CN114273447A - 金属管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例提供一种金属管的制造方法，该制造方法包括：采用压紧机组对金属管进行压紧处理；采用第一加热炉组对所述金属管进行加热处理；采用拉拔机组对所述金属管进行拉拔处理；其中，所述拉拔机组的运行速度高于所述压紧机组的运行速度，以使得所述金属管经过所述拉拔处理后外径变小，从而可以对金属管的外径进行灵活地改变，以满足工业需求，且采用该制造方法生产金属管，具有生产效率高、成本低、通用性好、寿命长的优点，从而全面提升了金属管用作油管时在复杂井况下作业时的可靠性、安全性以及施工效率，进而降低了作业成本，具有显著的优势和广阔的应用空间。
Description
技术领域
本公开的实施例涉及一种金属管的制造方法。
背景技术
陆地及海洋油气井用管是一种具有中空截面、周边没有接缝的圆形或者类圆形连续油管，该中空截面用作输送流体的通道。陆地及海洋油气井用管是用钢锭或者实心管坯经穿孔制成的毛管，然后经热轧、冷轧或者冷拔处理制成。
连续油管因其作业时间短、成本低、转移速度快等优势，在油气开采领域的应用广泛，例如，应用于冲砂、洗井、测井、完井及钻井等多个领域。连续油管与连续油管车配合作业，被称为油气开采领域的“万能作业机”。连续油管一般长达数千米、重量可达几十吨，其下入井内除了承受自身重量载荷外，还要受到拉伸、弯曲、扭转及内外压等复杂载荷的作用，有些井况中还含有酸性气体，这对连续油管的疲劳性能和耐腐蚀性能提出了更高的要求。由于钢材的抗弯曲性能和抗扭曲性能强，连续油管通常采用钢材制备形成。
发明内容
本公开至少一实施例提供一种金属管的制造方法，该制造方法通过调整拉拔机组的运行速度高于压紧机组的运行速度，以使得金属管经过拉拔处理后外径变小，从而对金属管的外径进行灵活地改变，以满足工业需求，且采用该制造方法生产金属管，具有生产效率高、成本低、通用性好、寿命长的优点，从而全面提升了金属管用作油管时在复杂井况下作业时的可靠性、安全性以及施工效率，进而降低了作业成本，且具有显著的优势和广阔的应用空间。
本公开至少一实施例提供一种金属管的制造方法，该制造方法包括：采用压紧机组对金属管进行压紧处理；采用第一加热炉组对所述金属管进行加热处理；采用拉拔机组对所述金属管进行拉拔处理；其中，所述拉拔机组的运行速度高于所述压紧机组的运行速度，以使得所述金属管经过所述拉拔处理后外径变小。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，所述压紧处理、所述加热处理和所述拉拔处理依次进行。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，所述拉拔机组的运行速度高于所述压紧机组的运行速度的2％～8％。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，所述金属管从所述压紧机组到所述拉拔机组传输的方向为第一方向，所述拉拔机组包括沿着所述第一方向依次排布的第一拉拔机和第二拉拔机，所述第一拉拔机和所述第二拉拔机中的一个沿着所述第二方向对所述金属管施加夹紧力，所述第一拉拔机和所述第二拉拔机中的另一个沿着所述第三方向对所述金属管施加夹紧力，所述第二方向和所述第三方向相互垂直且均位于第一平面中，所述第一平面为垂直于所述第一方向的平面。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，所述第一拉拔机和所述第二拉拔机的运行速度相同。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，所述金属管在所述第一方向上传输的速度为10～35m/min。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，所述第一加热炉组为感应加热炉组，采用所述第一加热炉组对所述金属管进行加热处理包括在20秒之内将所述金属管从常温加热至750℃～900℃。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，经过一次完整的所述拉拔处理之前，待拉拔的所述金属管的第一部分具有第一外径；经过所述拉拔处理之后，所述金属管的所述第一部分具有第二外径；所述第二外径小于所述第一外径，且所述第二外径与所述第一外径的差值不超过2mm。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，所述金属管的所述第一部分经过一次完整的所述拉拔处理之后的椭圆度不超过5％。
