[發明專利]一種大壁厚鎳基合金/碳鋼層狀結構復合管的制造方法

有效

• 申請號: 201710083724.0
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106624286B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/173
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明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。

技術領域：

本發明屬于大壁厚層狀結構復合管材制造技術領域，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。

背景技術：

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CN 103350124A的中國發明專利，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，本發明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發明。

發明內容：

為了克服上述技術問題，本發明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，采用本發明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，本發明采用的技術方案為：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UNS N08825、UNS N06625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。