度为550～600℃。
可选地，合金模具钢板包括厚度为16～25mm的第三模具钢板，第三模具钢板中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为1.80～2.10wt％，Si的质量分数为0.20～0.40wt％，Mn的质量分数为1.30～1.60wt％，P的质量分数为0～0.030wt％，S的质量分数为0～0.025wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，第三模具钢板的碳当量为1.05～1.28％，第三模具钢板的回火处理的温度为580～630℃。
在上述示例中，先将合金模具钢板经回火处理，能够降低合金模具钢板的表面硬度，使其在冷加工弯曲成管状的过程中不易开裂或折断，同时保持一定的耐磨性。
结合第二方面，在本申请的第二方面的第二种可能的示例中，上述内层管通过以下方法制得：
焊接制得内层管的方法包括：先对管状的回火后的合金模具钢板的焊接热影响区进行预热，再焊接，焊接后用保温棉覆盖焊缝和热影响区，待焊缝温度降至50℃以下后撤除保温棉。
可选地，预热温度为150～300℃。
可选地，焊接时用中小焊接线能量多道次焊接，埋弧焊的焊接线能量为40～60J/cm，手工焊时的焊接线能量为30～50J/cm。
在上述示例中，预热可以保证在温度≥120℃的条件下将焊接面的坡口焊合并填满，降低焊缝与周围金属的温差，既可防止焊接过程中焊缝附近的基体因升温过快产生热裂纹，又可防止焊接完成后焊缝附近的基体因降温过快产生热裂纹。焊接后用保温棉覆盖焊缝和热影响区，能够降低其冷却速度，防止产生过大的冷却热应力导致焊缝或热影响区开裂。
结合第二方面，在本申请的第二方面的第三种可能的示例中，上述内层管通过以下方法制得：
将合金模具钢板加热至860～930℃，将加热后的合金模具钢热加工弯曲成管状，将管状的合金模具钢板冷却至150～300℃后，焊接制得内层管。
在上述示例中，热加工方式使合金模具钢的强度暂时降低、韧性暂时提高，有利于弯曲形成管状结构。
结合第二方面，在本申请的第二方面的第四种可能的示例中，将上述外层管套设于内层管的方法包括：
将外层管节错位套设于内层管节并在两端进行点焊固定制得单元管节，在单元管节的一端内层管节伸出于外层管节，在单元管节的另一端外层管节伸出于内层管节，将多个单元管节依次首尾相连并焊接外层管节制得耐腐蚀钢管。
在上述示例中，本申请的耐腐蚀钢管的内层管和外层管错位套设，避免内层管和外层管在相同位置连接，提高耐腐蚀钢管的整体强度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例两个单元管节连接的剖视图；
图2为本申请实施例的单元管节的剖视图。
附图标记：10-单元管节；100-内层管节；101-第一连接处；200-外层管节；201-第二连接处；300-点焊固定点。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下针对本申请实施例的一种耐腐蚀钢管及其制备方法进行具体说明：
本申请提供一种耐腐蚀钢管，其包括内层管和外层管，外层管套设并固定于内层管，外层管的材质为低合金钢，内层管的材质为合金模具钢。
合金模具钢中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为0.80～2.10wt％。
合金模具钢的碳当量为0.7～1.28％。
发明人发现低合金钢材质的外层管能够为耐腐蚀钢管提供足够的强度和韧性，而内层管作为与含海水的沙直接接触的管道，合金模具钢材质的内层管具有较高的硬度、耐磨性和抗海水腐蚀能。即低合金钢材质的外层管和合金模具钢材质的内层管配合能够使整个耐腐蚀钢管既满足强度和韧性要求，又有较好的耐磨性和抗海水腐蚀性。
其中，碳当量(CEV)＝[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100％。
可选地，低合金钢板的屈服强度为355～500MPa。
可选地，低合金钢板为低合金高强度钢板；
可选地，低合金钢板包括牌号为Q355C、Q390C、Q420MC或Q460MC的低合金钢板。
可选地，合金模具钢板的表面硬度为270～350HBW。
当合金模具钢板的表面硬度较高时，其不容易弯曲成管状；当合金模具钢板的表面硬度较低时，由其制成的内层管的耐磨性较差。当合金模具钢板的表面硬度为270～350HBW，既能使其在弯曲形成内层管的过程中不易裂开或断裂，还能够使制得的内层管保持较高的耐磨性。
可选地，合金模具钢板包括牌号为4140、1.2311或1.2738的合金模具钢板。