例如，本公开至少一实施例提供的制造方法，还包括：在进行所述拉拔处理之后，将所述金属管在空气中冷却，然后对所述金属管依次进行热处理、定径处理和回火处理。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，对所述金属管进行所述热处理包括：采用第二加热炉组在30秒之内将所述金属管从常温加热至920℃～1200℃。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，对所述金属管进行所述热处理还包括：采用喷淋装置对经过加热的金属管进行喷淋处理，以使得所述金属管的温度在20秒之内降低至150℃以下。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，对所述金属管进行所述定径处理包括：采用定径机组对经过所述热处理的金属管的外径进行微调。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，对所述金属管进行所述回火处理包括：采用第三加热炉组对经过所述定径处理的所述金属管进行加热，且所述回火处理的温度范围为400℃～720℃。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，在进行所述压紧处理之前还包括形成所述金属管，形成所述金属管包括：剪切、拼接和焊接拼缝，且形成所述金属管之后，所述金属管直接进入所述压紧机组进行所述压紧处理。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，所述金属管的材料包括低合金碳钢，所述金属管的组成成分按照质量百分比如下：C：0.04％～0.25％、Mn：0.5％～1.5％、P≤0.02％、S≤0.005％、Si：0.10％～0.5％、Cr≤1.0％、Ti≤0.05％、Mo≤0.5％、Ni≤0.5％、Cu≤0.5％、Nb：0.01％-0.05％,Fe：余量。
例如，在本公开至少一实施例提供的制造方法中，所述金属管的材料包括不锈钢，所述金属管的组成成分按照质量百分比如下：C≤0.15％、Mn≤2.0％、P≤0.035％、S≤0.05％、Si≤1.0％、Cr：11.0％～14％。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本公开一实施例提供的一种压紧机组、第一加热炉组和拉拔机组对金属管作用的示意图；
图2为本公开至少一实施例提供的一种金属管外径变化的流程图；
图3A为本公开一实施例提供的一种第一拉拔机对金属管施加夹紧力的平面结构示意图；
图3B为本公开一实施例提供的一种第二拉拔机对金属管施加夹紧力的立体结构示意图；
图4A为本公开一实施例提供的一种第一拉拔机对金属管施加夹紧力的立体结构示意图；
图4B为本公开一实施例提供的一种第二拉拔机对金属管施加夹紧力的平面结构示意图；
图5为本公开一实施例提供的一种第三拉拔机和第四拉拔机对金属管的第二部分施加夹紧力的示意图；
图6为本公开至少一实施例提供的一种金属管外径变化和提高性能的流程图；以及
图7为本公开至少一实施例提供的一种压紧机组、第一加热炉组、拉拔机组以及热处理装置对金属管作用的示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
在油气田开采领域，在不同的作业场合或者工况下对连续油管的规格的要求是不同的。例如，钻井作业通常需要外径为2.875英寸或者3.5英寸的大管径连续油管，钻磨作业通常需要外径为2.0英寸或者2.375英寸的连续油管，而气举作业或者速度管柱作业通常需要外径为1.5英寸或者1.75英寸的连续油管。
目前，生产连续油管需要根据管径壁厚的规格，纵剪合适宽度的金属管原材料。一种宽度的金属管原材料只能对应生产一种外径规格的金属管，生产不同外径的金属管，不仅需要纵剪不同宽度的金属管原材料，还需要更换生产轧辊模具。这样在生产不同外径的金属管的过程中存在耗时长、通用性差以及生产效率低的问题，此外，还存在大量存储金属管原材料的问题。
本公开的发明人注意到，可以提供一种金属管外径改变的方法，即通过设计专门的连续拉拔系统以及后续热处理系统完成对一种外径规格的金属管的加工，从而实现改变金属管的外径的目的，以使得金属管的外径动态可变生产。即打破金属管原材料的宽度对生产的金属管的外径的限制，实现通过同一宽度的金属管原材料，采用热拉拔工艺以及热处理生产工艺，最终实现金属管的外径的变化，以生产具有不同外径的金属管。本公开的发明人还注意到，可以通过后续的热处理系统消除加工应力、细化晶粒、提升金属管的强度、提高金属管的疲劳性能以及提升金属管的抗腐蚀性能，以制备高性能的金属管，该金属管可以用作油管，以满足复杂井况下作业时的需求。
本公开至少一实施例提供一种金属管的制造方法，该制造方法包括：采用压紧机组对金属管进行压紧处理；采用第一加热炉组对金属管进行加热处理；采用拉拔机组对金属管进行拉拔处理；其中，该拉拔机组的运行速度高于压紧机组的运行速度，以使得金属管经过拉拔处理后外径变小，采用该制造方法生产金属管时，具有生产效率高、成本低、通用性好、寿命长的优点，从而全面提升了金属管用作连续油管在复杂井况下作业时的可靠性、安全性以及施工效率，进而降低了作业成本，具有显著的优势和广阔的应用空间。
例如，图1为本公开一实施例提供的一种压紧机组、第一加热炉组和拉拔机组对金属管作用的示意图，如图1所示，该金属管11在传输的过程中先到达压紧机组12以对金属管进行夹紧和校直，然后该金属管11到达第一加热炉组13以对金属管11进行加热处理，后续金属管11再到达拉拔机组14以对金属管11进行拉拔处理，以实现对金属管11的连续处理过程。
例如，图2为本公开至少一实施例提供的一种金属管外径变化的制造流程图，结合图1和图2，该制造方法包括以下步骤。
步骤S01：采用压紧机组对金属管进行压紧处理。
例如，该压紧机组12包括第一压紧机，该第一压紧机包括两个相对设置的第一压紧辊121，该两个相对设置的第一压紧辊121对金属管11施加夹紧力，且通过驱动装置使得压紧机组12的运行速度小于金属管11的传输速度，以对金属管11施加与其传输方向相反的作用力，从而阻碍金属管11的传输。
