本发明涉及一种输油管的加工工艺，属于合金加工技术领域。
背景技术：
钢铁应用于工业生产和生活中的各个方面，在人类的生活和工作中有着十分重要的作用，是科技发展的基础，但钢铁在大气中易锈蚀且锈蚀过程相当复杂，对工业生产及人们的生活产生不同程度的不利影响，带来不必要的经济损失。在我国，据中国工业和自然环境腐蚀调查项目组2008年调查结果显示，由腐蚀造成的直接经济损失达2300亿元，间接经济损失为5000～6000亿元，相当于当年我国国民生产总值的5％。因此，研究防止钢铁腐蚀的方法就变得很重要。
尽管现有技术中经常通过电镀提高金属件的耐腐蚀性能，但是当电镀输油管时，输油管结构复杂，壁厚不均，内壁电流密度小，电流分布不均匀，镀液流动性差，金属离子得不到有效补充，因此采用普通电镀工艺，容易出现电镀层的厚度分布不均匀，耐蚀性不佳，结合力不强等情况。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种方法简便的输油管的加工工艺，制得的输油管具有较高的耐腐蚀性。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种输油管的加工工艺，所述的加工工艺包括如下步骤：
将合金钢加工成型，得输油管坯件；
将输油管坯件采用辅助阳极电镀工艺在20-30℃的锌-镍电镀液进行电镀处理；所述电镀液的成分为：氧化锌5-7g/L，氢氧化钠：110-130g/L、镍：0.6-1g/L、添加剂：150-300ml；
将电镀后的输油管坯件依次进行出光处理、钝化处理、防锈处理，得输油管半成品；
将输油管半成品经封闭处理得输油管成品。
本发明采用辅助阳极电镀工艺在输油管坯件表面电镀锌-镍合金镀层。锌-镍合金镀层之所以有优良的耐蚀性是因为合金镀层的稳定电位介于锌和基体(钢铁)之间，较小的电位差导致镀层腐蚀较慢。锌-镍合金的腐蚀产物主要是ZnCl2·4Zn(oH)2。该腐蚀产物均匀、致密地覆盖在镀层表面，不易导电，有很好的保护作用；而锌镀层的腐蚀产物主要是ZnO，结构疏松，起不到保护作用。此外，本发明电镀锌-镍合金层中，锌-镍合金属于y相(金属间化合物)，具有最高的热力学稳定性，因而耐蚀性较好；而锌镀层是叩相结构(紧密六方晶系)，热力学稳定性较差。本发明在输油管坯件表面通过上述的电镀工艺电镀锌-镍合金层具有如下几个优点：1、镀层沉积速率快；2、镀液的均镀能力高；3、电流效率高；4、镀液电流密度范围宽，镍共析率稳定，分散能力及深镀能力优异，对设备腐蚀性小；5、锌-镍合金镀层中的锌、镍含量直接影响压输油管的耐腐蚀性能(劣化率)，而镀层中锌、镍的含量受镀液成分的影响，本发明镀层中镍的质量分数可严格控制，溶液中的成分便于稳定控制，钝化膜不易变色，且废水处理简单；6、本发明电镀液稳定，可保持长期使用，大大提高了电镀原材料的利用率。其中，电镀液中所述的添加剂为普通常见的添加剂，可以为稀土添加剂、聚烷基亚胺添加剂。
在上述输油管的加工工艺中，所述的辅助阳极电镀工艺中输油管坯件外设有外部阳极，输油管坯件内设有多孔塑料网，多孔塑料网内设有辅助阳极，用导线将辅助阳极和外部阳极相连。本发明采用辅助阳极电镀工艺在输油管坯件表面电镀锌-镍合金镀层，提高输油管内坯件低电位镀层的厚度和分散能力，提高了输油管的耐腐蚀性。
在上述输油管的加工工艺中，所述辅助阳极电镀中分三阶段进行：第一阶段，电流密度为4.2-4.5A/dm2，电镀时间为5-15min；第二阶段，电流密度为2.5-3.2A/dm2，电镀时间为20-60min；第三阶段，切断外部阳极电源，仅用输油管坯件内的辅助阳极进行管内电镀，电流密度为3.7-6A/dm2，电镀时间为15-25min。