其中，牌号为4140的合金模具钢中C的质量分数为0.38～0.43wt％，Cr的质量分数为0.80～1.10wt％，Si的质量分数为0.15～0.35wt％，Mn的质量分数为0.75～1.00wt％，P的质量分数为0～0.035wt％，S的质量分数为0～0.040wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，Ni的质量分数少于等于0.25wt％，碳当量为0.70～0.85％。
牌号为1.2311合金模具钢中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为1.80～2.10wt％，Si的质量分数为0.20～0.40wt％，Mn的质量分数为1.30～1.60wt％，P的质量分数为0～0.030wt％，S的质量分数为0～0.030wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，碳当量为1.00～1.18％。
牌号为1.2738的合金模具钢中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为1.80～2.10wt％，Si的质量分数为0.20～0.40wt％，Mn的质量分数为1.30～1.60wt％，P的质量分数为0～0.030wt％，S的质量分数为0～0.025wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，Ni的质量分数为0.90～1.20wt％，碳当量为1.05～1.28％。
外层管的厚度为20～32mm，内层管的厚度为16～25mm。
耐腐蚀钢管的厚度为内层管和外层管的厚度和，即本申请的耐腐蚀钢管的厚度为36～57mm。
而采用单一低合金高强度钢板制成的海洋抽沙用钢管的厚度为45～65mm。本申请的耐腐蚀钢管的厚度比采用单一低合金高强度钢板制成的海洋抽沙用钢管的厚度小5～10mm，从而使整个管材的重量减轻7％～15％，可有效减低抽沙船的设备重量。
在本申请的一种实施方式中，外层管的厚度可以为25mm，内层管的厚度可以为20mm，耐腐蚀钢管的厚度为45mm。在本申请的其他一些实施方式中，外层管的厚度可以为20mm，内层管的厚度可以为16mm，耐腐蚀钢管的厚度为36mm；或外层管的厚度可以为32mm，内层管的厚度可以为25mm，耐腐蚀钢管的厚度为57mm。
可选地，外层管的壁厚比内层管的壁厚大4～10mm。
可选地，内层管的外径比外层管的内径小1～4mm。
可选地，内层管和外层管之间的间隙的宽度为0.5～2.5mm。
请参阅图1和图2，本申请的耐腐蚀钢管包括多个单元管节10，多个单元管节10依次首尾相连形成耐腐蚀钢管。
每个单元管节10包括内层管节100和外层管节200，外层管节200错位套设于内层管节100上并点焊固定形成单元管节10。在单元管节10的一端，内层管节100伸出于外层管节200，在单元管节10的另一端，外层管节200伸出于内层管节100。将多个单元管节10依次首尾相连时，多个内层管节100依次首尾相连形成内层管，多个外层管节200依次首尾相连形成外层管，任意相邻两个内层管节100的第一连接处101和任意相邻两个外层管节200的第二连接处201错位。
耐腐蚀钢管的内层管和外层管的连接处错位，可避免内层管和外层管在相同位置连接，提高耐腐蚀钢管的整体强度。
可选地，内层管节100的外径比外层管节200的内径小1～4mm，内层管节100和外层管节200之间的间隙的宽度为0.5～2.5mm。从而确保内层管节100可顺利、完整的装入到外层管节200内。
同时，确保内层管节100可顺利、完整的装入到外层管节200内的前提下，内层管节100和外层管节200的间隙应该尽可能地小，防止后续管节连接时内表面形成明显的台阶。
可选地，第一连接处101与相邻第二连接处201的距离为300～500mm。
即在每个单元管节10的一端内层管节100伸出于外层管节200的长度L1为300～500mm。
可选地，内层管节100比外层管节200长1～2mm。
本申请的耐腐蚀钢管的内层管采用抵接的方式连接，外层管采用焊接的方式连接，当相邻两个内层管抵接后，相邻两个内层管对应的外层管之间留有1～2mm的缝隙L2，焊接外层时将焊料从缝隙L2开始向外沿V形坡口进行堆填，使相邻两个外层管稳定焊接。
本申请还提供一种耐腐蚀钢管的制备方法，其包括：将外层管套设于内层管并焊接。
其中，外层管节由低合金钢板制成。
先将低合金钢板按外层管或外层管的直径和长度的要求切割下料，在室温下将长度方向的两个侧面加工出焊接坡口，然后在弯管机上冷成形并用低合金钢焊条将坡口焊合，完成焊接后将钢管内表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管内表面保持在一个圆弧面上，即完成一个外层管节的制造。