例如，该第一压紧机包括的两个相对设置的第一压紧辊121还可以将经过其的非直线状的金属管11校直，即该压紧机组12的作用主要是将金属管11压紧和校直，以为金属管11进入第一加热炉13做准备，从而保证对金属管11加热的均匀性，并控制金属管11的传输速度为10m/min～35m/min。例如，控制该金属管11的传输速度为15m/min、20m/min、24m/min、30m/min、32m/min或者35m/min。
例如，该压紧机组12还包括压紧动力装置，该压紧动力装置可以向第一压紧机提供动力，以对待处理的金属管的传输起到阻碍作用。该压紧动力装置包括减速电机、伺服电机、步进电机和液压马达中的至少之一。
例如，该压紧机组12还包括第一传动装置，该第一传动装置可以将压紧动力装置提供的动力传递到第一压紧机。
例如，该压紧机组12还可以包括第二压紧机，该第一压紧机和第二压紧机中的一个沿着第二方向对待处理的金属管施加夹紧力，该第一压紧机和第二压紧机中的另一个沿着第三方向对待处理的金属管施加夹紧力。该待处理的金属管从压紧机组12到拉拔机组14传输的方向为第一方向，该第二方向和第三方向相互垂直且均位于第一平面中，该第一平面为垂直于第一方向的平面。
例如，该第二压紧机包括两个相对设置的第二压紧辊，该两个相对设置的第二压紧辊对金属管施加夹紧力。
例如，该两个第一压紧辊对合后形成的间隙的截面形状为第一圆形，该两个第二压紧辊对合后形成的间隙的截面形状为第二圆形。
步骤S02：采用第一加热炉组对金属管进行加热处理。
例如，该第一加热炉组13为感应加热炉组，采用第一加热炉组13对金属管11进行加热处理包括在20秒之内将金属管11从常温加热至750℃～900℃，以提升金属管的塑性变形能力，为后续的拉拔处理做准备。
例如，该第一加热炉组13的主要作用是快速将金属管11加热至目标温度，以提高对金属管11加热的效率，从而提高制造效率。
例如，在一个示例中，该第一加热炉组13对金属管11进行加热处理包括通过12秒将金属管11从常温加热至850℃。
例如，在一个示例中，该第一加热炉组13对金属管11进行加热处理包括通过11秒将金属管11从常温加热至870℃。
例如，在一个示例中，该第一加热炉组13对金属管11进行加热处理包括通过15秒将金属管11从常温加热至890℃。
例如，在一个示例中，该第一加热炉组13对金属管11进行加热处理包括通过20秒将金属管11从常温加热至900℃。
例如，在一个示例中，该第一加热炉组13对金属管11进行加热处理包括通过13秒将金属管11从常温加热至860℃。
例如，在一个示例中，该第一加热炉组13对金属管11进行加热处理包括通过10秒将金属管11从常温加热至780℃。
例如，该第一加热炉组13的功率不低于3000kW，以使得该第一加热炉组13能够快速将金属管11加热至目标温度。
需要说明的是，如果第一加热炉组13对金属管11的加热温度高于900℃，会使得金属管11中的晶粒有长大的趋势，从而使得金属管11的性能发生变化。例如，该金属管的性能变化包括金属管11的强度变大等，从而不利于后续的拉拔处理。如果第一加热炉组13对金属管11的加热温度低于750℃，会使得金属管11的塑性达不到要求，从而不能实现后续的拉拔处理工艺。
例如，经过第一加热炉组13对金属管11进行加热后，金属管11的强度变低、塑性变强，从而使得金属管易于成型，以为后续对金属管11进行拉拔工艺做好了准备。
步骤S03：采用拉拔机组对金属管进行拉拔处理，其中，该拉拔机组的运行速度高于压紧机组的运行速度，以使得金属管经过拉拔处理后外径变小。
例如，该压紧处理、加热处理和拉拔处理是依次进行的。
例如，结合图1，该拉拔机组14可以将经过上述第一加热炉组13加热后的金属管11通过连续拉拔、轧制以及挤压的方式改变该金属管11的外径的大小。例如，该金属管11从压紧机组12到拉拔机组14传输的方向为第一方向X，该拉拔机组14包括沿着第一方向X依次排布的第一拉拔机141和第二拉拔机142，该第一拉拔机141和第二拉拔机142中的一个沿着第二方向Y对金属管11施加夹紧力，该第一拉拔机141和第二拉拔机142中的另一个沿着第三方向Z对金属管11施加夹紧力，从而依次沿着第二方向Y和第三方向Z对金属管11施加夹紧力，或者依次沿着第三方向Z和第二方向Y对金属管11施加夹紧力，以减小经过拉拔处理后得到的金属管11的椭圆度。该第二方向Y和第三方向Z相互垂直且均位于第一平面中，该第一平面为垂直于第一方向X的平面，且图1是以第一拉拔机141沿着第二方向Y对金属管11施加夹紧力，第二拉拔机142沿着第三方向Z对金属管11施加夹紧力为例进行说明的。
例如，如图1所示，该第二方向Y为在水平面上垂直于第一方向X的方向，该第三方向Z为在竖直平面上垂直于第一方向X的方向，这样可以使得第一拉拔机141在水平面上对金属管11施加夹紧力，第二拉拔机142在竖直面上对金属管11施加夹紧力，但本公开的实施例不限于此，还可以在与水平面成一定夹角的平面上对金属管11施加夹紧力，以及在与竖直平面成一定夹角的平面上对金属管11施加夹紧力。
