用于由拉拔生产具有冶金结合的多层管的方法和通过该方法生产的多层管的制作方法

文档序号:9932014阅读:327来源:国知局
用于由拉拔生产具有冶金结合的多层管的方法和通过该方法生产的多层管的制作方法
【专利说明】用于由拉拔生产具有冶金结合的多层管的方法和通过该方法 生产的多层管
[0001] 本发明涉及一种用于通过至少一个热机械成型步骤而由至少一个内管和一个外 管来生产具有冶金结合(metallurgical bond,冶金接合)的多层管的方法。通过该方法生 产的管通常具有耐腐蚀层,这使它们能够在高度腐蚀的环境中使用,并且能够使管具有高 机械强度。
[0002] 现有技术的说明
[0003] 多层管,诸如具有冶金结合(也被称为"复合管(clad pipe,包覆管)")的管和具有 机械结合(也被称为"衬里管(lined pipes)")的管,以及它们的制造方法是当前工业发展 的目标,上述涂层管主要用于石油工业,其中,可能有强机械应力和高腐蚀环境。内部循环 流体可促进对管的化学侵蚀,需要使用耐腐蚀合金。
[0004] 根据在标准DNV-0S-F101和API 5LD中提供的定义,复合管包括具有耐腐蚀内层的 外管,在此在这些材料之间的结合是冶金性的。根据在DNV OS F101和API 5LD中提供的定 义,衬里管包括具有耐腐蚀内层的外管,在此在这些材料之间的结合是机械性的。
[0005] 现有技术包含用于制造复合管的几个过程,一般包括:材料预备步骤、可选层步骤 和包覆步骤。在大批次生产的工业规模中使用的两个众所周知的过程是通过乳制的包覆和 堆焊。
[0006] 在通过板材乳制的包覆过程中,同时进行两种不同材料的板材乳制,上述过程形 成一个单一的包覆板材。然后该板材被处理、成型和纵向焊接而形成接缝复合管。
[0007] 在通过堆焊的包覆过程中,材料通过在整个内管表面的角焊缝的沉积物而结合。 在角焊缝中使用的材料通常是耐腐蚀合金。焊接沉积过程能够在复合管的内部材料与外部 材料之间形成冶金结合。
[0008] 文献GB2085330披露了一种生产复合管的方法,该方法包括第一冷拉拔以在内管 与外管之间获得良好的机械结合。然后,中间产物在炉子中经历加热步骤,在此两个管结合 在一起。随后,中间产物经历热加工步骤以用于通过压制或乳制来成形最终产品。在该文献 中,复合管的制造过程进一步包括对在冷拉拔中待接触的表面进行准备的步骤。该步骤包 括通过抛光清洁待接触的表面。可替代地,该步骤可包括对接触表面进行喷丸而不是抛光。
[0009] 同样根据文献GB2085330,在此在内管与外管之间的热膨胀系数中的差异是大的, 结合管的端部被焊接,以防止空气入侵到形成结合管的材料之间,由于空气入侵可影响管 的品质。通常,在冷成型和热成型之后,也需要乳制的最后步骤。
[0010]文献US3598156披露了一种生产具有接合金属的双金属管件的方法,其在内管与 外管之间实现冶金结合。在上述文献描述的过程中,内管的冷膨胀使用渐缩的心轴执行,确 保在三个金属层之间的稳固结合。然后,管通过电磁线圈加热,引起内管较高的膨胀系数以 比外管扩张更多,在接合中间层上施加大的压力。在没有熔化内管和外管的情况下,该接合 层熔化,并且随后它再次凝固,在内管与外管之间形成冶金结合。该文献没有提出后续的热 拉拔步骤。
[0011]此外,该文献也披露了在冷拉拔之前,进行了内管的外表面和外管的内表面的化 学处理和/或抛光。然而,它没有提出喷丸处理(blasting)这些表面以提高表面的粗糙度和 接触力。由于它是复合管,即,两个管以冶金方式结合在一起,不需要增加管之间的结合的 机械强度和表面粗糙度,这对衬里管将是重要的。然而,利用该处理也可获得复合产品的改 善。
[0012] 在现有技术中呈现的复合同心管的方法一直包括预备步骤、成型或沉积焊接材料 的步骤(该步骤在管之间形成冶金结合)以及抛光步骤,其一般地是在层压、压制、乳制、挤 压或冷拉拔之间的步骤。
[0013] 现有技术方法没有披露仅在一个成形步骤中生产复合管,而没有抛光步骤。另外, 现有技术的方法均没有提出在单一生产线上执行所有步骤而无需将管在步骤之间从一个 工作台移动到另一个或将加热的管从炉子内部移动到生产线的可能性,它负担生产的过程 和速度以及劳动。现有技术文献均没有披露具有冶金结合的无缝多层管。
[0014] 本发明的简要说明
[0015] 本发明的目的是通过用于由管状元件生产具有冶金结合的多层管的方法来实现, 管状元件包括至少一个金属材料的其他管和布置在外管之内的一个金属材料的内管,外管 的内表面机械地结合到内管的外表面,该方法包括以下步骤:
[0016] 在生产线上,管状元件被同时加热和拉拔,其中,管状元件的每个部分经受通过感 应的加热,并且然后经受热拉拔,并且其中管状元件利用位于它内部的心轴而被拉拔。
[0017]外管包括碳锰钢合金,并且内管包括耐腐蚀合金。
[0018] 优选地,当与电磁线圈交叉时,布置在生产线上的管状元件的每个区段在至少900 °c的温度下被加热。同样优选地,在加热和拉拔的步骤中,管状元件被拉而穿过至少一个电 磁线圈的内部,在此它被加热到950°与1050°C之间的温度,并且被拉而穿过连续地 (sequentially,顺序地)布置在电磁线圈的输出端中的拉拔模,其中,心轴设置在管状元件 内并与拉拔模开口对准。
[0019] 拉拔步骤可包括通过在拉拔模与心轴之间的管状元件的压缩来减小管状元件的 壁厚。
[0020] 该方法可在拉拔步骤之后进一步包括至少一个热处理步骤,其中,管状元件经受 冷却。也可实施冷拉拔的步骤,内管的内表面和外管的外表面的预先润滑是可选择的,以便 提高几何公差和表面光洁度。此外,在拉拔之后可执行管状元件的弯曲的另外的步骤。
[0021] 本发明的目的通过具有由在本文中描述的方法生产的冶金结合的多层管实现,多 层管包括至少一个金属材料的外管和布置在外管之内的一个金属材料的内管,外管的内表 面冶金(metal lurgical ly)结合到内管的外表面,外管由碳猛钢构成,并且内管由耐腐蚀合 金构成。
[0022] 金属材料的内管可由包括碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、镍基合金、钛基合 金、钴基合金、铜基合金、锡基合金和锆基合金中的至少一种的材料制成。外管和内管优选 地是无缝管。
[0023] 多层管可包括布置在外管与内管之间的至少一个金属材料的中间层,金属材料的 中间层。中间层的熔点可低于外管和内管的熔点。中间层可包括镍(Ni)或锆(Zn)。多层管可 包括布置到外管的外部的另外的外层,外层由具有内直径大于外管的外直径的第二外管制 成,并且冶金结合到外管。外层优选地由耐腐蚀合金、耐磨损合金和耐疲劳合金形成。在多 层管中,在外管与内管之间可能达到100%的冶金结合。
[0024] 附图的简要说明
[0025] 将基于在附图中所示的执行的一实例进一步更详细地描述本发明。附图示出了 :
[0026] 图1是用于生产本发明的多层管的方法的热拉拔步骤的第一实施方式的示意图;
[0027] 图2是根据本发明的步骤的框图;
[0028] 图3是用于生产本发明的多层管的方法的热拉拔步骤的第二实施方式的示意图;
[0029] 图4是通过本发明的方法生产的机械结合管之间的界面的图片,结合了在管之间 的界面中的铁元素和镍元素的浓度的图表;以及
[0030]图5是通过本发明的方法生产的具有冶金结合的拉拔多层管的实施方式的管之间 的界面的图片,结合了管之间的界面中的铁元素和镍元素的浓度的图表。
[0031] 附图的详细说明
[0032] 如可在图1到图5中看出,本发明涉及一种用于从管状元件生产具有冶金结合的多 层管1的方法,管状元件包括至少一个金属材料的外管10和一个金属材料20的内管,使得由 该方法生产的管是如下的多层管:包括至少一个由外管10制成的外层,外层至少部分地以 冶金方式结合到由内管20制成的内层。管状元件可以替代地最初包括多于两个管,形成具 有至少部分地以冶金方式结合至彼此的多层的一个管1。
[0033]通过该方法生产的多层管可以是复合管,当利用本发明的方法所生产的多层管所 包含的多层之间的结合满足标准ASTM A578和API 5LD的最低要求时,即,在管的表面上的 任何非包覆区域在以不连续的显示为中心的225mm乘225mm的正方形扫描区域内可不超过 25mm的直径。此外,管在距离管的端部的100mm的距离内不应当有任何非包覆区域。根据本 发明,复合管可通过根据本发明的方法制造,在外管10与内管20之间的包覆达到100%。 [0034]构成管状元件的管优选地是无缝管。在这种情况下,通过根据本发明的方法生产 的多层管也是无缝的。在本发明的可替代的实施方式中,外管10可以是无缝管,并且内管20 可以是焊缝管。
[0035]内管20优选地由耐腐蚀合金(CRA)制成,并且最初布置在外管10内,形成一种用于 后者的涂层。内管也可由耐磨损合金(WRA)或耐疲劳合金制成。通常,外管10负责提供最终 的多层管机械强度。同样重要的是,外管10的内表面机械地结合到内管20的外表面,使得在 两个管之间没有氧气。在管之间的界面处存在氧气可导致氧化物的产生
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