内层管节由合金模具钢制成。
由于合金模具钢属高淬透性钢种，在轧制状态下的硬度和抗拉强度都很高，且在冷却过程中存在相变应力，这会给冷加工弯曲变形带来很大困难，一方面室温下弯曲变形的加工难度较大，另一方面容易在弯曲过程中发生断裂。
本申请提供一种内层管节的制造方法：
为解决室温下弯曲加工难度大且易断裂的问题，需要将轧态的合金模具钢先进行回火处理，将其硬度降低到合适的范围内，并消除其内部的相变应力。
在轧制状态下，当钢板厚度范围相同时，钢板的硬度和抗拉强度因化学成分的不同而表现出较大差异，表1为牌号为4140、1.2311和1.2738的合金模具钢板轧态硬度、抗拉强度与碳当量的关系。
表1合金模具钢板轧态硬度、抗拉强度与碳当量的关系
牌号 厚度/mm CEV％ 轧态硬度/HBW 轧态抗拉强度/MPa
4140 16～25 0.70～0.85 290～320 950～1080
1.2311 16～25 1.00～1.18 450～500 1550～1780
1.2738 16～25 1.05～1.28 480～530 1700～1860
由表1可知，同为Cr-Mn-Mo系合金钢，因各种化学元素含量不同导致碳当量大小不同，使钢板的轧态硬度和抗拉强度产生了差异。
从弯曲变形难易的角度看，钢板的硬度和强度越低越好，但硬度太低使钢板的耐磨性能下降，不利于延长抽沙管的使用寿命。发明人经过多次试验，在抽沙管常用的直径范围内(800～1200mm)，将钢板回火后的硬度控制在270～350HBW的范围内时即可有效防止在弯曲变形时发生开裂，所以将钢板回火目标硬度确定为270～350HBW。经过回火试验，得到4140、1.2311和1.2738三个牌号钢板最佳回火温度如表2所示。
表2合金模具钢板最佳回火温度
牌号 厚度/mm 最佳回火温度/℃ 回火后硬度/HBW
4140 16～25 400～450 270～300
1.2311 16～25 550～600 290～320
1.2738 16～25 580～630 320～350
由表2可知，牌号为4140的合金模具钢以400～450℃的温度回火，使回火后的合金模具钢的硬度降低至270～300HBW；牌号为1.2311的合金模具钢以550～600℃的温度回火，使回火后的合金模具钢的硬度降低至290～320HBW；牌号为1.2738的合金模具钢以550～600℃的温度回火，使回火后的合金模具钢的硬度降低至320～350HBW。
先将合金模具钢板经过回火处理，将回火的合金模具钢板按内层管或内层管的直径和长度的要求切割下料，在室温下将长度方向的两个侧面加工出焊接坡口，然后在弯管机上冷成形。
发明人发现合金模具钢高碳当量钢种对热裂纹敏感，可焊性很差，内层管制作过程中需采取特殊焊接工艺。
先对5倍钢板厚度的焊接热影响区进行预热，预热温度为150～300℃。预热可以保证在温度≥120℃的条件下将焊接面的坡口焊合并填满，降低焊缝与周围金属的温差，既可防止焊接过程中焊缝附近的基体因升温过快产生热裂纹，又可防止焊接完成后焊缝附近的基体因降温过快产生热裂纹。
焊缝采用V型坡口，坡口角度为30°～45°。此V型坡口可以减少焊缝面积和提高作业效率，在热影响区预热后快速完成焊接，避免多次预热。
焊接时用中小焊接线能量多道次焊接，控制焊缝周围金属的升温速度，防止温度急剧上升产生热裂纹，埋弧焊的焊接线能量为40～60J/cm，手工焊时的焊接线能量为30～50J/cm。焊接后用保温棉覆盖焊缝和热影响区，降低其冷却速度，防止产生过大的冷却热应力导致焊缝或热影响区开裂，待焊缝温度降至50℃以下后才可撤除保温棉。
焊接线能量可按下述公式计算：
Q＝IU/V×60
式中：Q—焊接线能量(J/cm)；I—焊接电流(A)；U—电弧电压(V)；V—焊接速度(cm/min)。
需要说明的是，为使焊缝的硬度、耐磨性和耐腐蚀性与基体基本一致，焊条应使用合金钢焊条，可以使用H18CrMoA或H13CrMoA焊条，这两种焊条的化学成分如表3所示。H18CrMoA或H13CrMoA焊条的化学成分与4140、1.2311、1.2738钢板较为接近，按上述焊接工艺完成焊接后，焊缝的硬度可达到300HBW左右，与基体的硬度基本相同。
表3 H18CrMoA或H13CrMoA焊条化学成分(wt％)
牌号 C Si Mn P≤ S≤ Cr Mo Ni≤ Cu≤
H18CrMoA 0.15～0.22 0.15～0.35 0.40～0.70 0.030 0.025 0.80～1.10 0.15～0.25 0.30 0.20