例如，图3A为本公开一实施例提供的一种第一拉拔机对金属管施加夹紧力的平面结构示意图，图3B为本公开一实施例提供的一种第二拉拔机对金属管施加夹紧力的立体结构示意图，如图3A和3B所示，该第一拉拔机141先在水平面上沿着第二方向Y对金属管11的第一部分11a施加夹紧力，然后该金属管11的第一部分11a沿着金属管11的传输方向传输到第二拉拔机142所在位置，该第二拉拔机142对金属管11在竖直面上沿着第三方向Z对金属管11的第一部分11a施加夹紧力，从而使得金属管11在相互垂直的方向上依次受到夹紧力，从而可以减小经拉拔处理后的金属管11的第一部分11a的椭圆度。
例如，图4A为本公开一实施例提供的一种第一拉拔机对金属管施加夹紧力的立体结构示意图，图4B为本公开一实施例提供的一种第二拉拔机对金属管施加夹紧力的平面结构示意图，如图4A和4B所示，该第一拉拔机141先在竖直面上沿着第三方向Z对金属管11的第一部分11a施加夹紧力，然后该金属管11的第一部分11a沿着金属管11的传输方向传输到第二拉拔机142所在位置，该第二拉拔机142对金属管11在水平面上沿着第二方向Y对金属管11的第一部分11a施加夹紧力，从而使得金属管11在相互垂直的方向上依次受到夹紧力，从而可以减小经拉拔处理后的金属管11的第一部分11a的椭圆度。
例如，该第一拉拔机141和第二拉拔机142的运行速度相同，这样可以更好地控制经拉拔后的金属管11的椭圆度。该金属管11在第一方向X上传输的速度为10～35m/min，例如，该金属管11在第一方向X上传输的速度为10m/min、15m/min、20m/min、25m/min、30m/min或者35m/min。
需要说明的是，对金属管11的第一部分11a施加夹紧力时，该拉拔机组14还可以包括除了第一拉拔机141和第二拉拔机142之外的更多的拉拔机，只要满足在水平面上沿着第二方向Y对金属管11的第一部分11a施加夹紧力的拉拔机的个数和在竖直面上沿着第三方向Z对金属管11的第一部分11a施加夹紧力的拉拔机的个数相等，且沿着第一方向X交替排布即可，本公开的实施例对此不作限制。
需要说明的是，该第一拉拔机141和第二拉拔机142均包括可以相互对合的轧辊，且轧辊对合后形成的间隙的截面为椭圆形，该种设计有利于对金属管的拉拔处理。
例如，可以根据最终需求的金属管11的第一部分11a的外径D2以及金属管的第一部分11a的初始外径D1，通过力学计算控制拉拔变形量、拉拔机组14的运行速度、拉拔机组14的辊型以及轧制道次、辊缝间隙，以获得所需求的金属管11的第一部分11a的外径，拉拔机组14采用平辊和立辊相配合的方式进行轧制成型，以确保经一次平辊和一次立辊依次拉拔处理后的金属管11的第一部分11a的椭圆度不超过5％。
例如，经过拉拔处理之前，待拉拔处理的金属管11的第一部分11a具有第一外径D1，经过一次平辊和一次立辊依次拉拔处理之后，金属管11的第一部分11a具有第二外径D2。该第二外径D2小于第一外径D1，且第二外径D2与第一外径D1的差值不超过2mm。即在进行一次完整的拉拔处理之前和之后金属管的第一部分11a的外径变化量不超过2mm。
需要说明的是，一次完整的拉拔处理是指图2中的一个第一拉拔机141和一个第二拉拔机142形成的平辊和立辊组合对金属管依次进行拉拔处理。
例如，在一个示例中，该拉拔机组14还可以包括对金属管11的第二部分11b施加夹紧力的第三拉拔机143和第四拉拔机144，例如，图5为本公开一实施例提供的一种第三拉拔机和第四拉拔机对金属管的第二部分施加夹紧力的示意图，如图5所示，该第三拉拔机143先在水平面上沿着第二方向Y对金属管11的第二部分11b施加夹紧力，然后该金属管11的第二部分11b沿着金属管11的传输方向传输到第四拉拔机144所在位置，该第三拉拔机143对金属管11在竖直面上沿着第三方向Z对金属管11的第二部分11b施加夹紧力，从而使得金属管11在相互垂直的方向上依次受到夹紧力，从而可以减小经一次完整的拉拔处理后的金属管11的第二部分11b的椭圆度。
例如，在另一个示例中，该第三拉拔机143也可以先在竖直面上沿着第三方向Z对金属管11的第二部分11b施加夹紧力，然后该金属管11的第二部分11b沿着金属管11的传输方向传输到第四拉拔机144所在位置，该第四拉拔机144对金属管11在水平面上沿着第二方向Y对金属管11的第二部分11b施加夹紧力，从而使得金属管11在相互垂直的方向上依次受到夹紧力，从而可以减小经一次完整的拉拔处理后的金属管11的第二部分11b的椭圆度。
例如，该第三拉拔机143和第四拉拔机144的运行速度相同，这样可以更好地控制经拉拔处理后的金属管11的第二部分11b的椭圆度。该金属管11在第一方向X上传输的速度为10～35m/min。
需要说明的是，对金属管11的第二部分11b施加夹紧力时，该拉拔机组14还可以包括除了第三拉拔机143和第四拉拔机144之外的更多的拉拔机，只要满足沿着第二方向Y对金属管11的第二部分11b施加夹紧力的拉拔机的个数和沿着第三方向Z对金属管11的第二部分11b施加夹紧力的拉拔机的个数相等，且沿着第一方向X交替排布即可，本公开的实施例对此不作限制。
例如，形成的金属管11的第一部分11a和第二部分11b具有不同大小的外径，从而使得同一根金属管11可以根据需求适用于两个连续的且不同的应用场景。
需要说明的是，根据需求，该金属管11还可以包括不同于第一部分11a和第二部分11b之外的其他部分，以使得金属管11的其他部分的外径具有不同于第一部分11a和第二部分11b的外径大小，以使得同一根金属管11可以根据需求适用于更多个连续的且不同的应用场景。