一般电镀工艺下，阴极电流密度中等，在规定的电镀时间内，外壁镀层厚度已达要求，但因内腔是一个相对“封闭”的空间，消耗的金属离子难以及时补充，在正常的电流密度条件下金属离子沉淀的速度很慢，造成内腔镀层厚度较薄，输油管内壁的镀层仅有2-3μm。增加电镀时间虽可增加，但本发明电解液的成分组成使用的是碱性锌-镍电镀液，当镀层厚度超过3μm，经除氢处理后，镀层厚的输油管边缘部位的镀层往往会出现开裂、掉块。通过本发明三阶段电流的不同，有利于膜的均匀沉积，使输油管内外镀层结晶细致、平整、光亮，防止沉积不均匀导致的脱落现象，输油管内镀层达到8μm以上。
在上述输油管的加工工艺中，所述的合金钢的组成元素及其质量百分比为：C：0.12-0.18％、Cr：1.3-1.5％、Si：0.15-0.25％、Mn：0.8-1.15％、Al：0.03-0.05％、N：0.008-0.015％、Ti：0.12-0.22％、P≤0.015％、S≤0.018％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明输油管的合金钢中降低了碳含量，提高了铬含量，通过各元素之间产生的协同作用提高输油管的综合性能。在本发明输油管的合金钢中若碳含量过低，在加工中的热处理会严重影响强度和硬度，若碳含量过高又不适合后续的碱性条件下的电镀。在本发明合金钢中加入适量的Si可以提高合金的强度，若Si含量低于0.15％，会影响输油管的屈服强度。尽管Mn是固溶强化元素，但在本发明输油管合金钢中，若锰含量大于1.15％，则会大幅度降低输油管的塑性和韧性。铬元素与碳元素可产生协同作用，形成多种碳化物，随着铬元素含量的增加，碳化物的数量也在不断的增加。在输油管中加入高含量的铬元素，不仅能改变输油管中碳化物弥散分布形态，获得以Cr23C6和Cr7C3为主的碳化物，使其弥散分布于奥氏基体上，还能提高输油管的耐磨性、硬度、强度。而且铬元素的加入能提高钢材的淬透性以及钢材的抗氧化性能。本发明输油管合金钢中高含量的铬元素可使钢材具有良好的高温抗氧化和耐氧化性介质腐蚀的作用。这些都是一般低铬含量合金无法实现的。但当铬元素的含量超过1.5％时，会导致输油管的韧性和塑性降低。Ti在输油管的合金钢中可提高钢的强度与韧性，特别是可以与铝一起固氮，消除钢中多余的氮元素造成的危害。铝是最基本、最有效的细化晶粒元素，在钢中主要以AlN形式存在。AlN主要分布于晶界，起到钉扎晶界阻止晶粒长大的作用。当合金钢中铝含量较高，但氮含量较低时，则不能形成足够的AlN使其均匀的分布于奥氏体晶界。AlN数量较少必然导致其分布较多的位置钉扎晶界作用明显，较少的位置则不能钉扎晶界阻止奥氏体晶粒的长大，这也是产生混晶，即晶粒局部异常长大的主要原因。经不断试验发现，在本发明输油管合金钢中铝含量为0.03-0.05％时，控制Al/N≥3能够保证在产品常规的热处理时不发生混晶现象。
在上述输油管的加工工艺中，钝化处理中钝化液的成分为：硝酸铈：1.5-2.5g/L，促进剂H2O2:5-8ml/L，H3BO3缓冲剂：0.5-3g/L，pH至为1.5-3.2。
与电镀锌相似，为提高锌镍合金镀层的耐蚀性，增加其装饰性，改善镀层与基体金属间的结合力，电镀锌镍合金在电镀结束后同样需要进行钝化处理，使其表面生成一层稳定性高、组织致密的钝化膜。与一般的铬酸盐钝化不同，本发明以硝酸铈溶液为钝化液，辅以过氧化氢氧化剂，对输油管浸泡处理，以达到缓蚀的目的。