H13CrMoA 0.11～0.16 0.15～0.35 0.40～0.70 0.030 0.030 0.80～1.10 0.40～0.60 0.30 0.20
完成焊接后，再将钢管外表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管外表面保持在一个圆弧面上，即完成一个内层管节的制造。
本申请还提供另一种内层管节的制造方法：
在室温下将轧态的合金模具钢板按内层管的直径和长度的要求切割下料，下好料后在室温下将两个焊接面加工出坡口，再将其加热到860～930℃(完全奥氏体化)后，在弯管机上进行热成形，成形后在弯管机上缓慢转动进行随机冷却，冷却到600℃(完成奥氏体相变)后将其从弯管机上卸下来进行空冷，空冷到150～300℃时再开始进行焊接，将焊接面的坡口焊合，焊条应使用合金钢焊条。
可选地，焊条包括H18CrMoA或H13CrMoA。
焊接应采取小焊接线能量多道次焊接的工艺，完成焊接后要用保温棉对焊缝及其两侧5倍钢板厚度的热影响区进行覆盖，降低热影响区的冷却速度，防止产生热裂纹。待焊缝温度降至50℃以下后将保温棉撤除，将钢管外表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管外表面保持在一个圆弧面上，即完成一个内层管节的制造。
用热成形方法制作的内层钢管，虽然加工成本较高，但其制作过程相当于对合金模具板进行了一次正火处理，所以其硬度比冷成形的钢管更高，一般可以高40～70HBW，所以耐磨性更好，同时860～930℃的加热不会对钢板的耐海水腐蚀性能带来不利影响，所以可以得到使用寿命较长的内层管。由此制成的耐腐蚀钢管的连续抽沙累计时间预计可达到8000～13000小时。
当需要较长的耐腐蚀钢管时，可以先根据上述制造外层管节和内层管节的方法制造多个外层管节和多个内层管节。
将多个外层管节和多个内层管节拼接形成耐腐蚀钢管的方法如下：
将内层管节的两端加工至平齐且光滑，再将内层管节两端的外沿加工成45°的倒角，倒角区的长度为2～3mm。
需要说明的是，内层管节两端的倒角是为了给后续内层管节与外层管节进行点焊固定时留出空间，使焊点不外凸到内层管节的两端，使两个单元管节连接时其内层管节的端面可充分接触。
将外层管的两端按焊接需要预先加工出坡口。
将内层管节错位塞进外层管节中，形成单元管节，并且在单元管节的一端，内层管节伸出外层管节，在单元管节的另一端，外层管节伸出内层管节。
可选地，内层管节伸出于外层管节的长度为300～500mm。
需要说明的是，用于同一条耐腐蚀钢管上的所有单元管节的内层管节伸出于外层管节的长度应相同，且偏差应控制在-0.50～0.50mm的范围内。
然后在内层管和外层管的边界处点焊定位，焊点的长度和高度均应＜2mm，避免形成过大的凸起，影响下一步的连接工作。
如图2所示，点焊固定点300位于外层管和内层管的连接边界处。
需要说明的是，每个内层管节比每个外层管节长1～2mm。
本申请的耐腐蚀钢管的内层管采用抵接的方式连接，外层管采用焊接的方式连接，当相邻两个内层管抵接后，相邻两个内层管对应的外层管之间留有1～2mm的缝隙，焊接外层时将焊料从此处的缝隙开始向外沿V形坡口进行堆填，使相邻两个外层管稳定焊接。
按照上述方法制造多个单元管节后，先将一个单元管节以内层管伸出的一端与另一个单元管节以外层管伸出的一端精准地对接。内层管的连接处紧密接触，缝隙≤0.5mm，可以不进行焊接，提高生产效率，避免工作人员进入管内焊接可能带来的触电和吸入有毒气体的安全风险。
待两个外层管之间的接缝达到最小时，用低合金焊条将外层管的坡口焊合，焊接时先点焊固定，再多道次焊接填满坡口。
按照上述方法将多个单元管节依次首尾相连形成整个钢管，将再将钢管两端的内层管和外层管切割平齐，即完成耐腐蚀钢管的制造。
以下结合实施例对本申请的一种耐腐蚀钢管及其制备方法作进一步的详细描述。
实施例1
本申请实施例提供一种耐腐蚀钢管及其制备方法，其包括以下步骤：
1、制备外层管节
选用牌号为Q355C的低合金钢板，厚度为25mm。先将低合金钢板按外层管节的直径和长度的要求切割下料，在室温下将长度方向的两个侧面加工出焊接坡口，然后在弯管机上冷成形并用低合金钢焊条将焊接面的坡口焊合，完成焊接后将钢管内表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管内表面保持在一个圆弧面上，即完成一个外层管节的制造；
每个外层管节的长度为2200mm，内径为843mm。
2、制备内层管节