例如，结合图1和图5，该拉拔机组14的运行速度高于该压紧机组12的运行速度的2％～8％，从而可以使得拉拔机组14对金属管11施加一个拉拔作用力，以使得金属管11被拉伸。例如，该拉拔机组14的运行速度高于该压紧机组11的运行速度的2％、3％、4％、5％、6％、7％或者8％。这样可以实现对金属管11的拉拔处理，又可以减小经一次完整的拉拔处理后的金属管11的椭圆度。
还需要说明的是，当该拉拔机组14的运行速度低于该压紧机组11的运行速度的2％时，该拉拔机组14对金属管11的拉拔力太小，从而不能使得金属管11的外径发生改变；当该拉拔机组14的运行速度高于该压紧机组11的运行速度的8％时，会使得拉拔机组14对金属管11的拉拔力太大，从而使得金属管11的椭圆度太大，甚至还会使得金属管11发生弯曲变形，从而不能满足经拉拔处理后的金属管11对椭圆度的要求。
例如，图6为本公开至少一实施例提供的一种金属管外径变化和提高性能的流程图，且包括如下步骤：
步骤S11：采用压紧机组对金属管进行压紧处理。
步骤S12：采用第一加热炉组对金属管进行加热处理。
步骤S13：采用拉拔机组对金属管进行拉拔处理，其中，该拉拔机组的运行速度高于压紧机组的运行速度，以使得金属管经过拉拔处理后外径变小。
步骤S14：将金属管在空气中冷却。
步骤S15：对金属管依次进行热处理、定径处理和回火处理。
需要说明的是，上述步骤S11～S13可以参见上述图2中关于步骤S01～S03的相关描述，在此不再赘述。
需要说明的是，在图2和图6所示的流程图中所采用的金属管11可以是直接取得的已有的金属管，也可以是根据需求临时制造的，该金属管制造完成后直接进入后续的压紧机组、第一加热炉组和拉拔机组，以实现一边生产金属管一边对金属管进行拉拔处理的连续生产过程，从而可以提高工作效率。
例如，由于拉拔机组的拉拔机的轴承中具有润滑油，因此需要有循环水系统使得轴承冷却，以防止润滑油蒸发，这样也会使得金属管在快速完成拉拔处理之后温度可以很快降低，从而将金属管放置在空气中冷却即可满足工艺要求。例如，在将完成拉拔工艺的金属管传输至后续的热处理装置的过程中，金属管直接在空气中完成冷却过程即可。
例如，图7为本公开至少一实施例提供的压紧机组、第一加热炉组、拉拔机组以及热处理装置对金属管作用的示意图，如图7所示，对金属管11进行热处理包括：采用第二加热炉组15在30秒之内将金属管11从常温加热至920℃～1200℃。例如，该第二加热炉组15为感应加热炉，可以对金属管11进行均匀地加热过程。
例如，在一个示例中，该第二加热炉组15对金属管11进行热处理包括通过8秒将金属管11从常温加热至920℃。
例如，在一个示例中，该第二加热炉组15对金属管11进行热处理包括通过9秒将金属管11从常温加热至950℃。
例如，在一个示例中，该第二加热炉组15对金属管11进行热处理包括通过10秒将金属管11从常温加热至980℃。
例如，在一个示例中，该第二加热炉组15对金属管11进行热处理包括通过15秒将金属管11从常温加热至1000℃。
例如，在一个示例中，该第二加热炉组15对金属管11进行热处理包括通过20秒将金属管11从常温加热至1050℃。
例如，在一个示例中，该第二加热炉组15对金属管11进行热处理包括通过25秒将金属管11从常温加热至1080℃。
例如，在一个示例中，该第二加热炉组15对金属管11进行热处理包括通过27秒将金属管11从常温加热至1100℃。
例如，在一个示例中，该第二加热炉组15对金属管11进行热处理包括通过30秒将金属管11从常温加热至1200℃。
需要说明的是，当对金属管快速加热的温度低于920℃时，不能达到金属管的晶相转变温度，从而不能提高金属管的性能。当对金属管快速加热的温度高于1200℃时，会造成金属管出现晶粒粗大、氧化皮过多、以及过烧的问题，此外温度太高还会造成能源的浪费，从而不利于节约资源，而且还会导致后续的冷却处理变得困难。
例如，在一个示例中，对金属管11进行热处理还包括对金属管11进行冷却处理，该冷却处理包括：采用喷淋装置对经过加热处理的金属管11进行喷淋处理，以使得金属管11的温度在20秒之内降低至150℃以下，以实现对金属管11进行快冷处理的过程，经过上述的快速加热和快冷的过程，该金属管11的性能得到了一定成度的提升。
例如，该制造方法还包括对金属管11进行定径处理，该定径处理的过程包括：采用定径机组16对经过上述冷却处理的金属管11的外径进行微调以减小经拉拔处理后的金属管11的椭圆度，使得金属管11的横截面更接近于圆形。
例如，该定径机组16包括相互对合的第一辊轴161和第二辊轴162，该第一辊轴161和第二辊轴162对合后形成的间隙为圆形，从而可以通过定径机组16将金属管11校直和校圆，以使得金属管11的横截面更接近于圆形。
例如，该制造方法还包括对金属管11进行回火处理，该回火处理的过程包括：采用第三加热炉组17对经过定径处理的金属管11进行加热，且回火处理的温度范围为400℃～720℃，从而使得金属管11的性能得到提升。例如，该金属管11的抗拉伸强度、屈服强度、硬度和疲劳性能等均得到了提升。
例如，当临时制造金属管时，在进行压紧处理之前还包括形成金属管，形成金属管的过程包括：剪切金属管的原材料(例如，钢带)、拼接金属管的原材料(例如，钢带)和焊接拼缝，且形成金属管之后，该金属管直接进入后续的压紧机组进行压紧处理，并进行图7所示步骤中的后续步骤，以最终形成外径改变且性能提升的金属管。