在本发明钝化处理过程中，过低的铈盐浓度或过低的pH值都会导致输油管泛锈，以致会影响其成膜效果，降低转化膜的耐蚀性。钝化效果也并不是随着硝酸铈浓度的增大而一直增加，其原因在于硝酸铈的浓度越高，形成的膜层厚度越大，钝化膜的内应力也越大，内应力过大，会导致钝化膜开裂，从而降低钝化膜的耐腐蚀性能。当pH值过低时，阴极主要发生析氢反应，不利于铈的沉积，同时在钝化膜表面还会出现大量的气孔，从而导致钝化膜的耐腐蚀性能降低。若pH值过高，又不利于溶液中铈在基材表面的沉积。经试验发现，在pH1.5-3.2时，使用如上的钝化液对本发明输油管进行钝化处理，输油管具有较好的硫酸铜点滴性能、耐中性盐雾腐蚀性能，较大的交流阻抗值，钝化效果极好。
在上述输油管的加工工艺中，在电镀后出光处理前，钝化处理后防锈处理前均包括水洗。
在上述输油管的加工工艺中，所述防锈处理中防锈剂的成分为硅酸钠200-220g/L，三乙醇胺1.2-1.5g/L，硼酸1.5-1.8g/L，乙二胺四乙酸0.15-0.18g/L，柠檬酸钠0.5-0.6g/L，醋酸纤维素0.5-1.0g/L。
目前对合金钢采用的防锈措施主要是水基型防锈剂，但水基型防锈剂中含有亚硝酸盐，传统的亚硝酸盐型防锈剂虽然防锈效果良好但是对环境及人体有毒。而本发明中的防锈剂为不含亚硝酸盐的水溶性防锈剂，通过合理配比防锈剂中的硅酸钠、三乙醇胺、硼酸、乙二胺四乙酸、柠檬酸钠、醋酸纤维素，这些成分毒副作用极小，环保且防锈效果好，能在没有电镀的输油管内壁表面形成一层保护膜，延缓再次腐蚀的时间，进而提高提高输油管的使用寿命。
作为优选，防锈处理的温度为38-42℃、pH值为11.2-11.6，时间为40-80s。
在上述输油管的加工工艺中，封闭处理为将输油管半成品先浸入硅烷试剂中进行硅烷化处理，取出干燥后再在封闭液中处理50-150s，其中封闭液的成分为7-11g/L的Na2MoO4.H2O，10-15g/L磷酸盐，10-30g/L磷酸，pH为4.2-4.6，封闭处理的温度为55-62℃。
本发明输油管加工中先钼酸盐溶液封闭处理前先进行硅烷化处理，进一步改善其耐腐蚀性能。经钼酸盐溶液封闭处理后，输油管表面膜层较为连续完整致密。钼酸盐较好地填充了硅烷膜的针孔和微裂纹，对基体起到了很好的物理屏障作用，降低了基体被腐蚀的可能性。随着钼酸盐封闭时间的延长，腐蚀面积先减小，耐蚀性提高。但是当封闭时间超过120s后，腐蚀面积增大，耐蚀性逐渐下降。其原因在于硅烷化的镀锌-镍输油管浸入到钼酸盐溶液中后首先填充了硅烷膜的孔隙，耐蚀能力提高；随着封闭处理时间的增加，钼酸盐转化膜的厚度不断增加，耐蚀能力继续增加，到封闭处理100s时达到最佳状态；其后随着封闭处理时间的继续增加超过150s，转化膜会发生开裂现象，且逐渐成为耐蚀性的主控因素，导致输油管表面膜层抗蚀性能整体性呈现下降趋势。
作为优选，硅烷化处理时的温度为32-38℃，pH为3.5-4.5，时间为80-100s。
作为优选，所述的硅烷试剂通过7％乙烯基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与去离子水按体积比为4-8:92-96混合搅拌水解1-2h制得。
本发明中使用的硅烷试剂合成简单，该无污染，硅烷化处理过程简单，该硅烷试剂的分子含有X3Si(CH2)nY结构(其中，X代表可水解基团，Y代表有机官能团)。有机官能团硅烷可水解为硅醇Si-OH，硅醇羟基在金属基体表面形成氢键，进一步脱水形成Si-O-M(M为金属基体)，以共价键结合，同时硅醇分子间相互缩合成Si-O-Si链，最终聚合形成较厚的三维网络结构膜层，覆盖在金属基体表面，从而大幅度提高输油管基体的耐蚀性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明输油管的成分配伍合理，通过其组成元素及其元素之间产生的协同作用，提高输油管的硬度、强度、抗腐蚀性等性能。