选用牌号为4140的合金模具钢，厚度为20mm。先将合金模具钢在450℃下进行回火处理，将回火的合金模具钢板按内层管节的直径和长度的要求切割下料，将长度方向的两个侧面加工出V型焊接坡口，然后对5倍钢板厚度的焊接热影响区进行预热，预热温度为200℃，焊接时用中小焊接线能量多道次焊接，控制焊缝周围金属的升温速度，埋弧焊的焊接线能量为40～60J/cm，手工焊时的焊接线能量为30～50J/cm，焊接后用保温棉覆盖焊缝和热影响区，待焊缝温度降至50℃以下后撤除保温棉，完成焊接后再将钢管外表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管外表面保持在一个圆弧面上，即完成一个内层管节的制造；
每个内层管节的长度为2202mm，内径为800mm。
3、制备耐腐蚀钢管
制造多个内层管节和多个外层管节后，先将内层管节的两端加工至平齐且光滑，并将内层管节两端的外沿加工成45°的倒角；再将外层管节的两端按焊接需要预先加工出坡口；
将内层管节错位塞进外层管节中，形成单元管节，并且在单元管节的一端，内层管节伸出外层管节，在单元管节的另一端，外层管节伸出内层管节，且内层管节伸出外层管节的部分的长度为400mm，在内层管节和外层管节的边界处点焊定位；
制造多个单元管节后，先将一个单元管节以内层管节伸出的一端与另一个单元管节以外层管节伸出的一端精准度对接，内层管节的连接处紧密接触，缝隙≤0.5mm，不进行焊接，待两个外层管节之间的接缝达到最小时，用低合金焊条将外层管节的坡口焊合，焊接时先点焊固定，再多道次焊接将V形坡口填满，使相邻两个外层管稳定焊接。
将多个单元管节依次首尾相连形成整个钢管，将再将钢管两端的内层管和外层管切割平齐，即完成耐腐蚀钢管的制造。
实施例2
本申请实施例提供一种耐腐蚀钢管及其制备方法，其包括以下步骤：
1、制备外层管节
选用牌号为Q390C的低合金钢板，厚度为25mm。先将低合金钢板按外层管节的直径和长度的要求切割下料，在室温下将长度方向的两个侧面加工出焊接坡口，然后在弯管机上冷成形并用低合金钢焊条将焊接面的坡口焊合，完成焊接后将钢管内表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管内表面保持在一个圆弧面上，即完成一个外层管节的制造；
每个外层管节的长度为2200mm，内径为943mm。
2、制备内层管节
选用牌号为1.2311的合金模具钢，厚度为20mm。先将合金模具钢在580℃下进行回火处理，将回火的合金模具钢板按内层管节的直径和长度的要求切割下料，将长度方向的两个侧面加工出V型焊接坡口，然后对5倍钢板厚度的焊接热影响区进行预热，预热温度为200℃，焊接时用中小焊接线能量多道次焊接，控制焊缝周围金属的升温速度，埋弧焊的焊接线能量为40～60J/cm，手工焊时的焊接线能量为30～50J/cm，焊接后用保温棉覆盖焊缝和热影响区，待焊缝温度降至50℃以下后撤除保温棉，完成焊接后再将钢管外表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管外表面保持在一个圆弧面上，即完成一个内层管节的制造；
每个内层管节的长度为2202mm，内径为900mm。
3、制备耐腐蚀钢管
制造多个内层管节和多个外层管节后，先将内层管节的两端加工至平齐且光滑，并将内层管节两端的外沿加工成45°的倒角；再将外层管节的两端按焊接需要预先加工出坡口；
将内层管节错位塞进外层管节中，形成单元管节，并且在单元管节的一端，内层管节伸出外层管节，在单元管节的另一端，外层管节伸出内层管节，且内层管节伸出外层管节的部分的长度为400mm，在内层管节和外层管节的边界处点焊定位；
制造多个单元管节后，先将一个单元管节以内层管节伸出的一端与另一个单元管节以外层管节伸出的一端精准度对接，内层管节的连接处紧密接触，缝隙≤0.5mm，不进行焊接，待两个外层管节之间的接缝达到最小时，用低合金焊条将外层管节的坡口焊合，焊接时先点焊固定，再多道次焊接将V形坡口填满，使相邻两个外层管稳定焊接。
将多个单元管节依次首尾相连形成整个钢管，将再将钢管两端的内层管和外层管切割平齐，即完成耐腐蚀钢管的制造。
实施例3
本申请实施例提供一种耐腐蚀钢管及其制备方法，其包括以下步骤：
1、制备外层管节
选用牌号为Q42M0C的低合金钢板，厚度为28mm。先将低合金钢板按外层管节的直径和长度的要求切割下料，在室温下将长度方向的两个侧面加工出焊接坡口，然后在弯管机上冷成形并用低合金钢焊条将焊接面的坡口焊合，完成焊接后将钢管内表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管内表面保持在一个圆弧面上，即完成一个外层管节的制造。
每个外层管节的长度为2200mm，内径为1048mm。
2、制备内层管节