例如，在一个示例中，该金属管11的材料包括低合金碳钢，该金属管的组成成分按照质量百分比如下：C：0.04％～0.25％、Mn：0.5％～1.5％、P≤0.02％、S≤0.005％、Si：0.10％～0.5％、Cr≤1.0％、Ti≤0.05％、Mo≤0.5％、Ni≤0.5％、Cu≤0.5％、Nb：0.01％～0.05％,Fe：余量。
例如，在另一个示例中，该金属管的材料包括不锈钢，该金属管的组成成分按照质量百分比如下：C≤0.15％、Mn≤2.0％、P≤0.035％、S≤0.05％、Si≤1.0％、Cr：11.0％～14％。
以下通过一些具体实施方式说明金属管的制造方法。
第一实施例：
本实施例采用钢材制造金属管，该钢材按照质量百分比，其化学成分为C：0.14％、Mn：0.78％、P：0.005％、S：0.0004％、Si：0.38％、Cr：0.55％、Ni：0.15％、Mo：0.20％、Cu：0.30％，Nb：0.025％，Ti：0.03％，Fe：余量。在经过拉拔处理之前金属管的尺寸为2.000英寸×0.134英寸，在经过拉拔处理以及后续的热处理、定径处理和回火处理之后得到尺寸为1.750英寸×0.156英寸的连续金属管。
制造金属管的过程与拉拔处理、后续的热处理、定径处理和回火处理连续进行，钢带通过45°斜焊缝对接后总长度达到4300m，钢带经过成型机组卷曲成型，调整焊接挤压辊，保证卷曲后钢带边缘紧密贴合且无错边现象，通过高频感应焊完成金属管直焊缝焊接，焊接完成后进行焊缝正火处理，该金属管的生产速度为24m/min。
经焊缝正火后的金属管经水冷后进入压紧机组，然后进入3000kW的大功率第一加热炉组，将金属管加热至850℃±20℃，加热完成后立即进入拉拔机组，拉拔机组中的拉拔机的运行速度为25.2m/min，以保证整个金属管被快速且均匀拉拔，拉拔后的金属管的椭圆度为2.3％。
经过拉拔机组后的金属管通过第二加热炉组进行加热处理，将金属管加热至1020±30℃后快速淬火冷却，并经过定径机组进行外径尺寸的矫正，通过定径机组后金属管的外径满足API标准，且得到的金属管的椭圆度小于1.2％，最终经过660℃±20℃回火处理后得到最终成品的金属管。
第二实施例：
本实施例采用钢材制造金属管，该钢材按照质量百分比，其化学成分为C：0.20％、Mn：1.1％、P：0.005％、S：0.001％、Si：0.32％、Cr：0.3％、Ni：0.20％、Mo：0.10％、Cu：0.25％，Nb：0.025％，Ti：0.02％，Fe：余量。在经过拉拔处理之前金属管的尺寸为2.375英寸×0.125英寸，在经过拉拔处理以及后续的热处理、定径处理和回火处理之后得到尺寸为2.000英寸×0.145英寸的连续金属管。
制造金属管的过程与拉拔处理、后续的热处理、定径处理和回火处理连续进行，钢带通过45°斜焊缝对接后总长度达到3800m，钢带经过成型机组卷曲成型，调整焊接挤压辊，保证卷曲后钢带边缘紧密贴合且无错边现象，通过高频感应焊完成金属管直焊缝焊接，焊接完成后进行焊缝正火处理，该金属管的生产速度为27m/min。
经焊缝正火后的金属管经水冷后进入压紧机组，然后进入3000kW的大功率第一加热炉组，将金属管加热至830℃±20℃，加热完成后立即进入拉拔机组，拉拔机组中的拉拔机的运行速度为28.9m/min，以保证整个金属管被快速且均匀拉拔，拉拔处理后的金属管的椭圆度为1.96％。
经过拉拔机组后的金属管通过第二加热炉组进行加热处理，将金属管加热至980±30℃后快速淬火冷却，并经过定径机组进行外径尺寸的矫正，通过定径机组后金属管的外径满足API标准，且得到的金属管的椭圆度小于0.75％，最终经过580℃±20℃回火处理后得到最终成品的金属管。
第三实施例：
本实施例采用钢材制造金属管，该钢材按照质量百分比，其化学成分为C：0.23％、Mn：1.24％、P：0.009％、S：0.001％、Si：0.20％、Cr：0.15％、Ni：0.13％、Mo：0.05％、Cu：0.23％，Fe：余量。在经过拉拔处理之前金属管的尺寸为2.375英寸×内径变化大小(0.156英寸～0.175英寸)，在经过拉拔处理以及后续的热处理、定径处理和回火处理之后得到尺寸为2.000英寸×内径变化大小(0.188英寸～0.204英寸)的连续金属管。
该金属管采用离线生产方式，将已经生产完成的长度为5000m的尺寸为2.375英寸×内径变化大小(0.156英寸～0.175英寸)的金属管导入压紧机组。金属管的传输速度为18m/min，然后进入3000kW的大功率第一加热炉组，将金属管加热到870℃±20℃，加热完成后立即进入拉拔机组，拉拔机组中的拉拔机的运行速度为19m/min，以保证整个金属管被快速且均匀拉拔，拉拔处理后的金属管的椭圆度为1.85％。
经过拉拔机组后的金属管通过第二加热炉组进行加热处理，将金属管加热至950±30℃后快速淬火冷却，并经过定径机组进行外径尺寸的矫正，通过定径机组后金属管的外径满足API标准，且得到的金属管的椭圆度小于0.67％，最终经过640℃±20℃回火处理后得到最终成品的金属管。
第四实施例：
