CN107775280A - 一种n08825镍基合金复合弯管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种N08825镍基合金复合弯管的制造方法，属于金属加工领域。所述方法包括以下步骤：(a)将N08825镍基合金板与碳钢板复合制成的双金属复合钢板，通过JCO成型工艺，制成管坯；(b)采用埋弧焊方法对来自于步骤(a)的管坯的碳钢板进行焊接，且采用钨极氩弧焊方法对来自于步骤(a)的管坯的N08825镍基合金板进行焊接，制成钢管；(c)将来自于步骤(b)的钢管经过950～1100℃感应加热煨制成0～90°的弯管；(d)将来自于步骤(c)的弯管进行喷水冷却；(e)将来自于步骤(d)的弯管进行回火热处理，回火热处理的条件具体为温度500～600℃，回火时间0.5～3h；(f)将来自于步骤(e)的弯管进行空冷。通过本发明提供的方法可以获得具有较强的耐腐蚀性能的弯管。

Description

一种N08825镍基合金复合弯管的制造方法
技术领域
本发明涉及金属加工领域，特别涉及一种N08825镍基合金复合弯管的制造方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展和工业领域的层次的不断提高，对耐蚀材料的需求量也逐渐增减，尤其在石油天然气领域。由于石油天然气中含有大量H2S、CO2、Cl-等腐蚀介质，因此所用管材不仅要具有较高的强度和刚度，还应具有耐上述介质腐蚀的能力。为满足以上要求，常采用内衬不锈钢复合钢管。
目前，常使用的内衬不锈钢复合管为不锈钢304等。其中，不锈钢304含有质量为18％以上的铬与质量为8％以上的镍。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
当不锈钢304作为石油天然气输送管道时，由于不锈钢304耐H2S、CO2、Cl-等腐蚀介质的腐蚀能力较弱，所以不锈钢304不适合应用于高腐蚀的环境。
发明内容
为了解决现有技术中不锈钢304不适合应用于高腐蚀的环境的问题，本发明实施例提供了一种N08825镍基合金复合弯管的制造方法。
具体地，一种N08825镍基合金复合弯管的制造方法的技术方案如下：
一种N08825镍基合金复合弯管的制造方法，所述方法包括：
(a)将N08825镍基合金板与碳钢板复合制成的双金属复合钢板，通过JCO成型工艺，制成管坯；
(b)采用埋弧焊方法对来自于步骤(a)的所述管坯的碳钢板进行焊接，且采用钨极氩弧焊方法对来自于步骤(a)的所述管坯的N08825镍基合金板进行焊接，制成钢管；
(c)将来自于步骤(b)的所述钢管经过950～1100℃感应加热煨制成0～90°的弯管；
(d)将来自于步骤(c)的所述弯管进行喷水冷却；所述水的温度为10～25℃；
(e)将来自于步骤(d)的所述弯管进行回火热处理，所述回火热处理的条件具体为温度500～600℃，回火时间0.5～3h；
(f)将来自于步骤(e)的所述弯管进行空冷。
优选地，所述步骤(a)中的双金属复合钢板是采用热轧法复合而成的双金属复合钢板。
优选地，所述步骤(c)中的钢管的感应加热温度为980～1000℃。
优选地，所述步骤(e)中的回火温度为540～560℃。
优选地，所述步骤(e)中的回火时间为1.8～2.2h。
优选地，所述步骤(c)中的钢管的感应加热温度为1020～1040℃。
优选地，所述步骤(e)中的回火温度为590～610℃。
优选地，所述步骤(e)中的回火时间为1.3～1.7h。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过高温、低速煨制钢管，使得Ni元素在合金中充分固溶，且淬火温度也避开了镍基合金的相变析出点，从而提高了钢管的韧性、强度与耐蚀性；通过采用埋弧焊方法对碳钢板进行焊接，且采用钨极氩弧焊方法对N08825镍基合金板进行焊接，这种组合的焊接方法，使焊缝过渡平缓，且使焊接处具有较好的强度与韧性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
一种N08825镍基合金复合弯管的制造方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将N08825镍基合金板与碳钢板复合制成的双金属复合钢板，通过JCO成型工艺，制成管坯；