2、本发明输油管先采用辅助阳极电镀工艺在其表面电镀锌-镍合金，再以硝酸铈溶液为钝化液进行钝化，然后用水溶性防锈剂对未电镀到的输油管内壁进行防锈处理，最后经进行硅烷化处理的封闭处理，进一步提高输油管的耐腐蚀性及机械性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
将合金钢加工成型，得输油管坯件；所述的所述合金钢的组成元素及其质量百分比为：C：0.15％、Cr：1.4％、Si：0.18％、Mn：0.95％、Al：0.04％、N：0.012％、Ti：0.15％、P≤0.015％、S≤0.018％，余量为Fe及不可避免的杂质。
将输油管坯件采用辅助阳极电镀工艺在25℃的锌-镍电镀液进行电镀处理；所述电镀液的成分为：氧化锌6g/L，氢氧化钠：120g/L、镍：0.8g/L、添加剂：220ml；其中，辅助阳极电镀工艺中输油管坯件外设有外部阳极，输油管坯件内设有多孔塑料网，多孔塑料网内设有辅助阳极，用导线将辅助阳极和外部阳极相连；所述辅助阳极电镀中分三阶段进行：第一阶段，电流密度为4.3A/dm2，电镀时间为12min；第二阶段，电流密度为2.8A/dm2，电镀时间为40min；第三阶段，切断外部阳极电源，仅用输油管坯件内的辅助阳极进行管内电镀，电流密度为5.2A/dm2，电镀时间为20min。
将电镀后的输油管坯件依次进行水洗、出光处理、钝化处理、水洗、防锈处理，得输油管半成品；其中，出光处理为普通常见的出光工艺，钝化液的成分为：硝酸铈：1.8g/L，促进剂H2O2:6ml/L，H3BO3缓冲剂：2g/L，pH至为2.2；防锈处理的温度为40℃、pH值为11.4，时间为60s；所述防锈处理中防锈剂的成分为硅酸钠210g/L，三乙醇胺1.3g/L，硼酸1.6g/L，乙二胺四乙酸0.16g/L，柠檬酸钠0.55g/L，醋酸纤维素0.8g/L。
最后将输油管半成品先浸入硅烷试剂中在温度为35℃，pH为3.8的条件下进行硅烷化处理90s，硅烷试剂通过7％乙烯基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与去离子水按体积比为5:95混合搅拌水解1.5h制得；将硅烷化处理后的输油管半成品取出干燥后再在封闭液中处理100s，其中封闭液的成分为9g/L的Na2MoO4.H2O，12g/L磷酸盐，18g/L磷酸，pH为4.4，封闭处理的温度为58℃。
实施例2
将合金钢加工成型，得输油管坯件；所述的所述合金钢的组成元素及其质量百分比为：C：0.16％、Cr：1.38％、Si：0.22％、Mn：1.08％、Al：0.042％、N：0.001％、Ti：0.18％、P≤0.015％、S≤0.018％，余量为Fe及不可避免的杂质。
将输油管坯件采用辅助阳极电镀工艺在28℃的锌-镍电镀液进行电镀处理；所述电镀液的成分为：氧化锌6g/L，氢氧化钠：125g/L、镍：0.7g/L、添加剂：280ml；其中，辅助阳极电镀工艺中输油管坯件外设有外部阳极，输油管坯件内设有多孔塑料网，多孔塑料网内设有辅助阳极，用导线将辅助阳极和外部阳极相连；所述辅助阳极电镀中分三阶段进行：第一阶段，电流密度为4.4A/dm2，电镀时间为8min；第二阶段，电流密度为3.0A/dm2，电镀时间为30min；第三阶段，切断外部阳极电源，仅用输油管坯件内的辅助阳极进行管内电镀，电流密度为4.6A/dm2，电镀时间为22min。