本实施例采用钢材制造金属管，该钢材按照质量百分比，其化学成分为C：0.08％、Mn：1.30％、P：0.02％、S：0.002％、Si：0.25％、Cr：12.3％、Ni：0.15％、Cu：0.1％，Fe：余量。在经过拉拔处理之前金属管的尺寸为2.375英寸×0.156英寸，在经过拉拔处理以及后续的热处理、定径处理和回火处理之后得到尺寸为2.000英寸×0.175英寸的连续金属管。
该金属管采用离线生产方式，将已经生产完成的长度为3000m的2.375英寸×0.156英寸的金属管导入压紧机组。金属管的传输速度为18m/min，然后进入3000kW的大功率第一加热炉组，将金属管加热到870℃±20℃，加热完成后立即进入拉拔机组，拉拔机组中的拉拔机的运行速度为19m/min，以保证整个金属管被快速且均匀拉拔，拉拔处理后的金属管的椭圆度为1.67％。
经过拉拔机组后的金属管通过第二加热炉组进行加热处理，将金属管加热至1150±30℃后快速淬火冷却，并经过定径机组进行外径尺寸的矫正，通过定径机组后金属管的外径满足API标准，且得到的金属管的椭圆度小于0.63％，最终经过480℃±20℃回火处理后得到最终成品的金属管。
例如，经过拉拔处理后的金属管又经过热处理、定径处理和回火处理后，其性能得到了极大的提升，例如，抗拉伸强度、屈服强度以及疲劳寿命均高于常规的未经过热处理、定径处理和回火处理的金属管，该金属管的硬度增加可以提升金属管的耐磨性能以及抗冲刷磨损的能力。
例如，将第一实施例至第四实施例中的金属管与对应的同规格的常规金属管的力学性能进行对比，得出如下表一，该力学性能包括抗拉伸强度、屈服强度和硬度。
表一：第一实施例至第四实施例中的金属管与对应的同规格的常规金属管的力学性能对比表
从上述表一可以得出如下结论。
第一实施例至第四实施例中的金属管的抗拉伸强度的范围为880MPa～1030MPa，在相应的对比例中常规的金属管的抗拉伸强度的范围为635MPa～721MPa，且第四实施例中的金属管的抗拉伸强度相对于常规的金属管提升的最多，从635MPa提升到1030MPa，即提升了395MPa；第三实施例中的金属管的抗拉伸强度相对于常规的金属管提升的最少，从645MPa提升到880MPa，提升了235MPa。
第一实施例至第四实施例中的金属管的屈服强度的范围为774MPa～987MPa，在相应的对比例中常规的金属管的屈服强度的范围为498MPa～665MPa，且第四实施例中的金属管的屈服强度相对于常规的金属管提升的最多，从496MPa提升到987MPa，即提升了491MPa；第三实施例中的金属管的屈服强度相对于常规的金属管提升的最少，从563MPa提升到774MPa，提升了211MPa。
第一实施例至第四实施例中的金属管的硬度的范围为27HRC～34HRC，在相应的对比例中常规的金属管的硬度的范围为19HRC～21HRC，且第二实施例中的金属管的硬度相对于常规的金属管提升的最多，从20HRC提升到34HRC，即提升了14HRC；第三实施例中的金属管的硬度相对于常规的金属管提升的最少，从20HRC提升到27HRC，提升了7HRC。
例如，将第一实施例至第四实施例中的金属管与对应的同规格的常规金属管的疲劳性能进行对比，得出如下表二。
表二：第一实施例至第四实施例中的金属管与对应的同规格的常规金属管的疲劳性能在不同测试压力下的比值
从上述表二可以得出如下结论。
在20MPa的低压测试条件下，第一实施例至第四实施例中的金属管与对应的同规格常规金属管的疲劳性能的比值依次增大，分别为1.5、1.6、1.7和3.0。在45MPa的中压测试条件下，第一实施例至第四实施例中的金属管与对应的同规格常规金属管的疲劳性能的比值分别为1.8、2.1、1.9和3.8。在70MPa的高压测试条件下，第一实施例至第四实施例中的金属管与对应的同规格常规金属管的疲劳性能的比值分别为2.3、2.5、2.2和4.5。
综上，在低压测试、中压测试和高压测试条件下，第四实施例中的金属管与对应的同规格常规金属管的疲劳性能的比值均最大。
综合上述抗拉伸强度、屈服强度、硬度和疲劳性能的测试结果，第四实施例中的金属管的抗拉伸强度、屈服强度和疲劳性能提升的最多，第二实施例中的金属管的硬度相对于常规的金属管提升的最多，综合考虑可以选择第四实施例中的处理方式。
本公开至少一实施例提供的金属管的制造方法，具有以下至少一项有益技术效果：
(1)本公开至少一实施例提供的制造方法，可以对金属管的外径进行灵活地改变，以满足工业需求。
(2)采用本公开至少一实施例提供的制造方法制造金属管，具有生产效率高、成本低、通用性好、寿命长的优点，从而可以全面提升连续油管在复杂井况下作业时的可靠性、安全性以及施工效率，进而可以降低作业成本，具有显著的优势和广阔的应用空间。
有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。
(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (17)
1.一种金属管的制造方法，包括：
采用压紧机组对金属管进行压紧处理；
采用第一加热炉组对所述金属管进行加热处理；
采用拉拔机组对所述金属管进行拉拔处理；其中，