(b)采用埋弧焊方法对来自于步骤(a)的管坯的碳钢板进行焊接，且采用钨极氩弧焊方法对来自于步骤(a)的管坯的N08825镍基合金板进行焊接，制成钢管；
(c)将来自于步骤(b)的钢管经过950～1100℃感应加热煨制成0～90°的弯管；
(d)将来自于步骤(c)的弯管进行喷水冷却，且水的温度为10～25℃；
(e)将来自于步骤(d)的弯管进行回火热处理，回火热处理的条件具体为温度500～600℃，回火时间0.5～3h；
(f)将来自于步骤(e)的弯管进行空冷。
以下对各个步骤进行详细说明：
步骤(a)是将N08825镍基合金板与碳钢板复合制成的双金属复合钢板，通过JCO成型工艺，制成管坯。
其中，N08825镍基合金板作为覆层材料，是镍铁铬合金，具有较强的耐腐蚀能力。根据UNS(Unified Numbering System for Metals and Alloys，金属和合金统一数字编号***)标准，N08825镍基合金按质量百分比由以下元素组成：C≤0.05％、Mn≤1％、P≤0.03％、S≤0.03％、Si≤0.5％，Ni：38～46％、Cr：19.5～23.5％、Mo：2.5～3.5％、Cu：1.5～3％、Ti：0.6～1.2％、余量为Fe。
碳钢板作为基层材料，也要具备一定的耐腐蚀能力，其成分包括：C≤0.1％、Mn≤1.5％、Si≤0.2％、Cr≤0.5％、Mo：0.15～0.5％，P≤0.015％，S≤0.005，常见的钢种级别可参考X70、X65等。
通常，采用冶金结合的方式将N08825镍基合金板与碳钢板复合成钢板，因为冶金结合是依靠两金属板的界面间原子的相互扩散而形成的结合，具有较强的结合力与良好的工艺性能，常见的方法为热轧与***结合法。其中，作为优选地，本发明实施例所采用的复合方法为热轧法，因为热轧法为常用的一种复合方法，具有工艺简单、生产效率高等优点。
然后将N08825镍基合金板与碳钢板复合成的钢板进入直缝管JCO成型机组，通过JCO成型工艺，将N08825镍基合金板与碳钢板复合成的钢板分步折弯，逐渐形成圆筒形状的管坯，从而弯成钢管的成型与合缝，制成管坯。其中JCO成型工艺就是在JCO成型机上首先将金属复合钢板的一半经过多次步进冲压，压成“J”形，再将金属复合钢板的另一半同样弯曲，压成“C”形，最后形成开口的“O”形，这种成型工艺可以将金属复合钢板的各部位均匀变形，使金属复合钢板不会出现明显的应力集中。
步骤(b)是采用埋弧焊方法对来自于步骤(a)的管坯的碳钢板进行焊接，且采用钨极氩弧焊方法对来自于步骤(a)的管坯的N08825镍基合金板进行焊接，制成钢管。
由于金属复合钢板内外两层的材质不同，因此需分别焊接。首先，对碳钢板进行内外埋弧焊接，在本发明实施例中，所选用的焊丝为H08C；然后，采用钨极氩弧焊方式对碳钢焊缝与镍基合金焊缝之间的过渡层进行焊接，在本发明实施例中，所选用的焊丝为Inconel625焊丝，这样就可以对基合金层焊缝起到保护作用；最后，对剩余的金属复合钢板的缺口进行焊接，在本发明实施例中，所选用的焊丝同样为Inconel625焊丝。这样就完成了金属复合钢管的内外焊接，制成了直缝双金属复合钢管。
(c)将来自于步骤(b)的钢管经过950～1100℃感应加热煨制成0～90°的弯管。
具体地，将来自于步骤(b)的钢管利用弯管机，经过中频感应加热线圈感应加热至950～1100℃，再煨制成0～90°的弯管。其中，弯管煨制的工艺是将直管通过中频加热达到塑性变形的温度后，通过机械臂限制使直管形成规定弧度的弯管。
(d)将来自于步骤(c)的弯管进行喷水冷却，且水的温度为10～25℃。
中频加热变形后，直接进行喷水冷却，使弯管成型，冷却后的碳钢组织为马氏体组织。
(e)将来自于步骤(d)的弯管进行回火热处理，回火热处理的条件具体为温度500～600℃，回火时间0.5～3h。
通过回火，最终得到粒状贝氏体组织，改善了组织的均匀性，提高了弯管的综合性能。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高弯管的强度与韧性。
(f)将来自于步骤(e)的弯管进行空冷。
采用空冷的方式对弯管进行冷却，使组织更加稳定。