选用牌号为1.2738的合金模具钢，厚度为22mm。先将合金模具钢在600℃下进行回火处理，将回火的合金模具钢板按内层管节的直径和长度的要求切割下料，将长度方向的两个侧面加工出V型焊接坡口，然后对5倍钢板厚度的焊接热影响区进行预热，预热温度为200℃，焊接时用中小焊接线能量多道次焊接，控制焊缝周围金属的升温速度，埋弧焊的焊接线能量为40～60J/cm，手工焊时的焊接线能量为30～50J/cm，焊接后用保温棉覆盖焊缝和热影响区，待焊缝温度降至50℃以下后撤除保温棉，完成焊接后再将钢管外表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管外表面保持在一个圆弧面上，即完成一个内层管节的制造。
每个内层管节的长度为2202mm，内径为1000mm。
3、制备耐腐蚀钢管
制造多个内层管节和多个外层管节后，先将内层管节的两端加工至平齐且光滑，并将内层管节两端的外沿加工成45°的倒角；再将外层管节的两端按焊接需要预先加工出坡口。
将内层管节错位塞进外层管节中，形成单元管节，并且在单元管节的一端，内层管节伸出外层管节，在单元管节的另一端，外层管节伸出内层管节，且内层管节伸出外层管节的部分的长度为400mm，在内层管节和外层管节的边界处点焊定位。
制造多个单元管节后，先将一个单元管节以内层管节伸出的一端与另一个单元管节以外层管节伸出的一端精准度对接，内层管节的连接处紧密接触，缝隙≤0.5mm，不进行焊接，待两个外层管节之间的接缝达到最小时，用低合金焊条将外层管节的坡口焊合，焊接时先点焊固定，再多道次焊接将V形坡口填满，使相邻两个外层管稳定焊接。
将多个单元管节依次首尾相连形成整个钢管，将再将钢管两端的内层管和外层管切割平齐，即完成耐腐蚀钢管的制造。
实施例4
本申请实施例提供一种耐腐蚀钢管及其制备方法，其包括以下步骤：
1、制备外层管节
选用牌号为Q420MC的低合金钢板，厚度为28mm。先将低合金钢板按外层管节的直径和长度的要求切割下料，在室温下将长度方向的两个侧面加工出焊接坡口，然后在弯管机上冷成形并用低合金钢焊条将焊接面的坡口焊合，完成焊接后将钢管内表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管内表面保持在一个圆弧面上，即完成一个外层管节的制造；
每个外层管节的长度为2200mm，内径为1048mm。
2、制备内层管节
选用牌号为1.2738的合金模具钢，厚度为22mm。在室温下将轧态的合金模具钢板按内层管节的直径和长度的要求切割下料，在室温下将长度方向的两个侧面加工出V型焊接坡口，再将其加热到900℃后，在弯管机上进行热成形，成形后在弯管机上缓慢转动进行随机冷却，冷却到600℃后将其从弯管机上卸下来进行空冷，空冷到250℃时再开始进行焊接，将长度方向的V型坡口焊合，焊接采取小焊接线能量多道次焊接的工艺，完成焊接后要用保温棉对焊缝及其两侧5倍钢板厚度的热影响区进行覆盖，待焊缝温度降至50℃以下后将保温棉撤除，将钢管外表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管外表面保持在一个圆弧面上，即完成一个内层管节的制造；
每个内层管节的长度为2202mm，内径为1000mm。
3、制备耐腐蚀钢管
制造多个内层管节和多个外层管节后，先将内层管节的两端加工至平齐且光滑，并将内层管节两端的外沿加工成45°的倒角；再将外层管节的两端按焊接需要预先加工出坡口；
将内层管节错位塞进外层管节中，形成单元管节，并且在单元管节的一端，内层管节伸出外层管节，在单元管节的另一端，外层管节伸出内层管节，且内层管节伸出外层管节的部分的长度为400mm，在内层管节和外层管节的边界处点焊定位；
制造多个单元管节后，先将一个单元管节以内层管节伸出的一端与另一个单元管节以外层管节伸出的一端精准度对接，内层管节的连接处紧密接触，缝隙≤0.5mm，不进行焊接，待两个外层管节之间的接缝达到最小时，用低合金焊条将外层管节的坡口焊合，焊接时先点焊固定，再多道次焊接将V形坡口填满，使相邻两个外层管稳定焊接。
将多个单元管节依次首尾相连形成整个钢管，将再将钢管两端的内层管和外层管切割平齐，即完成耐腐蚀钢管的制造。
对比例1
本申请对比例提供一种钢管及其制备方法，其包括以下步骤：
1、制备单元管节
选用牌号为Q355C的低合金钢板，厚度为55mm。先将低合金钢板按单元管节的直径和长度的要求切割下料，在室温下将长度方向的两个侧面加工出焊接坡口，然后在弯管机上冷成形并用低合金钢焊条将焊接面的坡口焊合，完成焊接后将钢管内表面的焊缝凸起打磨平整，使之与钢管内表面保持在一个圆弧面上，即完成一个单元管节的制造；
每个单元管节的长度为2200mm，内径为800mm。
2、制备钢管