所述拉拔机组的运行速度高于所述压紧机组的运行速度，以使得所述金属管经过所述拉拔处理后外径变小。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述压紧处理、所述加热处理和所述拉拔处理依次进行。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述拉拔机组的运行速度高于所述压紧机组的运行速度的2％～8％。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其中，所述金属管从所述压紧机组到所述拉拔机组传输的方向为第一方向，所述拉拔机组至少包括沿着所述第一方向依次排布的第一拉拔机和第二拉拔机，所述第一拉拔机和所述第二拉拔机中的一个沿着所述第二方向对所述金属管施加夹紧力，所述第一拉拔机和所述第二拉拔机中的另一个沿着所述第三方向对所述金属管施加夹紧力，所述第二方向和所述第三方向相互垂直且均位于第一平面中，所述第一平面为垂直于所述第一方向的平面。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其中，所述第一拉拔机和所述第二拉拔机的运行速度相同。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其中，所述金属管在所述第一方向上传输的速度为10～35m/min。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述第一加热炉组包括感应加热炉组，采用所述第一加热炉组对所述金属管进行加热处理包括在20秒之内将所述金属管从常温加热至750℃～900℃。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其中，
经过所述拉拔处理之前，待拉拔的所述金属管的第一部分具有第一外径；
经过一次完整的所述拉拔处理之后，所述金属管的所述第一部分具有第二外径；
所述第二外径小于所述第一外径，且所述第二外径与所述第一外径的差值不超过2mm。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其中，所述金属管的所述第一部分经过一次完整的所述拉拔处理之后的椭圆度不超过5％。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的制造方法，还包括：在进行所述拉拔处理之后，将所述金属管在空气中冷却，然后对所述金属管依次进行热处理、定径处理和回火处理。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其中，对所述金属管进行所述热处理包括：采用第二加热炉组在30秒之内将所述金属管从常温加热至920℃～1200℃。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其中，对所述金属管进行所述热处理包括：采用喷淋装置对经过加热的所述金属管进行喷淋处理，以使得所述金属管的温度在20秒之内降低至150℃以下。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其中，对所述金属管进行所述定径处理包括：采用定径机组对经过所述热处理的金属管的外径进行微调。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其中，对所述金属管进行所述回火处理包括：采用第三加热炉组对经过所述定径处理的所述金属管进行加热，且所述回火处理的温度范围为400℃～720℃。
15.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在进行所述压紧处理之前还包括形成所述金属管，形成所述金属管包括：剪切、拼接和焊接拼缝，且形成所述金属管之后，所述金属管直接进入所述压紧机组进行所述压紧处理。
16.根据权利要求11～15中任一项所述的制造方法，其中，所述金属管的材料包括低合金碳钢，所述金属管的组成成分按照质量百分比如下：C：0.04％～0.25％、Mn：0.5％～1.5％、P≤0.02％、S≤0.005％、Si：0.10％～0.5％、Cr≤1.0％、Ti≤0.05％、Mo≤0.5％、Ni≤0.5％、Cu≤0.5％、Nb：0.01％～0.05％,Fe：余量。
17.根据权利要求11～15中任一项所述的制造方法，其中，所述金属管的材料包括不锈钢，所述金属管的组成成分按照质量百分比如下：C≤0.15％、Mn≤2.0％、P≤0.035％、S≤0.05％、Si≤1.0％和Cr：11.0％～14％。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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Denomination of invention: The manufacturing method of metal pipes Effective date of registration: 20231116 Granted publication date: 20221011 Pledgee: Bank of China Limited Yantai Laishan sub branch Pledgor: JASON ENERGY TECHNOLOGIES Co.,Ltd. Registration number: Y2023980065853 |
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