将电镀后的输油管坯件依次进行水洗、出光处理、钝化处理、水洗、防锈处理，得输油管半成品；其中，出光处理为普通常见的出光工艺，钝化液的成分为：硝酸铈：2.2g/L，促进剂H2O2:7ml/L，H3BO3缓冲剂：2.2g/L，pH至为2.5；防锈处理的温度为38℃、pH值为11.6，时间为80s；所述防锈处理中防锈剂的成分为硅酸钠208g/L，三乙醇胺1.42g/L，硼酸1.58g/L，乙二胺四乙酸0.17g/L，柠檬酸钠0.58g/L，醋酸纤维素0.9g/L。
最后将输油管半成品先浸入硅烷试剂中在温度为34℃，pH为3.8的条件下进行硅烷化处理85s，硅烷试剂通过7％乙烯基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与去离子水按体积比为6:94混合搅拌水解1.2h制得；将硅烷化处理后的输油管半成品取出干燥后再在封闭液中处理120s，其中封闭液的成分为10g/L的Na2MoO4.H2O，11g/L磷酸盐，15g/L磷酸，pH为4.5，封闭处理的温度为60℃。
实施例3
将合金钢加工成型，得输油管坯件；所述的所述合金钢的组成元素及其质量百分比为：C：0.12％、Cr：1.5％、Si：0.15％、Mn：1.15％、Al：0.03％、N：0.008％、Ti：0.22％、P≤0.015％、S≤0.018％，余量为Fe及不可避免的杂质。
将输油管坯件采用辅助阳极电镀工艺在30℃的锌-镍电镀液进行电镀处理；所述电镀液的成分为：氧化锌7g/L，氢氧化钠：130g/L、镍：1g/L、添加剂：300ml；其中，辅助阳极电镀工艺中输油管坯件外设有外部阳极，输油管坯件内设有多孔塑料网，多孔塑料网内设有辅助阳极，用导线将辅助阳极和外部阳极相连；所述辅助阳极电镀中分三阶段进行：第一阶段，电流密度为4.5A/dm2，电镀时间为5min；第二阶段，电流密度为3.2A/dm2，电镀时间为20min；第三阶段，切断外部阳极电源，仅用输油管坯件内的辅助阳极进行管内电镀，电流密度为6A/dm2，电镀时间为15min。
将电镀后的输油管坯件依次进行水洗、出光处理、钝化处理、水洗、防锈处理，得输油管半成品；其中，出光处理为普通常见的出光工艺，钝化液的成分为：硝酸铈：2.5g/L，促进剂H2O2:8ml/L，H3BO3缓冲剂：3g/L，pH至为3.2；防锈处理的温度为45℃、pH值为11.8，时间为20s；所述防锈处理中防锈剂的成分为硅酸钠220g/L，三乙醇胺1.5g/L，硼酸1.8g/L，乙二胺四乙酸0.18g/L，柠檬酸钠0.6g/L，醋酸纤维素1.0g/L。
最后将输油管半成品先浸入硅烷试剂中在温度为38℃，pH为4.5的条件下进行硅烷化处理80s，硅烷试剂通过7％乙烯基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与去离子水按体积比为8:92混合搅拌水解1h制得；将硅烷化处理后的输油管半成品取出干燥后再在封闭液中处理50s，其中封闭液的成分为11g/L的Na2MoO4.H2O，15g/L磷酸盐，30g/L磷酸，pH为4.6，封闭处理的温度为55℃。
实施例4
将合金钢加工成型，得输油管坯件；所述的所述合金钢的组成元素及其质量百分比为：C：0.18％、Cr：1.3％、Si：0.25％、Mn：0.8％、Al：0.05％、N：0.015％、Ti：0.12％、P≤0.015％、S≤0.018％，余量为Fe及不可避免的杂质。
