一種大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管的制造方法技術

本發明專利技術公開了一種大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管的制造方法，本發明專利技術的制造方法通過采用“U+I+V”特型復合坡口設計，采用MAG焊、SAW焊和TIG焊分別依次按照預焊點、碳鋼層、過渡層、鎳基合金層熔敷區的先后順序進行焊接，能顯著提高復合管制造效率和質量，既能保證覆層鎳基合金的耐腐蝕性，又能確保基層碳鋼的強韌化要求；本發明專利技術的大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管的焊縫具有較好外觀形貌和優良力學性能指標，可用于國家酸性油氣田及化工煉化儲罐等工程設施建設。

Method for manufacturing large wall thickness nickel base alloy / carbon steel laminated composite pipe

The invention discloses a method for manufacturing thick nickel based alloy / carbon steel laminated composite pipe and manufacturing method of the present invention through the use of \U+I+V\ type composite groove design, using MAG welding, SAW welding and TIG welding respectively according to the order of pre solder layer, transition layer, carbon steel, nickel base alloy layer cladding zone of welding, can significantly improve the efficiency and quality of manufacturing composite pipe, which can ensure the cladding of Ni based alloy corrosion resistance, and can ensure the requirements of strengthening and toughening of high carbon steel base; wall thickness of nickel based alloy of the invention of the weld / carbon steel laminated composite pipe has good appearance and excellent index the mechanical properties, can be used for the national oil and gas fields and chemical refinery acid storage tanks and other engineering facilities.