制造多个单元管节后，将单元管节的两端按焊接需要预先加工出坡口；
将两个单元管节紧密相连，用低合金焊条将单元管节的坡口焊合，焊接时先点焊固定，再多道次焊接将V形坡口填满，使相邻两个外层管稳定焊接。
将多个单元管节依次首尾相连即完成耐腐蚀钢管的制造。
试验例1
分别测得实施例1～4和对比例1制得的钢管的外层材料的屈服强度和冲击吸收能量、内表面硬度、以及在海洋抽沙中的使用寿命，如表4所示。屈服强度按GB/T 228.1规定的方法测得、冲击吸收能量按GB/T 229规定的方法测得、硬度按GB/T 231.1规定的方法测得、使用寿命为实测值。
表4钢管在海洋抽沙中的使用寿命
Figure BDA0002701488350000211
由对比例1和实施例1对比可知，采用单一低合金钢材质制成的钢管内表面硬度较低，耐磨性较差，其使用寿命远远低于本申请的耐腐蚀钢管。
由实施例1～3互相之间对比可知，在内层材料同为回火后的合金模具钢板的情况下，内层材料为4140的耐腐蚀钢管的使用寿命最短，内层材料为1.2738的耐腐蚀钢管的使用寿命最长，内层材料为1.2311的耐腐蚀钢管的使用寿命居中。这是因为不同牌号的内层钢板的合金元素含量和碳当量存在差异，使钢板轧态硬度产生差异，回火后这种硬度差异依然存在，而内层材料硬度的高低直接影响到钢管的使用寿命。
由实施例3和实施例4对比可知，在内层材料同为1.2738的情况下，内层管采取热成形方式制得的耐腐蚀钢管的使用寿命远高于内层管用回火态钢板冷成形制得的耐腐蚀钢管的使用寿命，这也是受到表面硬度高低的影响。
综上所述，本申请提供一种耐腐蚀钢管及其制备方法，以低合金钢的管材作为外层管，以上述合金模具钢的管材作为内层管，外层管能够使耐腐蚀钢管满足强度和韧性要求。内层管用于与含有海水的沙直接接触，内层管与含有海水的沙的接触面具有较高的硬度、耐磨性和抗海水腐蚀能力。此耐腐蚀钢管能够应用于海洋抽沙用钢管，提高海洋抽沙用钢管的使用寿命，按一天作业12小时计算，使用寿命达到500～833天。
以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种耐腐蚀钢管，其特征在于，所述耐腐蚀钢管包括内层管和外层管，所述外层管套设并固定于所述内层管，所述外层管的材质为低合金钢，所述内层管的材质为合金模具钢；
所述合金模具钢中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为0.80～2.10wt％；
所述合金模具钢的碳当量为0.7～1.28％。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢管，其特征在于，所述内层管的厚度为16～25mm，所述外层管的厚度为20～32mm。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀钢管，其特征在于，所述合金模具钢中Si的质量分数为0.15～0.40wt％，Mn的质量分数为0.75～1.60wt％，P的质量分数为0～0.035wt％，S的质量分数为0～0.040wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％；
可选地，所述合金模具钢包括第一模具钢，所述第一模具钢中C的质量分数为0.38～0.43wt％，Cr的质量分数为0.80～1.10wt％，Si的质量分数为0.15～0.35wt％，Mn的质量分数为0.75～1.00wt％，P的质量分数为0～0.035wt％，S的质量分数为0～0.040wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，所述第一模具钢的碳当量为0.70～0.85％；
可选地，所述合金模具钢包括第二模具钢，所述第二模具钢中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为1.80～2.10wt％，Si的质量分数为0.20～0.40wt％，Mn的质量分数为1.30～1.60wt％，P的质量分数为0～0.030wt％，S的质量分数为0～0.030wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，所述第二模具钢的碳当量为1.00～1.18％；