本发明实施例通过高温、低速煨制钢管，使得Ni元素在合金中充分固溶，且淬火温度也避开了镍基合金的相变析出点，从而提高了钢管的韧性、强度与耐蚀性；通过采用埋弧焊方法对碳钢板进行焊接，且采用钨极氩弧焊方法对N08825镍基合金板进行焊接，这种组合的焊接方法，使焊缝过渡平缓，且使焊接处具有较好的强度与韧性。
实施例1
本发明实施例中的N08825镍基合金板的厚度为3mm，含量具体为：C：0.04％、Mn：0.8％、P：0.015％、S：0.001％、Si：0.2％，Ni：40.6％、Cr：21.5％、Mo：3.0％、Cu：2.3％、Ti：1.0％，余量为Fe；碳钢层的级别为X70，厚度为22mm，含量具体为：C：0.06％、Mn：1.2％、Si：0.19％、Cr：0.4％、Mo：0.3％，P：0.009％。
一种N08825镍基合金复合弯管的制造方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将N08825镍基合金板与碳钢板热轧复合制成的双金属复合钢板，通过JCO成型工艺，制成管坯。
其中，管坯的外径为610mm。需要说明的是，将双金属复合钢板通过JCO成型工艺之前，要先进行预弯。
(b)采用埋弧焊方法对来自于步骤(a)的管坯的碳钢板进行焊接，且采用钨极氩弧焊方法对来自于步骤(a)的管坯的N08825镍基合金板进行焊接，制成钢管。
具体地，首先，对碳钢板进行内外埋弧焊接，在本发明实施例中，所选用的焊丝为H08C；然后，采用钨极氩弧焊方式对碳钢焊缝与镍基合金焊缝之间的过渡层进行焊接，在本发明实施例中，所选用的焊丝为Inconel625焊丝，这样就可以对基合金层焊缝起到保护作用；最后，对剩余的金属复合钢板的缺口进行焊接，在本发明实施例中，所选用的焊丝同样为Inconel625焊丝。这样就完成了金属复合钢管的内外焊接，制成了直缝双金属复合钢管。
(c)将来自于步骤(b)的钢管经过990℃感应加热煨制成30°的弯管。
具体地，采用20℃/s的感应加热速率与22mm/min的煨制速率，高温、低速率煨制可以提高Ni元素的扩散速率以及使Ni元素充分扩散，从而使得Ni元素在镍基合金中充分固溶。其中，本发明实施例中的弯管的弯曲半径为弯管外径的5倍。
(d)将来自于步骤(c)的弯管进行喷水冷却，且水的温度为15℃。
(e)将来自于步骤(d)的弯管进行回火热处理，回火热处理的条件具体为温度550℃，回火时间2h。
其中，回火的升温速率为150℃/h。
(f)将来自于步骤(e)的弯管进行空冷。
采用本领域通用的测试方法对本发明实施例中的所制弯管N08825镍基合金层的耐腐蚀性能进行测试，其结果为耐硝酸晶间腐蚀速度(ASTM A262的C法)为0.14mm/a(Millimeter/Average，毫米/年)，耐硫酸/硫酸铁晶间腐蚀速度(ASTM G 28的A法)为0.19mm/a，耐三氯化铁点腐蚀(ASTM G 48的A法)性能为0.042g/m2。因为耐硝酸晶间腐蚀速度低于0.5mm/a，耐硫酸/硫酸铁晶间腐蚀速度低于0.4mm/a，耐三氯化铁点腐蚀性能不大于3.0g/m2，所以所制弯管N08825镍基合金层具有较强的耐腐蚀性能；另外，采用本领域通用的测试方法对本发明实施例中的所制N08825镍基合金复合弯管的机械性能进行测试，其结果为屈服强度为530Mpa，抗拉强度为630Mpa，剪切强度为404MPa，所以本发明实施例中的所制N08825镍基合金复合弯管具有较高的强度与韧性。
实施例2
本发明实施例中的N08825镍基合金板的厚度为3mm，含量具体为：C：0.04％、Mn：0.8％、P：0.015％、S：0.001％、Si：0.2％，Ni：40.6％、Cr：21.5％、Mo：3.0％、Cu：2.3％、Ti：1.0％，余量为Fe；碳钢层的级别为X65，厚度为22mm，含量具体为：C：0.05％、Mn：1.1％、Si：0.23％、Cr：0.3％、Mo：0.3％，P：0.008％。
一种N08825镍基合金复合弯管的制造方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将N08825镍基合金板与碳钢板热轧复合制成的双金属复合钢板，通过JCO成型工艺，制成管坯。
其中，管坯的外径为610mm。需要说明的是，将双金属复合钢板通过JCO成型工艺之前，要先进行预弯。
(b)采用埋弧焊方法对来自于步骤(a)的管坯的碳钢板进行焊接，且采用钨极氩弧焊方法对来自于步骤(a)的管坯的N08825镍基合金板进行焊接，制成钢管。