【技術實現步驟摘要】

：本專利技術屬于大壁厚層狀結構復合管材制造
，具體涉及一種大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管的制造方法。
技術介紹
：鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管材，具有優良的界面結合強度，能很好避免分層、塌陷等質量問題；能滿足強腐蝕性介質儲運服役條件要求，最大限度地實現材料的優勢互補，顯著降低管道建設成本，提高管道耐蝕性和安全可靠性。將有效解決我國塔里木油田、長慶油田、西南油田等各大油田由于“四高一低”(即高CO2、高H2S、高Cl-、高礦化度、低PH值)引起的原油集輸和煉化中出現的儲運設備腐蝕失效等問題，為國家油氣開采和管網建設提供支撐。鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管材，機械性能(包括拉伸性能、低溫沖擊韌性、DWTT性能等)主要由外層碳鋼貢獻，而鎳基合金主要起抗腐蝕作用。目前國內關于復合管普遍采用的制管方法有離心澆鑄、冷加工擴散退火、液壓脹合、爆炸復合、爆炸復合+焊接、熱穿孔+擴散復合等。2013年10月16日公布的公布號為CN103350124A的中國專利技術專利，專利名稱為一種輸送石油天然氣的直縫雙金屬復合焊管的制造方法，該制造方法為：將復層為耐蝕合金層和基層為碳鋼以“爆炸+熱軋”方式結合在一起的雙金屬復合板通過JCOE成型工藝成型為直縫管狀，最后通過焊接工藝將直縫焊接制成復層在內基層在外的直縫雙金屬復合焊管；“爆炸+熱軋”方式結合在一起的雙金屬復合板，實現層狀復合板的冶金結合，本專利技術主要是針對鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管材的制造，由于鎳基合金及其焊縫、過渡界面處對主要耐蝕金屬元素Ni、Cr、Mo的成分量有嚴格要求，合金元素的稀釋和燒損是焊接中亟待解決的工程問題。上述已公布的制造方法中所述的破口設計以及焊接工藝不適用于本專利技術。
技術實現思路
：為了克服上述技術問題，本專利技術的目的是提供一種大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管的制造方法，采用本專利技術的制造方法可使各熔敷區金屬過渡熔焊連接質量可靠，可有效控制主要耐蝕金屬元素Ni、Cr、Mo的成分量，使焊縫具有可靠耐蝕性能和優良機械性能。為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為：一種大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管的制造方法，其特征在于：將鎳基合金層和碳鋼層通過“真空熱軋+熱處理”方式制備成冶金層狀結構復合板；然后對復合板兩縱邊進行“U+I+V”破口加工；再采用JCO多道次漸進壓制成管狀，鎳基合金層在管內側，碳鋼層在管外側；最后采用合理的焊接工藝在破口處進行碳鋼層、過渡層和鎳基合金層焊接，制成鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管。上述鎳基合金層為UNSN08825、UNSN06625或同系列的Ni-Cr-Fe耐蝕高溫合金，鎳基合金層的厚度為2～4mm；碳鋼層為Q235、Q345、X52、X60、X65、X70、X80、X90或X100碳素結構鋼、壓力容器鋼和高強高韌管線鋼，厚度為18～30mm。上述“U+I+V”坡口的參數為：鎳基合金層一側為“U”型坡口，寬度為5～12mm，深度為4～6mm，且深度大于鎳基合金層厚度；碳鋼層一側為“I+V”型坡口，坡口角度為60～80°，寬度為13～23mm，深度為4～10mm，鈍邊為5～15mm。上述焊接工藝是：先采用SAW焊進行碳鋼層焊接，形成碳鋼層熔敷區；再采用TIG焊進行過渡層焊接，形成過渡層熔敷區；最后采用TIG焊對鎳基合金層進行填充蓋面焊接，形成鎳基合金層熔敷區。上述過渡層熔敷區的厚度與鎳基合金層/碳鋼層的界面平齊或超出0～1.0mm，且完全覆蓋碳鋼層。上述碳鋼層、過渡層和鎳基合金層焊接的全過程均采用惰性氣體對焊縫區及附近區域充分保護。上述焊接工藝中進行碳鋼層焊接之前在管外側碳鋼層先采用MAG焊進行預焊。本專利技術的有益效果：本專利技術通采用“U+I+V”特型復合坡口設計，采用MAG焊、SAW焊和TIG焊分別依次按照預焊層、碳鋼層、過渡層、鎳基合金層熔敷區的先后順序進行焊接，能顯著提高復合管制造效率，既能保證覆層鎳基合金的耐蝕性，又能確保基層碳鋼的強韌化要求，使焊縫具有可靠的焊接質量和優良的綜合力學性能。附圖說明：下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細地描述。圖1為本專利技術大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管結構示意圖。圖2為圖1中復合管完成焊接后整體焊縫的局部放大圖。圖3為過渡界面微區顯微組織。附圖標記說明：1為碳鋼層；2為鎳基合金層；3為復合管整體焊縫；4為碳鋼層熔敷區；5為過渡層熔敷區；6為鎳基合金層熔敷區。具體實施方式：參見圖1，以“真空熱軋+熱處理”工藝制備的大壁厚UNSN08825/X65鎳基合金/管線鋼層狀結構復合板材為實驗原料板材，UNSN08825鎳基合金層2一面在上，X65碳鋼層1一面在下，清理板材雙面雜物、硬塊等后進行復合管的制造，步驟依次為：步驟1：根據圖1中坡口設計形式對UNSN08825/X65鎳基合金/管線鋼層狀結構復合板材進行焊接特性坡口加工，UNSN08825鎳基合金層2的“U”型坡口深度和寬度分別為5.5mm和11mm，且坡口底部為圓弧狀；X65碳鋼層1的“I+V”型坡口寬度、深度、角度和鈍邊分別為20mm、12mm、80°和10mm。步驟2：采用JCO多道次漸進壓制成管狀，同時對碳鋼層1外坡口進行MAG預焊接，形成預焊層MAG熔敷區。步驟3：待完成成形預焊后，從鋼管外側即X65碳鋼層1一側整體采用SAW焊接，形成碳鋼層熔敷區4；待碳鋼層熔敷區4完成焊接后空冷至室溫，從UNSN08825鎳基合金層一側對“U”型坡口進行坡口清根處理，使坡口底部為圓弧狀過渡，對坡口附近區域進行拋光并用丙酮和乙醇進行整個清洗且迅速吹干；然后采用TIG焊進行過渡層焊接，形成過渡層熔敷區5；最后進行UNSN08825鎳基合金層2的TIG填充、蓋面焊，形成鎳基合金層熔敷區6。焊接工藝參數如下表1、2、3所示，焊縫性能如表4所示：表1MAG焊接參數表2SAW焊接參數表3過渡層和復層焊接參數表4焊縫性能測試結果鎳基合金層和碳鋼層過渡界面區主要耐蝕合金元素Ni、Cr、Mo含量的減少是造成焊縫耐蝕性能減弱的主要因素。本專利技術的解決方法是采用小線能量、低熱輸入TIG焊方法進行過渡層焊接，盡可能降低焊接高溫復雜冶金作用對界面微區內微觀組織特征和Ni、Cr、Mo元素擴散遷移的影響，使過渡界面微區組織均勻性提高(如圖3所示)，合金元素稀釋作用減弱。通過對界面微區合金元素掃描分析，發現主要耐蝕合金元素Ni、Cr、Mo的含量發生了微小變化，但對焊縫耐蝕性的影響微弱，根據ASTM262《檢測奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感度的標準實施規范》方法E對復合管覆層焊縫進行晶間腐蝕試驗，彎曲后未發生龜裂或裂紋，根據ASTMG48《使用三氯化鐵溶液做不銹鋼及其合金的耐麻點腐蝕和抗裂口腐蝕性試驗的標準方法》方法A對復合管覆層焊縫進行點蝕試驗，結果完全滿足相關標準要求，復合管焊縫仍然具有優良且可靠的耐腐蝕性。綜上，采用本專利技術公開的制造方法可以獲得力學性能優良、耐腐蝕性能可靠的大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管產品。本專利技術適合于大口徑(直徑≥508mm)、薄復層(復層厚度≤4mm)、大壁厚(18mm≤壁厚≤30mm)的鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管材的工程化、批量化生產，具有很高的實用價值。以上內容是結合具體的優選實施方案對本專利技術所作本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管的制造方法，其特征在于：將鎳基合金層(2)和碳鋼層(1)通過“真空熱軋+熱處理”方式制備成冶金層狀結構復合板；然后對復合板兩縱邊進行“U+I+V”破口加工；再采用JCO多道次漸進壓制成管狀，鎳基合金層(2)在管內側，碳鋼層(1)在管外側；最后采用合理的焊接工藝在破口處進行碳鋼層、過渡層和鎳基合金層焊接，制成鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管。