将输油管坯件采用辅助阳极电镀工艺在20℃的锌-镍电镀液进行电镀处理；所述电镀液的成分为：氧化锌5g/L，氢氧化钠：110g/L、镍：0.6g/L、添加剂：150ml；其中，辅助阳极电镀工艺中输油管坯件外设有外部阳极，输油管坯件内设有多孔塑料网，多孔塑料网内设有辅助阳极，用导线将辅助阳极和外部阳极相连；所述辅助阳极电镀中分三阶段进行：第一阶段，电流密度为4.2A/dm2，电镀时间为15min；第二阶段，电流密度为2.5A/dm2，电镀时间为60min；第三阶段，切断外部阳极电源，仅用输油管坯件内的辅助阳极进行管内电镀，电流密度为3.7A/dm2，电镀时间为25min。
将电镀后的输油管坯件依次进行水洗、出光处理、钝化处理、水洗、防锈处理，得输油管半成品；其中，出光处理为普通常见的出光工艺，钝化液的成分为：硝酸铈：2.5g/L，促进剂H2O2:8ml/L，H3BO3缓冲剂：3g/L，pH至为1.5；防锈处理的温度为35℃、pH值为11，时间为120s；所述防锈处理中防锈剂的成分为硅酸钠200g/L，三乙醇胺1.2g/L，硼酸1.5g/L，乙二胺四乙酸0.15g/L，柠檬酸钠0.5g/L，醋酸纤维素0.5g/L。
最后将输油管半成品先浸入硅烷试剂中在温度为32℃，pH为3.5的条件下进行硅烷化处理100s，硅烷试剂通过7％乙烯基三甲氧基硅烷的甲醇溶液与去离子水按体积比为4:96混合搅拌水解2h制得；将硅烷化处理后的输油管半成品取出干燥后再在封闭液中处理150s，其中封闭液的成分为7g/L的Na2MoO4.H2O，10g/L磷酸盐，10g/L磷酸，pH为4.2，封闭处理的温度为62℃。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，采用普通合金钢加工输油管。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，采用普通电镀工艺加工输油管。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，在加工输油管过程中没有经过防锈处理。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，采用普通的封闭剂进行处理，即未经过硅烷化处理。
在上述实施例中未明确说明的工艺均为现有技术中普通常规的工艺，如加工成型、出光处理等。
将实施例1-4及对比例1-4中加工得到的输油管进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1：实施例1-4及对比例1-4中加工得到的输油管的性能测试
表1中耐腐蚀性测试中的5％NaCl出现红绣、大气腐蚀出现红绣200℃2h烧烤后出现红绣测试均是以输油管内出现红绣的时间。从表1可知，本发明输油管采用配伍合理的合金钢加工成输油管，先在其表面通过辅助阳极工艺电镀锌-镍合金，再以硝酸铈溶液为钝化液进行钝化，然后用水溶性防锈剂对未电镀到的输油管内壁进行防锈处理，最后经进行硅烷化处理的封闭处理，大幅度提高输油管的耐腐蚀性，尤其是较现有技术中输油管内外壁电镀不均产生性能不稳定的情况相比，本发明不仅加工简便，还提高了管内的耐腐蚀性，并且不影响过程中其他工艺，也不影响产品的其他性能。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。