具体地，首先，对碳钢板进行内外埋弧焊接，在本发明实施例中，所选用的焊丝为H08C；然后，采用钨极氩弧焊方式对碳钢焊缝与镍基合金焊缝之间的过渡层进行焊接，在本发明实施例中，所选用的焊丝为Inconel625焊丝，这样就可以对基合金层焊缝起到保护作用；最后，对剩余的金属复合钢板的缺口进行焊接，在本发明实施例中，所选用的焊丝同样为Inconel625焊丝。这样就完成了金属复合钢管的内外焊接，制成了直缝双金属复合钢管。
(c)将来自于步骤(b)的钢管经过1030℃感应加热煨制成20°的弯管。
具体地，采用20℃/s的感应加热速率与22mm/min的煨制速率对钢管进行煨制，高温、低速率煨制可以提高Ni元素的扩散速率以及使Ni元素充分扩散，从而使得Ni元素在合金中充分固溶。其中，本发明实施例中的弯管的弯曲半径为弯管外径的5倍。
(d)将来自于步骤(c)的弯管进行喷水冷却，且水的温度为17℃；
(e)将来自于步骤(d)的弯管进行回火热处理，回火热处理的条件具体为温度600℃，回火时间1.5h。
其中，回火的升温速率为150℃/h。
(f)将来自于步骤(e)的弯管进行空冷。
采用本领域通用的测试方法对本发明实施例中的所制弯管N08825镍基合金层的耐腐蚀性能进行测试，其结果为耐硝酸晶间腐蚀速度(ASTM A262的C法)为0.16mm/a，耐硫酸/硫酸铁晶间腐蚀速度(ASTM G 28的A法)为0.11mm/a，耐三氯化铁点腐蚀(ASTM G 48的A法)性能为0.040g/m2。因为耐硝酸晶间腐蚀速度低于0.5mm/a，耐硫酸/硫酸铁晶间腐蚀速度低于0.4mm/a，耐三氯化铁点腐蚀性能不大于3.0g/m2，所以本发明实施例中的所制弯管N08825镍基合金层具有较强的耐腐蚀性能；另外，采用本领域通用的测试方法对本发明实施例中的所制N08825镍基合金复合弯管的机械性能进行测试，其结果为屈服强度为480Mpa，抗拉强度为590Mpa，剪切强度为356MPa，所以本发明实施例中的所制N08825镍基合金复合弯管具有较高的强度与韧性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种N08825镍基合金复合弯管的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)将N08825镍基合金板与碳钢板复合制成的双金属复合钢板，通过JCO成型工艺，制成管坯；
(b)采用埋弧焊方法对来自于步骤(a)的所述管坯的碳钢板进行焊接，且采用钨极氩弧焊方法对来自于步骤(a)的所述管坯的N08825镍基合金板进行焊接，制成钢管；
(c)将来自于步骤(b)的所述钢管经过950～1100℃感应加热煨制成0～90°的弯管；
(d)将来自于步骤(c)的所述弯管进行喷水冷却，且所述水的温度为10～25℃；
(e)将来自于步骤(d)的所述弯管进行回火热处理，所述回火热处理的条件具体为温度500～600℃，回火时间0.5～3h；
(f)将来自于步骤(e)的所述弯管进行空冷。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(a)中的双金属复合钢板是采用热轧法复合而成的双金属复合钢板。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(c)中的钢管的感应加热温度为980～1000℃。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(e)中的回火温度为540～560℃。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(e)中的回火时间为1.8～2.2h。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(c)中的钢管的感应加热温度为1020～1040℃。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(e)中的回火温度为590～610℃。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(e)中的回火时间为1.3～1.7h。
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