【技術特征摘要】
1.一種大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管的制造方法，其特征在于：將鎳基合金層(2)和碳鋼層(1)通過“真空熱軋+熱處理”方式制備成冶金層狀結構復合板；然后對復合板兩縱邊進行“U+I+V”破口加工；再采用JCO多道次漸進壓制成管狀，鎳基合金層(2)在管內側，碳鋼層(1)在管外側；最后采用合理的焊接工藝在破口處進行碳鋼層、過渡層和鎳基合金層焊接，制成鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管。2.根據權利要求1所述的大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管的制造方法，其特征在于：所述鎳基合金層(2)為UNSN08825、UNSN06625或同系列的Ni-Cr-Fe耐蝕高溫合金，鎳基合金層的厚度為2～4mm；所述碳鋼層(1)為Q235、Q345、X52、X60、X65、X70、X80、X90或X100碳素結構鋼、壓力容器鋼或高強高韌管線鋼，厚度為18～30mm。3.根據權利要求1或2所述的大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管的制造方法，其特征在于：所述“U+I+V”坡口的參數為：鎳基合金層(2)一側為“U”型坡口，寬度為5～12mm，深度為4～6mm，且深度...

【專利技術屬性】
技術研發人員：畢宗岳，楊軍，劉海璋，牛輝，田磊，趙勇，席敏敏，劉剛偉，趙紅波，劉斌，包志剛，黃曉輝，陳長青，牛愛軍，
申請(專利權)人：中國石油天然氣集團公司，寶雞石油鋼管有限責任公司，
類型：發明
國別省市：北京;11