可选地，所述合金模具钢包括第三模具钢，所述第三模具钢中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为1.80～2.10wt％，Si的质量分数为0.20～0.40wt％，Mn的质量分数为1.30～1.60wt％，P的质量分数为0～0.030wt％，S的质量分数为0～0.025wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，所述第三模具钢的碳当量为1.05～1.28％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的耐腐蚀钢管，其特征在于，所述耐腐蚀钢管包括多个内层管节和多个外层管节，所述多个内层管节依次首尾抵接形成所述内层管，所述多个外层管节依次首尾相连并开V形坡进行焊接形成所述外层管，任意相邻两个所述内层管节的第一连接处和任意相邻两个所述外层管节的第二连接处错位。
5.根据权利要求4所述的耐腐蚀钢管，其特征在于，所述第一连接处与相邻所述第二连接处的距离为300～500mm。
6.根据权利要求4所述的耐腐蚀钢管，其特征在于，所述内层管节比所述外层管节长1～2mm；
可选地，所述内层管节和所述外层管节之间的间隙的宽度为0.5～2.5mm；
可选地，所述内层管节的外径比所述外层管节的内径小1～4mm。
7.一种权利要求1～6任一项所述的耐腐蚀钢管的制备方法，其特征在于，所述耐腐蚀钢管的制备方法包括：将所述外层管套设于所述内层管并在两端进行点焊固定。
8.根据权利要求7所述的耐腐蚀钢管的制备方法，其特征在于，所述内层管通过以下方法制得：
将合金模具钢板经过回火处理制得回火后的合金模具钢板，将所述回火后的合金模具钢板冷加工弯曲成管状，焊接制得所述内层管；
可选地，所述回火处理的温度为400～630℃；
可选地，所述回火后的合金模具钢板的表面硬度为270～350HBW；
可选地，所述合金模具钢板包括厚度为16～25mm的第一模具钢板，所述第一模具钢板中C的质量分数为0.38～0.43wt％，Cr的质量分数为0.80～1.10wt％，Si的质量分数为0.15～0.35wt％，Mn的质量分数为0.75～1.00wt％，P的质量分数为0～0.035wt％，S的质量分数为0～0.040wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，所述第一模具钢板的碳当量为0.70～0.85％，所述第一模具钢板的回火处理的温度为400～450℃；
可选地，所述合金模具钢板包括厚度为16～25mm的第二模具钢板，所述第二模具钢板中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为1.80～2.10wt％，Si的质量分数为0.20～0.40wt％，Mn的质量分数为1.30～1.60wt％，P的质量分数为0～0.030wt％，S的质量分数为0～0.030wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，所述第二模具钢板的碳当量为1.00～1.18％，所述第二模具钢板的回火处理的温度为550～600℃；
可选地，所述合金模具钢板包括厚度为16～25mm的第三模具钢板，所述第三模具钢板中C的质量分数为0.35～0.45wt％，Cr的质量分数为1.80～2.10wt％，Si的质量分数为0.20～0.40wt％，Mn的质量分数为1.30～1.60wt％，P的质量分数为0～0.030wt％，S的质量分数为0～0.025wt％，Mo的质量分数为0.15～0.25wt％，所述第三模具钢板的碳当量为1.05～1.28％，所述第三模具钢板的回火处理的温度为580～630℃。
9.根据权利要求8所述耐腐蚀钢管的制备方法，其特征在于，焊接制得所述内层管的方法包括：先对管状的所述回火后的合金模具钢板的焊接热影响区进行预热，再焊接，焊接后用保温棉覆盖焊缝和热影响区，待焊缝温度降至50℃以下后撤除保温棉；
可选地，预热温度为150～300℃；
可选地，焊接时用中小焊接线能量多道次焊接，埋弧焊的焊接线能量为40～60J/cm，手工焊时的焊接线能量为30～50J/cm。
10.根据权利要求7所述的耐腐蚀钢管的制备方法，其特征在于，所述内层管通过以下方法制得：
将合金模具钢板加热至860～930℃，将加热后的所述合金模具钢热加工弯曲成管状，将管状的所述合金模具钢板冷却至150～300℃后，焊接制得所述内层管。
11.根据权利要求7所述的耐腐蚀钢管的制备方法，其特征在于，将所述外层管套设于所述内层管的方法包括：
将外层管节错位套设于内层管节并在两端进行点焊固定制得单元管节，在所述单元管节的一端所述内层管节伸出于所述外层管节，在所述单元管节的另一端所述外层管节伸出于所述内层管节，将多个所述单元管节依次首尾相连并焊接所述外层管节制得所述耐腐蚀钢管。
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